我国尾管悬挂器研制(for cnpc)

我国尾管悬挂器研制与应用中国石化集团资产经营管理有限公司

德州大陆架油气高科技分公司1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司汇报提纲一.常规尾管悬挂器二.尾管悬挂器研制与应用三.大陆架尾管悬挂器使用记录1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司井

身

结

构一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司为什么使用尾管悬挂器？节省费用，减少投资减少下套管负荷一次固井工艺要求减少流动阻力。。。一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司分类坐挂形式一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司液压坐挂机械坐挂一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司继续划分

按液缸和锥体尾管悬挂器单锥单液缸双锥单液缸双锥双液缸一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司单锥单液缸双锥单液缸双锥双液缸一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司液压坐挂如何坐挂？投球自由下落到球座上，封堵管内外。管内加压至设计值.液体通过传压孔进入液缸，在液缸活塞环产生压力差，推动支撑套带动卡瓦沿着锥体上行，卡瓦外壁与套管内壁紧密接触。此时下放管串，卡瓦牙咬住套管内壁，楔在套管和锥体之间，整个尾管重量便悬挂于套管上。锥体卡瓦支撑杆剪钉传压孔液缸一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司机械坐挂如何坐挂？管串上提，导向钉到J型导向槽的底端.正转管串一周，保持不回转。此时下放管串，转换套沿长槽相对上行，卡瓦牙咬住套管内壁，楔在套管和锥体之间，整个尾管重量便悬挂于套管上。锥体卡瓦支撑杆弹簧弓片导向槽导向钉一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司尾管悬挂器主要部件回接筒(PBR)密封筒Settingsleeve悬挂器本体Linerhanger球座（锁紧座）Landingcollar钻杆胶赛Drillpipewiperplug尾管胶赛Linerwiperplug送入工具Settingtool一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司回接筒(PBR)一.常规尾管悬挂器回接导入1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司密封筒承载悬挂器(通常正转丢手).密封悬挂器和中心管一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司锁紧座-机械式悬挂器承接胶赛锁住胶赛球座-液压尾管悬挂器锁紧座全部功能坐挂球座落球篮，建立坐挂、胀封封隔器等所需密封当压力达到一定值时球篮剪掉，建立循环一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司钻杆胶赛尾管胶赛一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司送入工具与悬挂器组装一体将尾管悬挂器和尾管送入预定位置。完成悬挂器坐挂动作、注替水泥浆。倒扣不需严格找中和点，下压数吨即可正转倒扣丢手。密封补心随工具提出井口重复使用一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司浮箍一.常规尾管悬挂器浮鞋1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司尾管悬挂固井所需信息尾管信息:外径.:内径:重量:钢级:连接扣型:尾管底:尾管顶:套管信息:外径:内径:重量套管鞋深:钻具信息:外径:内径:重量:连接扣型:复合钻具？井眼信息:井眼尺寸:井眼轨迹:直,斜,or水平井斜：最大，尾管顶部，尾管底部:井底温度:尾管顶部温度:泥浆密度:一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司操作步骤（简）

准备工作

通井，调整泥浆。

配送入钻具。

悬挂器卡瓦应避开上层套管接箍。

校核指重表和泵压表。

下尾管、悬挂器及送入钻具，注意钻具通径

坐挂及倒扣

固井及拔中心管

严禁井内及套管内落物；操作要平稳，严禁猛提、猛刹和猛放。一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司将尾管向上延长至井口或中间某个位置的作业注水泥不注水泥（封隔式插头)尾管回接一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司结构组成回接插头专用铣鞋节流浮箍固井胶赛一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司陆地、海洋探井、开发井、注水井老井加深、开窗侧钻水平井、大位移井分支井、多底井含CO2、H2S井应用的范围133/8×103/4133/8×95/8（97/8）103/4×75/897/8×75/895/8×7(5½)85/8×65/885/8×51/275/8×57×57×41/2（4）51/2×4（31/2）规格一.常规尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司二.尾管悬挂器研制与应用

1.尾管封隔—悬挂器及其回接装置

2.液压—机械双作用尾管悬挂器

3.超大尺寸尾管悬挂器

4.特殊尺寸尾管悬挂器

5.特殊材质尾管悬挂器

6.筛管悬挂完井系统

7.可提出球座尾管悬挂完井系统

8.旋转尾管悬挂器

9.橡胶密封件的耐温性能

10.气密套管连接扣型加工1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司1.尾管封隔—悬挂器及其回接装置尾管固井存在的问题尾管固井候凝时，高压油气水侵入尚未完全凝固的水泥浆而形成窜流通道；固井后重叠段封固质量差或根本无水泥导致地层油气水窜入套管内或井内流体侵入地层。下入带封隔器的悬挂器是保证重叠段封固质量的一种有效措施。封隔器坐封后，可在外层套管和尾管之间形成隔离层，从而阻止油气水运移。1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司封隔式尾管悬挂器--结构1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司封隔式尾管悬挂器--结构1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司封隔式尾管悬挂器--结构1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司机械方法完成封隔器坐封。尾管下入设计位置后，按正常程序坐挂、倒扣、注水泥、替浆、碰压。上提送入工具，坐封机构从悬挂器中伸出，坐在回接筒顶端。下压一定重量，剪断固定销钉，胶筒在压力作用下发生挤压变形，在外层套管－尾管环空形成密封。封隔式尾管悬挂器--工作原理1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司坐封腿封隔器（坐封前）封隔器（坐封后）封隔式尾管悬挂器--工作原理1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司1、同时具有在注水泥前座挂尾管、注水泥后立即封隔尾管—套管环空两种功能；2、活动套筒内设计有卡簧，一旦胶筒胀封即实现永久封隔；3、可承受30Mpa的正负压差；4、座封简单。只需下压钻具10～30t，便完成座封。封隔式尾管悬挂器--性能特点1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司规格ABC座封压力，t30～50额定负荷，t

160120160载荷支撑套承载能力，t

161616密封能力，MPa

25

2525液缸剪钉剪断压力，MPa

7～8

7～87～8球座剪钉剪断压力，MPa

16～17

16～1716～17尾管胶塞剪钉剪断压力，MPa

121212适用套管钢级N80P110N80P110N80P110适用套管壁厚(mm)10.0311.0511.99适用套管公称重量(m/kg)59.5264.7369.94封隔式尾管悬挂器--主要参数1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司51/2811.9957/3111.0565/3510.03座挂前/座挂后，cm2套管壁厚（mm）过流面积410（NC50）提升短节上接头扣型187回接筒内径（mm）2800回接筒长度（mm）S45/42铜球直径（mm）332钻杆胶塞总长（mm）155本体内径（mm）215本体最大外径（mm）主要参数（续表）1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司封隔式尾管悬挂器--动画演示1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司04年初塔河油田T739井，尺寸95/8×51/2。井深6063.5m,悬挂器下深4248.5m，尾管长1811m。坐挂12MPa，剪球座20MPa。注水泥后下压钻具48t，坐封封隔器，试压15MPa，重叠段密封良好。上提送入钻具循环出多余的水泥浆，整个施工过程顺利。封隔式尾管悬挂器--应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司生产井，定向井井深3451.08m井斜62.39，悬挂器处井斜61095/8套管下深2150m，7尾管长度1496m钻具浮重58T尾管浮重42T胀封封隔器42T，试压18MPa，密封可靠。BZ25-1气田B32井封隔式尾管悬挂器--应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司国内主要在中海油所属渤海、南海、东海油气田使用，目前已使用了60多套；胜利油田、土哈油田也有使用国外在尼日利亚、哈萨克斯坦、缅甸、沙特使用。封隔式尾管悬挂器--应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司封隔回接插头用途

用于高压油气井，在悬挂器顶部形成高压密封，以阻止和补救尾管－套管重叠段发生环空气窜。使用方法●钻杆送入坐封，达到封隔重叠段的目的；●套管或套管加钻杆送入，即将尾管回接至井口或井内某一位置，注水泥后再坐封。1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司回接筒封隔胶筒防退卡瓦回接插头悬挂器上层套管封隔回接插头1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司防退卡瓦封隔胶筒密封组封隔回接插头1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司主要技术参数项目技术参数启动压力10t座封压力30-50t封隔器密封能力MPa>25MPa封隔回接插头1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

外层套管封隔胶筒防退卡瓦封隔回接插头－实验情况1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司2.液压—机械双作用尾管悬挂器

用途提高坐挂成功率提高循环过流通道面积

1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司双保险尾管悬挂器总装图2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

液压坐挂机构全部设计在送入工具上，可多次使用液压、机械双保险；卡瓦位于悬挂器的凹槽内，下入过程中不会受到损伤增加了内循环通道，过水面积较常规悬挂器增大35%2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司2.液压—机械双作用尾管悬挂器

序号

参数名称

参数值

1

悬挂器额定负荷

120T

2

载荷支撑套承载能力

20T

3

密封总成密封能力

大于25MPa

4

液缸剪钉剪断泵压

7-8.0MPa

5

球座剪钉剪断泵压

16-17MPa

6

大胶塞剪钉剪断泵压

12MPa

7

座挂前卡瓦外径

Φ211mm

8

本体最大外径

Φ215mm

9

座挂后卡瓦张开外径

Φ231.5mm（最大行程时）

10

适用的套管钢级

N80P110

11

适用的上层套管壁厚

10.03mm11.05mm11.99mm

12

连接扣型

NC50(410)

13

投球直径

SΦ45(SΦ42)mm

过流面积(cm2)

座挂前

座挂后

壁厚10.03mm

61.76

48.7

14

壁厚11.05mm

54.78

44.26

壁厚11.99mm

48.17

40

1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司班深1井的应用☆技术数据井深：3223.66m尾管下深：3182.21m尾管:177.8mm尾管长：1616m尾管重：56T总悬重：90T2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司施工程序1、下套管，接悬挂器，称尾管浮重56T。2、下到设计位置，接方钻杆，循环，称总悬重90T。3、座卡瓦，倒扣12圈，上提2.5m，下放进行座挂,指重由90T下降到40T,钻杆回缩1.2m（计算1.14m），座挂成功。4、继续倒扣20圈，上提2.5m，悬重42T,反扣已全部卸开。2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司大庆新2井的应用☆技术数据井深：3000m平均井径：278.7mm井斜：4.3°上层套管：244.5mm尾管:139.7mm尾管长：1140m尾管下深：2997m球座位置：2969m尾管悬挂器下深：1857m2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司施工程序1、下套管，接悬挂器，称尾管浮重24T。2、下到设计位置，接方钻杆，留方余1.95m,称重76T。3、接方钻杆循环，循环压力4—5MPa；投球，并以小排量泵送10min，约25min后，压力上升至12MPa时，稳压5min，下放钻具至悬重46T,回缩距1m，判断座挂成功。4、憋压21MPa，球座剪钉剪断，压力回落为0,循环畅通。2.液压—机械双作用尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司上本体上液缸下液缸下本体尾管悬挂器－本体3.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司主要性能特点●双锥体、双液缸结构，双排卡瓦均匀分布，悬挂负荷大，保险性好。●W形双向密封组合，密封装置可回收，不需钻除。●滚珠轴承设计，不需找中和点，丢手方便。●过流面积足够大，较国外同类产品提高18%以上。●独特的回接装置设计，必要时可将尾管回接至井口3.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司规格133/8"×95/8"(Ф339.7×Ф244.5)最大悬挂负荷，t240密封能力，MPa＞25液缸剪钉剪断压力，MPa6.8球座剪钉剪断压力，MPa17.7本体最大外径，mm308本体最小内径，mm220.5回接筒长度，mm1200--1800回接插头密封组合4×4组“v”形圈回接插头密封能力,MPa＞25适用套管壁厚，mm9.610.9212.19过流面积(cm2)(坐挂前/坐挂后)套管壁厚(mm)9.65178/12510.92166/12012.19153/1163.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司尾管悬挂器座挂拉伸试验结果外层套管参数外径（mm）内径（mm）钢级341316.8N80外层套管径向变形（mm）拉伸负荷(T）80160180240上排卡瓦0.10.20.70.7外层套管轴向位移（mm）4.24.26.16.13.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

SSX-A型133/8〞×95/8〞悬挂器主要在新疆塔河油田推广应用。最大井深5400m

尾管最长2571.4m

最大悬重190t。

成功解决了塔河油田南部石炭系盐体覆盖区盐膏层的钻井问题。121/4“井眼近5400m，裸眼段长达2400m，其间穿过260m的巨厚盐膏层。若采用95/8”套管一次固井，仅下套管时间就会超过80h，而据测算，盐膏层的蠕动72h就可将121/4“井眼全部封死。3.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司序号井号133/8"套管下深m133/8"套管壁厚mm95/8"尾管长度m浮重t回接情况1CB32A-2C170612.191804.7106.5没回接2CB32-A-4186612.191901.4112.1没回接3沙105299812.192477.5143回接顺利4沙107299012.192558149回接顺利5沙106300812.192571.4148回接顺利3.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司07-08年悬挂器服务一览表型号井号/井别使用时间施工地点井深(m)

尾管长度(m)

座挂憋球座座挂倒扣SSA-ASTK1225/开发井08.02.07塔河油田5784.652829.381218良好SSA-ASTK1239/直井08.02.22塔河5658.53169.211118良好SSX-ASYQ6/探井08.03.18塔河5683.133725.431215良好SSX-ASTK1228/开发井08.03.19塔河569231791216良好SSX-AS三星1井/预探井08.4.27重庆4664.6521711419良好

SSX-A张海101生产井07.1.14大港后塘村25148451117良好SSX-A中207.1.13西指塔中5518260511.517.5良好SSX-AXH107.1.31塔河油田525223261219良好SSX-AYQ807.3.9塔河油田58802894.681118良好SSX-ATK111707.5.11塔河油田538225181119良好SSX-ASAT507.5.26塔河油田533124841620良好SSX-AAD207.6.22塔河油田562830461218良好SSX-AAD307.6.25塔河油田5680263112—1718做挂打滑SSX-A都护107.9.6塔河油田5465213712.5

19

良好SSX-ASTK1118X07.9.7塔河油田52082356.961217良好SSX-A星火307.9.19塔河油田555727001221良好3.超大尺寸尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司新技术的使用、井下复杂情况促进了非常规尺寸尾管悬挂器的开发

大陆架已经研制并投入使用的尾管悬挂器5.特殊尺寸尾管悬挂器16×113/4133/8×103/4113/4×85/8103/4×81/8103/4×75/895/8×81/895/8×75/885/8×65/875/8×61/865/8×43/41/11/2023德州大陆架油气高科技分公司川东北地区固井难点地质条件复杂

碳酸盐裂缝性高压气藏，目的层埋藏4000～7000m纵向多压力系统，而且地层横向差异性非常大。气层活跃，钻遇气层当量密度大于2.0g/cm3。高压气层富含H2S和CO2等有害气体，而且含量较高地温梯度较高，井底静止温度达到180℃以上。

5.特殊尺寸尾管悬挂器套管系列:133/8“（135/8”）、103/4“、75/8”、53/4“固井方式：尾管固井（回接）工艺。套管扣型：气密扣给工具供应商提出了一个新的课题---开发与套管配套的特殊尺寸系列固井工具及附件。

特殊尺寸井身结构

5.特殊尺寸尾管悬挂器对固井工具的要求

满足常规的可靠、安全、有效、经济、实用外，还应满足以下要求：

①满足套管特殊尺寸的要求；②工具的制造材质、强度、抗腐蚀性能与套管一致或相近；③具有与套管一致的气密连接扣型；④适应该地区井下条件，如高温、高压、高密度等。5.特殊尺寸尾管悬挂器尾管悬挂器液缸结构

新型结构常规结构5.特殊尺寸尾管悬挂器

尾管悬挂器结构图

尾管悬挂器结构示意图5.特殊尺寸尾管悬挂器尾管悬挂器主要性能参数型

号SSX-CSSSX-ASDYX-CS尺

寸133/8×103/4103/4×75/875/8×53/4悬挂负荷，t24018090最大外径，mm308240163通径，mm245172121.4套管壁厚，mm11.4312.5712.5713.8412.7过流面积，cm278/6270/5469.15/38.8956.22/3422.77/15.88抗拉强度，t349332198抗内压，MPa4761MPa71MPa抗挤强度，MPa2848MPa66MPa出厂试压，MPa≥25≥25MPa≥25MPa5.特殊尺寸尾管悬挂器川东北地区从06年开始到08年上半年已经使用60多套特殊尺寸抗硫尾管悬挂器。总体良好，达到设计要求指标，满足现场要求。

尾管悬挂器应用5.特殊尺寸尾管悬挂器应用实例：

07年6月15－17日，普光12井103/4“尾管固井。井深3868m，密度1.40g/cm3，上层Ф339.7mm套管下深2008.08m。

133/8“×103/4”SSX-CS型尾管悬挂器，连接扣型TP-NF。悬挂尾管1998m，浮重152t。悬挂器坐挂、剪球座、倒扣、碰压、凡尔密封一切正常。

尾管回接在多次试插的情况下，密封仍然有效，施工顺利。

超大尺寸抗硫尾管悬挂器第一次在川东北地区使用。尾管悬挂器应用实例5.特殊尺寸尾管悬挂器五开最大井斜26.47°。最高井底温度180℃。地层压力系数1.03～1.23。最大井底压力94MPa。位于塔河油田,设计井深8000m。完钻井深8408m。为亚洲第一垂直深井。

塔深1井非常规系列尾管悬挂器5.特殊尺寸尾管悬挂器5级井身结构非常规钻头系列非常规套管系列组合式钻具结构井身结构使用61/2″钻头持续钻进，直至钻达地质目标。65508405

139.7(特殊间隙)

8408165.1五开O1p

底部。回接筒实探顶深5297.1m。52086800206.375(无接箍)

6800241.3四开C1b底部。悬挂即回接，回接筒顶深3035.46m。地面5448.80273.05

(无接箍)5460311.15三开E3s顶部。地面3203.24339.73206444.5二开N2k上部。地面305.13508306.13660.4一开实钻数据

Q。地面21.572021.5914.4导管备注

位置与控制说明水泥返高m

下深m

套管尺寸mm

井深m

钻头尺寸mm

开次5.特殊尺寸尾管悬挂器回接

研发非常规尾管固井工具三种尾管悬挂器都属于非常规规格。国外公司以时间紧张、应用前景不明朗为由委婉拒绝。自主研发要冒大风险，难度在于环空间隙小，尺寸排列难，强度要求高等。连接扣型为特殊扣型。◆◆◆◆5.特殊尺寸尾管悬挂器主要性能参数F172F238F308本体最大外径，mm121213剪尾管胶塞压力，MPa16～181816～17球座剪钉剪断压力，MPa11～12109～10液缸剪钉剪断压力，MPa>25>25>25密封能力，MPa303030载荷支撑套承载能力，t90180240额定负荷，tSSX-CSSX-CFSSX-C型号81/8"×51/2"Φ206.38×Φ139.7

103/4"×81/8"Φ273.05×Φ206.38

133/8"×103/4"Φ339.7×Φ273.05

规格五开四开三开开次5.特殊尺寸尾管悬挂器41.14/29.8466.52/46.3856.84/41.8769.15/38.8956.22/34过流面积坐挂前/坐挂后，cm213.512.5713.84

10.9212.19上层套管壁厚，mmVAM-TOPTP-FJTP-FJ适用的尾管扣型NC38NC50520（5-1/2"贯眼）提升短节上接头扣型34.2663.5190.32尾管公称重量，kg/m10.5413.5013.84适用尾管壁厚，mm120030001200回接筒长度，mmF118.62F179.5F245本体最小内径，mm五开四开三开开次主要性能参数（续）5.特殊尺寸尾管悬挂器应用基本数据

除Φ206.38mm尾管因循环时钻具事故，未完成座挂外，其他两种规格的尾管固井都实现了以下目标：尾管顺利下入设计井深；开泵循环井眼畅通；投球、座挂、憋球座、倒扣、密封、注水泥、替浆、提出送入工具都符合设计要求；固井质量合格。√√√√5.特殊尺寸尾管悬挂器三种规格尾管固井基本数据

规格Φ339.7×Φ273.05Φ273.05×Φ206.38Φ206.38×Φ139.7尾管下深，m5448.868008405尾管长，m2413.341495.631768尾管空重，t210.396.159.4座挂压力，Mpa12

12.5球座剪断压力，Mpa19.5

17.5钻井液密度，kg/L1.341.111.15注水泥量，m312854.528.8水泥浆密度，kg/L1.761.21.80固井质量合格合格合格应用基本数据5.特殊尺寸尾管悬挂器应用基本数据

运用先进的理念和技术，攻克了非常规悬挂器的设计及施工技术难关，创造了多个新的纪录。

最大悬挂重量达210t；

最大悬挂器下深6637m；

浮箍浮鞋下深8405m。5.特殊尺寸尾管悬挂器5.特殊材质尾管悬挂器

属氢去极化腐蚀。腐蚀特征为点蚀。当CO2分压＞0.21MPa（含水），具有严重腐蚀性。CO2

腐蚀H2S腐蚀属氢去极化腐蚀。腐蚀特征为断裂或开裂。工程力学认为H2S分压＞0.2068KPa时，应考虑使用防硫化氢材料。腐蚀介质1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

H2S腐蚀属氢去极化腐蚀。腐蚀特征通常以氢脆断裂为主，发生应力开裂、氢诱发裂纹、氢鼓泡现象。工程力学认为PH2S＞0.2068KPa，应使用防硫化氢材料。

与钢厂合作开发用于中低H2S环境下使用的固井工具管材－27CrMoTi，其成分和机械性能相当于API套管的C－90级抗H2S腐蚀悬挂器及应用国内外对于中低H2S环境，普遍采用C－90等低硬度的材质；但对于高浓度H2S井，国外采用Ni基高合金钢，价格是一般管材的20－40倍以上。1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司27CrMoTi钢材

化学成分CMnSiSPNiCrMoTi0.310.520.290.0050.0080.050.980.280.10屈服极限MPa强度极限MPa延伸率﹪硬度HB冲击J66572524.0219DVH94机械性能抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司实验完成单位：西安管材研究所

采用美国腐蚀工程协会标准

SCC试验（抗应力腐蚀试验）

（NACEStandardTM0177-2000A）

HIC试验（氢起泡实验）（NACEStandardTM0284-2003）

仪器：应力环载荷：80%最小屈服应力溶液：饱和人工合成海水通入饱和H2S，

PH值4.9。溶液：饱和人工合成海水

通入饱和H2S，

PH值5.1。

材质模拟试验抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司材质模拟试验H2S实验装置示意图1.N2气瓶2.H2S气瓶3.实验容器及试样4.H2S处理系统5.T形接头抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司试验结果SCC试验试样在经过H2S酸性溶液浸泡720小时（30天），试样表面在放大10倍的情况下，未发现裂纹。也就是说在特定的拉应力作用下，试样不发生应力开裂。HIC试验试样在经过H2S酸性溶液浸泡96小时（4天）,表面在放大50倍的情况下，未发现氢鼓泡现象；其断面在放大

200倍的情况下，也未发现氢鼓泡现象。即材料在饱和

H2S人工海水浸泡，不产生氢致裂纹。开发的材料具有良好的抗H2S腐蚀能力，满足中低H2S含量的腐蚀条件下完井要求。抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司应用－川东北地区06-07年部分抗H2S悬挂器使用统计

用户规格型号井号/井别使用时间地点井深(m)尾管长度M座挂憋球座中海油服(塘沽)95/8"×7"DYX-AFSBZ28-1-N706.07.29渤海5号平台4010793.311219胜利黄河南方103/4"×75/8"SSX-AS清溪106.11.30四川达州2913.9613921313胜利黄河南方103/4"×75/8"XGJ-AS黑池1井06.03.01四川通江47561550

胜利黄河南方75/8''x53/4''DYX-CS河坝2井井07.07.16通江县5222.115651218胜利黄河南方103/4''x75/8''SSX-CS老君一井07.05.09四川

宣汉61702931.441319西南石油局95/8"×7"SSX-AS石深1井06.03.31四川阆中409812161218抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司06-07年部分抗H2S悬挂器使用统计（续）西南石油局75/8''x53/4''DYX-CS元坝1井07.03.29四川苍溪7171.598651320.5西南石油局75/8''x53/4''DYX-CS马一井07.06.06四川巴中5548108616.540中原川东133/8x104/3SSX-cs普光12井07.06.15四川普光386819981518中原川东103/4×75/8SSX-AS红参106.06.08四川若尔盖54562256.741118.5中原川东103/4×75/8SSX-AS大湾106.10.02四川宣汉327724141217.5中原川东95/8"×7"SSX-AS普光906.06.08四川宣汉638928421218.5江汉西南95/8''x7''SSX-AS建深7井07.06.26利川黄水镇4245.1312071319江汉西南75/8×53/4"DYX-CS金鸡1井06.04.28四川梁平47753311112江汉西南103/4x75/8''SSX-AS建深一井07.06.16湖北利川4987135212

19

川局井下95/8’'x7'‘SSX-AS卧118-1井07.02.24重庆长寿378016501214川局井下75/8''x53/4''DYX-CS普光101井07.05.08四川宣汉615352611.518南方公司103/4x75/8SSX-CS河坝2井07.02.03通江县4957

1216南方公司103/4''x7''SSX-CS普光10井07.03.24四川

宣汉654026271117抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司从03年起，在塔河油田的含H2S条件下这种材质已5年，累计达到180口井左右，主要是133/8×95/8、95/8×7尾管悬挂器和95/8分级箍，至今未发生腐蚀问题。塔河油田腐蚀环境井深4500-6000mH2S分压0.0005-0.04MPaCO2分压0.05-1.146MPa（个别井）应用－新疆地区抗H2S腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

27CrMoTi抗H2S腐蚀材质的强度低，无法满足川东北气田高强度和高H2S要求，因此必须进行重新选材。高强度抗H2S腐蚀悬挂器研制川东北气田腐蚀环境井深5000-7000m以内井筒温度

130-160℃气层压力120-140MPaH2S含量8-16%CL浓度250000ppmPH大于31/11/2023德州大陆架油气高科技分公司大陆架公司承担了中国石化股份公司科技部课题

《抗高温高压耐腐蚀固井工具的研制》

鉴于天津大无缝、无锡西姆莱斯钢管公司为中石化南方公司提供高强度、高抗硫套管，与之签定向大陆架供应钢坯协议，采用其热处理工艺，确保了固井工具材质与套管完全一致。高强度抗H2S腐蚀悬挂器研制1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司天钢TP-110TSS材质强度：屈服强度763-850MPa

抗拉强度大于862MPa

抗挤强度448MPa（10¾）抗H2S腐蚀试验

试验采用NACETM0177-96标准（A拉伸试验方法），试验应力为80％最小屈服强度，5％NaCl+0.5%冰乙酸溶液在饱和H2S条件下720小时，管材未发生应力开裂。即管材的SSC门槛值80％。高强度抗H2S腐蚀悬挂器研制1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司

已经与中石化南方公司签订协议，为其改进的井身结构的元坝22井、新黑池1井研制开发

16×11¾11¾

×85/8

85/8

×65/8

65/8

×4¾

目前已完成16×11¾11¾

×85/8悬挂器加工和试验

系列尾管悬挂器高强度抗H2S腐蚀悬挂器研制1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司抗CO2腐蚀悬挂器及应用

CO2

腐蚀属氢去极化腐蚀，腐蚀特征为点蚀。当CO2分压＞0.21MPa（含水），具有严重腐蚀性。

选材13Cr合金钢我所与日本住友公司合作，针对雅克拉气田开展了13Cr管材腐蚀模拟试验。雅克拉气田井深4100-5800m气层压力49MPaCO2含量0.76-4.63％H2S含量0.002-0.025％1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司不同材质在CO2环境下随温度的腐蚀曲线抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司CSiMnPSCrNiMoNbA0.200.750.760.0100.00413.2---B0.020.470.500.0200.00512.82.95--C0.230.290.510.0120.0041.06-0.600.034CO2＋H2S条件下不同材质腐蚀速度三种试验材料成分表抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司H2S＋CO2条件下不同材质腐蚀曲线抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司2Cr13不锈钢化学成份（%）CMnSiPSCrNiCu0.15

0.220.251.00≤1.00≤0.025≤0.0212.014.0≤0.50≤0.252Cr13不锈钢机械性能

试样编号屈服极限MPa强度极限MPa延伸率%硬度HB167583015237268082516237抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司特殊工艺特殊处理工艺，使机械性能达到设计要求；对丝扣扣型进行微调，降低单扣受载峰值；丝扣双金属电镀，防止高扭矩下丝扣粘扣。抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司13Cr不锈钢尾管悬挂器应用井号油田井类型尾管下深m尾管长度m尾管重量t应用条件W12-1-B20涠12-1北定向井3245.00939.4454.5Pco2＞0.2MPaW12-1-B9涠12-1北定向井2615.00523.6640.0W12-1-B10涠12-1北定向井2609.44448.7439.0W12-1-B2涠12-1北定向井2909.00620.2240.6W12-1-B18涠12-1北定向井3884.111040.4460.0普光1井四川宣汉定向井5671.002356.00122.7H2S：16％川孝560井四川德阳探井直4698.001948.0060.0部分177.8mm13Cr不锈钢尾管悬挂器应用抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司雅克拉气田油套管及工具使用情况使用13Cr材质油套管和工具，未发现腐蚀现象。但使用常规P110管材油管约一年腐蚀穿孔。抗CO2腐蚀悬挂器及应用1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司6.筛管悬挂完井系统常见的筛管尾管完井管串结构

送入钻杆+尾管悬挂器+尾管串+碰压座+浮箍+液压分级箍+管外封隔器+盲管(盲板)+筛管串+引鞋存在的弊端分级箍无法关闭

分级箍提前打开，封隔器无法坐封1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司送入钻杆+尾管悬挂器+尾管串+液压式分级箍+管外封隔器+专用球座+筛管串+引鞋改进后的管串结构球座6.筛管悬挂完井系统1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司使用胶木球，小排量泵送至分级箍优点：避免了下钻过程中“液力激荡”问题分级箍可以关闭6.筛管悬挂完井系统1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司针对不固井筛管完井结构1：尾管悬挂器＋可提出球座＋筛管优点：免除钻球座施工，减少完井周期，降低完井成本。结构2：尾管悬挂器＋可提出球座＋分段封隔筛管（外部）＋循环胀封管柱（内部与中心管相连）优点：实现一次完成悬挂、冲洗、分段胀封防砂工艺，免除钻球座施工，减少完井周期，降低完井成本。应用：冀东油田、土哈油田7.可提出球座悬挂完井系统1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司在入井过程中可旋转尾管，有助于尾管顺利下到设计位置。有助于改善顶替效率，提高尾管固井质量。在小间隙井中，旋转尾管可帮助尾管顺利下到设计位置，尾管的旋转可使水泥浆均匀地分布在尾管周围。有助于解决定向井套管偏心顶替效率差的问题，并有助于防止环空窜流通道的形成。8.旋转尾管悬挂器1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司旋转尾管作业流程坐挂悬挂器尾管与送入工具丢手注水泥，替浆，并旋转尾管下入尾管及悬挂器旋转尾管固井工具1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司悬挂器主要结构型式机械式旋转尾管悬挂器；液压式旋转尾管悬挂器；封隔式旋转尾管悬挂器。丢手工具主要结构型式机械式丢手工具；液压式丢手工具；封隔式丢手工具。

国外技术现状、发展趋势旋转尾管固井工具1/11/2023德州大陆架油气高科技分公司※卡瓦驱动旋转钻杆水泥头※顶驱旋转钻