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尾管固井是一项风险高,技术复杂,施工难度大,质量要求高的特殊固井作业。通过大量的调研发现对近年来兴起的大斜度井、水平井、分支井、小井眼小间隙井、老井侧钻井等特殊井进行尾管固井,使用现有悬挂器存在很多无法解决的难题,为了解决深井、水平井和分支井等特殊井尾管固井难题,提高尾管固井成功率,简化尾管固井施工工艺,提出了研制新型尾管悬挂器。 研制新型悬挂器的核心技术是悬挂机构、脱开机构、液缸以及复合胶塞的设计和研制,并使各机构有机结合,达到挂得住、脱得开,施工简便,性能可靠的目的。研制时根据国内外调研情况和现场需要,列出现场需要悬挂器所达到的功能,根据所要达到的功能进行工具方案设计,改变了过去调研各种类似工具,根据现有工具进行改进的研究方法。在研制该新型悬挂器时从以下几方面进行攻关研究: 1.在设计过程中,根据悬挂器所要达到的功能,突破原有悬挂器的设计思路,大胆创新,不但改变了悬挂器的结构,而且改变了尾管固井的施工工艺,通过精心设计,仔细计算,专家论证,并且进行了数次地面试验,解决了一道又一道技术难关,数易方案,完成了工具的整体方案设计。 2.为了彻底解决悬挂器倒扣倒不开的难题,在设计中大胆设想,提出了不倒扣使送入管柱与悬挂体脱开的新思路,突破原有悬挂器必须通过倒扣才能使送入管柱与悬挂体脱开的作业方法,用液压方法使送入管柱与悬挂体脱开,避免倒扣作业,根据这一设计思路,设计完成了圆球组合悬挂体,该悬挂体具有以下功能: (1)悬挂力强,悬挂能力超过了送入钻杆的拉伸强度; (2)该悬挂体可根据现场需要投球(先坐挂后注水泥)或投小胶塞(先注水泥后坐挂),通过液压作用使送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开,送入管柱与悬挂体脱开后永远不会再挂上,避免了尾管固井中的倒扣作业。 广)该悬挂体在注水泥和替泥浆过程中上下活动和旋转尾管,其活动范围和旋转次数不受尾管悬重和转速的影响。 3,为了解决液压式悬挂器在下套管过程中容易提前坐挂的难题,在设计i夜缸时从结构上进行了精心设计,设计了带内衬套的液缸,而且在液缸流体入口处设计有保险装置,该液缸在30Nil)a循环压力不会提前作用,在下尾管过程中可以任意循环,有利于处理井下复杂事故;而当碰压球或小胶塞到达悬挂器的密封环时,4~SNrpa压力就能剪断液缸活塞销钉,液缸作用悬挂器实现悬挂。 4.为了增加悬挂器的悬挂能力,使悬挂更可靠,在设计时将悬挂受力部位设计成多个悬挂单元,每套悬挂器上至少两组悬挂单元,悬挂力大(理论设计大于2000kN),而且可根据现场需要再增加悬挂单元。在超深井和悬挂尾管长的井设计有微台阶悬挂接头,可与机械式的微台阶悬挂方式相结合,保证坐挂成功率达到 100O。 5.为了解决尾管固井后上个钻具钻水泥塞难题,提出了尾管碰压新思路,根据这一思路设计了大小胶塞组成复合胶塞,该复合胶塞实现了尾管碰压,复合胶塞耐压能力强,碰压可靠,而且在中心管上设计的冲洗孔,可以保证将悬挂器喇叭口处的泥浆冲洗干净。二者结合可以保证固井后电测顺利到井底,避免了上小钻具钻水泥塞或通悬挂器喇叭口处的水泥浆与钻井液的混浆段。 设计的新型悬挂器通过地面试验和 11口井现场试验和应用表明: l.各机构设计合理,所有参数完全复合设计要求; 2.该悬挂器具有随位悬挂,可根据现场需要投球(先坐挂后注水泥)或投小胶塞(先注水泥后坐挂),通过液压作用坐挂悬挂器和使送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开,在注水泥和替浆过程中可上下活动和旋转尾管,复合胶塞碰压,不再钻水泥塞和尾管口接等功能; 3.该悬挂器不仅可用于普通井,而且可用于大斜度井、水平并、小间隙井。侧钻井以及分支井。