法蘭式套管懸掛器的改造及應用

王成林

（中海油能源發展股份有限公司工程技術油田作業公司，天津 300452）

0 引言

模擬試驗井是鉆采工具及工藝能進行井下模擬試驗的核心和重點，針對各油田的開發特征，必須進行一系列特殊的井下試驗研究，才能提高鉆采工具及工藝技術的整體水平和適用性能。國內進行鉆采工具技術研究的機構和單位內都配套有用途各異、不同井身結構、深度和功能的試驗井，鉆采工具技術的研究著重在試驗其抗拉、壓、扭及溫度等的機械性能，而采油、采氣工藝技術研究的主要對象是井筒內流體的流動形態及規律，是從井底到井口的全過程。

中海油試驗井隸屬于海油能源發展工程技術油田作業支持公司，目前擁有4 口不同井型、不同井深的試驗井，1 套國內先進的ZJ50DBS 鉆機，1 套XJ90 修井機，1 套數據采集系統，具海洋特色的，集信息化、可視化、智能化于一體。目前有直井JJSY-1、定向井JJSY-4、大斜度、大位移井JJSY-5、水平井JJSY-2H 四口試驗井。

4 口試驗井具有以下特點：井斜0-91°，狗腿度0～6.19°/30 m（臨時井段最大狗腿度為16.15°/30 m），可全覆蓋在不同井斜及狗腿度要求下，驗證井下工具的剛性通過性；包括及7″套管及以下多種套管尺寸，滿足多種尺寸井下工具作業；可驗證及其以下井下工具過尾管懸掛器的通過性；大斜度、長水平段為當前海上油田面臨的生產及修井難題提供了新工藝、方案和新手段應用的用武之地；模擬與試驗鉆完修井作業中常規正反循環及新工藝與新工具的應用；模擬與試驗定向鉆井、大型壓裂及防砂、套銑打撈，大斜度井及水平井沖砂等復雜性、高難度作業；生產采油。分注工藝模擬試驗；稠油熱采試驗；鋼絲、電纜工具在斜井中的投、撈模擬試驗；井控模擬；實操訓練及培訓基地（1″=25.4 mm）。

1 套管懸掛器改造關鍵技術問題

在試驗過程中，為實現井口密封，建立大環空環境，根據現場作業需求梳理出需要解決以下7 種關鍵技術問題：①便于現場操作，省時省力；②能夠懸掛不同尺寸的套管管串；③能夠與現有井口套管頭實現密封，且可承受高壓；④耐用性強，可以反復使用；⑤上部可以安裝防噴器組，建立小環空通道；⑥與井筒內套管建立大環空通道可以模擬產層等功能；⑦地面以及井下風險低。

2 技術改造方案設計

為滿足工具測試需求，經過多次討論研究后最終決定以變壓法蘭為基礎，加工套管螺紋，并連接一根短套管，并加工與其匹配的常用變扣，可以下入不同尺寸的套管管串。另外，法蘭上表面為可以直接與防噴器組匹配連接，下表面為與井口套管頭連接，既能實現懸掛功能，還能滿足密封要求。

3 改造后關鍵技術功能

根據實際現場使用頻次以及工況設計加工的法蘭式套管懸掛器，較以往卡瓦式套管懸掛器有以下創新要點：

（1）使用壽命長，可以頻繁、多次使用。

（2）鋼圈密封，對井筒套管懸掛器密封腔體平整度無要求，密封性強，可以承受5000 psi 的壓力，法蘭式套管懸掛器通過法蘭與下部井筒套管懸掛器連接，環空打高壓時比較牢靠。

（3）可以懸掛多種尺寸的套管管串，滿足多種尺寸試驗工具需求。

（4）可操作性強，法蘭式套管懸掛器帶有絲扣，組裝時可直接用套管鉗上扣，簡便快捷、省時省力，并且送入以及回收均利用可退式套管撈矛，既安全可靠又方便操作。

（5）承重以及抗拉強度高，可以懸掛2842 kN 的套管管串。

（6）工具配伍性高，上部可以直接連接防噴器，也可以通過連接變壓變徑法蘭座采油樹或其他井口裝置。

（7）法蘭式套管懸掛器是個整體部件，無任何附件，裝配時造成的井下落物風險或套管卡鉆風險較低。

（8）通過法蘭封閉環空上部，利用套管翼閥及下入的帶孔管或割縫套管可以模擬產層，進行生產工藝以及完井工藝功能測試。

圖1 法蘭式套管懸掛器

4 法蘭式套管懸掛器應用評價

自裝置改造后，先后為15 個項目完成了試驗服務（表1）。

表1 服務項目明細

目前所有需要建立雙環空環境，下入套管的測試均可使用法蘭式套管懸掛器，并加工一系列的套管變扣，根據下入的套管尺寸和扣型的不同，在法蘭式套管懸掛器末端連接相匹配的套管變扣，既滿足懸掛管串功能又能實現環空密封性能。

另外，由于套管扣不能反復進行上卸扣，采用保護接頭的形式，加工多個套管保護接頭，從而保護法蘭式懸掛器連接的短套管絲扣，每次只需更換接頭即可，既安全可靠又操作簡便。

5 結論及建議

（1）法蘭式套管懸掛器的改造及應用，可以滿足試驗井不同尺寸套管井環境，從而實現多尺寸鉆完井、修井、采油工藝工具測試的驗證功能，解決了雙環空測試的難題，并且使用頻次高，安全可靠，成本較低，為試驗井功能拓展，豐富試驗手段起到了較大的作用，帶來可觀的經濟效益。

圖2 法蘭式套管懸掛器實物

（2）利用法蘭式套管懸掛器，完善了科技研發中試基地的套管尺寸，增加了小尺寸鉆完井、修井、采油工藝工具測試驗證功能，為海油總國家重大專項、總公司重點項目乃至大港等周邊石油單位提供良好的試驗平臺，可較好地保障項目中試試驗驗證環節的實施，提高中試試驗能力，完善中海油總公司從“研發、中試、現場試驗、產業化與技術推廣”的技術創新鏈條，促進科技成果向生產效益的轉化。