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[摘 要]尾管固井作为一种重要的固井方法，可以节约大量的套管、水泥费用，也能够减轻钻机负荷，降低施工压力，但是也存在一些缺点。采用特殊旋转尾管悬挂器，通过转盘或頂部驱动带动整个尾管串旋转。套管旋转可改变环形空间顶替液体流场，增加周向旋流，改善轴向顶替效率，使水泥浆在套管周围均匀分布，通过旋转尾管还有助于尾管下入到位，解决大斜度井套管下入困难问题。
[关键词]固井 旋转尾管悬挂器 顶替效率 固井质量
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-029-01
一、旋转尾管悬挂器的工作原理及技术优点
1. 普通尾管固井的缺点
1.1 环空间隙小，水泥环薄，尾管居中度不高，易形成钻井液顶替“死角”，岩屑沉积易堵塞，管内留水泥塞。
1.2顶替效率低、混浆严重，严重影响了固井质量，制约了气田的开发建设
2. 与普通的尾管固井相比，旋转尾管固井的几个技术优点：
2.1 有利于下尾管作业，能保障尾管顺利下至设计井深。在尾管下入过程中，如果遇阻，普通尾管悬挂器不能转动，而旋转尾管悬挂器可以转动管串，解决斜井和水平井下尾管遇阻、难下到位的问题。
2.2 有利于改善顶替效率，提高二界面固井质量。固井施工期间，通过转盘驱动井口的旋转水泥头，带动尾管旋转并结合合理的循环冲洗排量，有利于冲洗掉井壁上的滤饼。水泥浆在顶替过程中尾管环空上行，加上旋转尾管的搅拌作用，使水泥浆能均匀分布在套管周围，形成均匀的水泥环，能大幅提高二界面固井质量。
2.3 有助于解决小间隙固井问题。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。
2.4 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。尾管在井眼中偏心会大幅度降低顶替效率，偏心环空也是引发水泥浆窜槽的主要原因之一，在注水泥过程中旋转尾管，可使大间隙处的水泥浆进入小间隙处，而小间隙处的滞留泥浆被拖曳和反冲进大间隙处，然后再被大间隙处流动的水泥浆带走。这样，尾管周围均有水泥浆通过，可避免窜流通道的形成，避免造成油、气、水层互窜。
二、大陆架旋转尾管悬挂器介绍
主要由配套工具附件、送入及丢手工具、旋转尾管悬挂器组成。
1. 配套工具及附件
包括旋转水泥头、可划眼引鞋、螺旋耐磨减阻扶正器。旋转水泥头具有旋转密封装置，可带动钻具旋转，额定动载为39t，密封能力50Mpa。可划眼引鞋能协助尾管下入。扶正器采用高温树脂螺旋刚性减阻扶正器，具有强度高，摩擦系数小的优点，能降低下套管和尾管旋转过程中的摩擦阻力。
2. 送入及丢手工具
工具设计有承载结构，满足尾管送入需求，具有扭矩传递机构，满足尾管旋转要求，具有大于35MPa的密封能力，设计为液压丢手方式，同时具有应急的机械丢手设计，液压丢手的丢手压力为13-16MPa，机械丢手扭矩为3000-6000N·m。
3. 旋转尾管悬挂器
旋转尾管悬挂器由卡瓦、锥套、传动机构和悬挂器本体等组成。旋转功能独立设计，锥套与本体为两体结构，通过轴承组合一起，中间有合理的间隙，壁面用先进的表面加工工艺处理。根据情况，也可使用双锥双卡瓦结构，以提高承载能力。本井使用的旋转尾管悬挂器承重100t，设计坐挂压力8.5MPa，液压丢手压力15MPa，球座剪切压力19-20MPa，大小胶塞的复合剪切压力12MPa，应急的机械丢手扭矩3000N·m。
三、埕北11NC-1井固井施工主要技术难点
埕北11NC-1井是一口勘探开发一体化井，定向井。该井在开发井馆上段完钻垂深1520m基础上，加深钻探至东营组完成该井钻探目的，以整体控制该背斜构造含油气规模。
本井于2010年6月4日开钻，Ф1000mm隔水导管打桩下入68m；一开Ф339.7mm表层套管下深448.20m，水泥返高至井口；二开Ф244.5mm技术套管下深2106.60m，水泥返高至680m；三开Ф215.9mm钻头钻至井深2426.5m，Ф139.7mm尾管下深2425.35m，悬挂器位置1924.86-1922.19m，尾管长度503.16m，裸眼段318.75m，与上层技术套管重叠184.41m。
1 海上首次旋转尾管固井，可借鉴经验少。
2 旋转尾管现场计算安全旋转扭矩较复杂，需根据通井到底时和起钻到悬挂器两个位置的转盘扭矩、顶驱扭矩、套管的最佳上扣扭矩和回转的扭矩来综合考虑标定。
3 悬挂器回接筒长2.4m（最大外径207mm）和Ф244.5mm技套（内径222.4mm）间隙仅7.7mm，座挂后过流面积小，施工泵压高。
4 尾管长度仅503.16m，在泥浆中浮重仅12t左右，判断丢手较困难，需要指重表非常灵敏可靠。
四、现场使用效果
1 施工准备
1.1 所有下井钻杆及套管必须严格用通径规通径。
1.2 下尾管前，必须通井，保证完井管柱下入过程中不遇阻。在下钻至悬挂和井底两个位置时，需反复模拟测定转盘和顶驱在不同转速下的扭矩和电流值，以计算安全扭矩，为管串正式入井后的旋转扭矩提供参考。
1.3 调整泥浆性能，保证井下无油气侵、漏失等，起钻前至少循环钻井液两周。
1.4 做好旋转尾管悬挂器、入井管串及配套工具和附件的检查。
2 施工步骤
2.1 通井时，钻具到井底和悬挂两个位置，分别上提下放，用顶驱和转盘驱动管串旋转，确定施工允许旋转的最大电流为660A，旋转扭矩值小于2000N·m。 2.2 按设计下入管串组合，至悬挂器位置，灌满泥浆记录悬重；下至设计位置，记录管柱悬重，为保证套管居中，每三根套管加一只螺旋树脂扶正器，共加入18只。
2.3 灌满泥浆，以20spm顶通建立循环，顶通压力0.2MPa，15分钟后以45spm循环，循环压力1.9 MPa。
2.4 试旋转，15rpm，电流200A，泵冲50spm，压力2.4MPa正常；后以泵冲65spm，压力4MPa循环；至75spm，压力4.2MPa正常循環，间歇每隔4分钟旋转5圈。
2.5 停泵，投球，以10spm泵送，泵送铜球期间共旋转4圈，电流400A，反转3/4圈。
2.6 憋压11MPa，坐挂；憋压14.8 MPa，上提下放判断丢手成功。继续憋压至19 MPa，蹩通球座，以75spm循环。循环期间，每旋转3圈反转1/2圈，顶驱电流200A，正常。
2.7 下压25t，接旋转水泥头（内置钻杆胶塞），连接井口后继续以75spm循环泥浆，间歇旋转，电流400A，正常。
2.8 注S102+清水配成的前置液6m3、水泥浆17.8m3，水泥浆最高密度1.90 g/cm3，最低1.85 g/cm3，平均1.87 g/cm3，注水泥排量20L/s。注水泥期间每4分钟转5圈。
2.9 释放钻杆胶塞，替至16.5m3时大小胶塞复合明显（泵压突升至14MPa），降低排量替至21.9m3，碰压18.5MPa。替浆起压前，不间断以20rpm旋转12分钟，电流440-460A，替至15.5m3起压，至16m3时压力4.5MPa，电流600A，出于安全角度停止旋转。（经分析，此时水泥浆已进入尾管与技套的重叠段，也就是说，水泥浆在裸眼顶替上行期间，套管一直在旋转）。
2.10 稳压2分钟，泄压观察无回流，压力表不升，证明浮箍密封正常。
2.11 憋压5MPa，拔出中心管，以90spm排量循环洗井，期间旋转、上下活动钻具，约20分钟后循环出混浆约4m3（密度1.40 g/cm3）。
2.12 起钻，同时灌泥浆。
2.13 侯凝24h进行VDL测井，仪器一次到底，2150m-2275m主力油层段，CBL曲线幅度<5%，双界面固井质量优质。
五、结论与总结
旋转尾管固井是目前固井领域的一项先进技术，固井施工中采用特殊旋转尾管悬挂器，通过转盘或顶驱带动整个尾管串旋转，使水泥浆均匀分布在套管周围，防止环空水泥浆窜槽，也有助于尾管下入到位，提高顶替效率，从而保证固井质量。
[关键词]固井 旋转尾管悬挂器 顶替效率 固井质量
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-029-01
一、旋转尾管悬挂器的工作原理及技术优点
1. 普通尾管固井的缺点
1.1 环空间隙小，水泥环薄，尾管居中度不高，易形成钻井液顶替“死角”，岩屑沉积易堵塞，管内留水泥塞。
1.2顶替效率低、混浆严重，严重影响了固井质量，制约了气田的开发建设
2. 与普通的尾管固井相比，旋转尾管固井的几个技术优点：
2.1 有利于下尾管作业，能保障尾管顺利下至设计井深。在尾管下入过程中，如果遇阻，普通尾管悬挂器不能转动，而旋转尾管悬挂器可以转动管串，解决斜井和水平井下尾管遇阻、难下到位的问题。
2.2 有利于改善顶替效率，提高二界面固井质量。固井施工期间，通过转盘驱动井口的旋转水泥头，带动尾管旋转并结合合理的循环冲洗排量，有利于冲洗掉井壁上的滤饼。水泥浆在顶替过程中尾管环空上行，加上旋转尾管的搅拌作用，使水泥浆能均匀分布在套管周围，形成均匀的水泥环，能大幅提高二界面固井质量。
2.3 有助于解决小间隙固井问题。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。
2.4 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。尾管在井眼中偏心会大幅度降低顶替效率，偏心环空也是引发水泥浆窜槽的主要原因之一，在注水泥过程中旋转尾管，可使大间隙处的水泥浆进入小间隙处，而小间隙处的滞留泥浆被拖曳和反冲进大间隙处，然后再被大间隙处流动的水泥浆带走。这样，尾管周围均有水泥浆通过，可避免窜流通道的形成，避免造成油、气、水层互窜。
二、大陆架旋转尾管悬挂器介绍
主要由配套工具附件、送入及丢手工具、旋转尾管悬挂器组成。
1. 配套工具及附件
包括旋转水泥头、可划眼引鞋、螺旋耐磨减阻扶正器。旋转水泥头具有旋转密封装置，可带动钻具旋转，额定动载为39t，密封能力50Mpa。可划眼引鞋能协助尾管下入。扶正器采用高温树脂螺旋刚性减阻扶正器，具有强度高，摩擦系数小的优点，能降低下套管和尾管旋转过程中的摩擦阻力。
2. 送入及丢手工具
工具设计有承载结构，满足尾管送入需求，具有扭矩传递机构，满足尾管旋转要求，具有大于35MPa的密封能力，设计为液压丢手方式，同时具有应急的机械丢手设计，液压丢手的丢手压力为13-16MPa，机械丢手扭矩为3000-6000N·m。
3. 旋转尾管悬挂器
旋转尾管悬挂器由卡瓦、锥套、传动机构和悬挂器本体等组成。旋转功能独立设计，锥套与本体为两体结构，通过轴承组合一起，中间有合理的间隙，壁面用先进的表面加工工艺处理。根据情况，也可使用双锥双卡瓦结构，以提高承载能力。本井使用的旋转尾管悬挂器承重100t，设计坐挂压力8.5MPa，液压丢手压力15MPa，球座剪切压力19-20MPa，大小胶塞的复合剪切压力12MPa，应急的机械丢手扭矩3000N·m。
三、埕北11NC-1井固井施工主要技术难点
埕北11NC-1井是一口勘探开发一体化井，定向井。该井在开发井馆上段完钻垂深1520m基础上，加深钻探至东营组完成该井钻探目的，以整体控制该背斜构造含油气规模。
本井于2010年6月4日开钻，Ф1000mm隔水导管打桩下入68m；一开Ф339.7mm表层套管下深448.20m，水泥返高至井口；二开Ф244.5mm技术套管下深2106.60m，水泥返高至680m；三开Ф215.9mm钻头钻至井深2426.5m，Ф139.7mm尾管下深2425.35m，悬挂器位置1924.86-1922.19m，尾管长度503.16m，裸眼段318.75m，与上层技术套管重叠184.41m。
1 海上首次旋转尾管固井，可借鉴经验少。
2 旋转尾管现场计算安全旋转扭矩较复杂，需根据通井到底时和起钻到悬挂器两个位置的转盘扭矩、顶驱扭矩、套管的最佳上扣扭矩和回转的扭矩来综合考虑标定。
3 悬挂器回接筒长2.4m（最大外径207mm）和Ф244.5mm技套（内径222.4mm）间隙仅7.7mm，座挂后过流面积小，施工泵压高。
4 尾管长度仅503.16m，在泥浆中浮重仅12t左右，判断丢手较困难，需要指重表非常灵敏可靠。
四、现场使用效果
1 施工准备
1.1 所有下井钻杆及套管必须严格用通径规通径。
1.2 下尾管前，必须通井，保证完井管柱下入过程中不遇阻。在下钻至悬挂和井底两个位置时，需反复模拟测定转盘和顶驱在不同转速下的扭矩和电流值，以计算安全扭矩，为管串正式入井后的旋转扭矩提供参考。
1.3 调整泥浆性能，保证井下无油气侵、漏失等，起钻前至少循环钻井液两周。
1.4 做好旋转尾管悬挂器、入井管串及配套工具和附件的检查。
2 施工步骤
2.1 通井时，钻具到井底和悬挂两个位置，分别上提下放，用顶驱和转盘驱动管串旋转，确定施工允许旋转的最大电流为660A，旋转扭矩值小于2000N·m。 2.2 按设计下入管串组合，至悬挂器位置，灌满泥浆记录悬重；下至设计位置，记录管柱悬重，为保证套管居中，每三根套管加一只螺旋树脂扶正器，共加入18只。
2.3 灌满泥浆，以20spm顶通建立循环，顶通压力0.2MPa，15分钟后以45spm循环，循环压力1.9 MPa。
2.4 试旋转，15rpm，电流200A，泵冲50spm，压力2.4MPa正常；后以泵冲65spm，压力4MPa循环；至75spm，压力4.2MPa正常循環，间歇每隔4分钟旋转5圈。
2.5 停泵，投球，以10spm泵送，泵送铜球期间共旋转4圈，电流400A，反转3/4圈。
2.6 憋压11MPa，坐挂；憋压14.8 MPa，上提下放判断丢手成功。继续憋压至19 MPa，蹩通球座，以75spm循环。循环期间，每旋转3圈反转1/2圈，顶驱电流200A，正常。
2.7 下压25t，接旋转水泥头（内置钻杆胶塞），连接井口后继续以75spm循环泥浆，间歇旋转，电流400A，正常。
2.8 注S102+清水配成的前置液6m3、水泥浆17.8m3，水泥浆最高密度1.90 g/cm3，最低1.85 g/cm3，平均1.87 g/cm3，注水泥排量20L/s。注水泥期间每4分钟转5圈。
2.9 释放钻杆胶塞，替至16.5m3时大小胶塞复合明显（泵压突升至14MPa），降低排量替至21.9m3，碰压18.5MPa。替浆起压前，不间断以20rpm旋转12分钟，电流440-460A，替至15.5m3起压，至16m3时压力4.5MPa，电流600A，出于安全角度停止旋转。（经分析，此时水泥浆已进入尾管与技套的重叠段，也就是说，水泥浆在裸眼顶替上行期间，套管一直在旋转）。
2.10 稳压2分钟，泄压观察无回流，压力表不升，证明浮箍密封正常。
2.11 憋压5MPa，拔出中心管，以90spm排量循环洗井，期间旋转、上下活动钻具，约20分钟后循环出混浆约4m3（密度1.40 g/cm3）。
2.12 起钻，同时灌泥浆。
2.13 侯凝24h进行VDL测井，仪器一次到底，2150m-2275m主力油层段，CBL曲线幅度<5%，双界面固井质量优质。
五、结论与总结
旋转尾管固井是目前固井领域的一项先进技术，固井施工中采用特殊旋转尾管悬挂器，通过转盘或顶驱带动整个尾管串旋转，使水泥浆均匀分布在套管周围，防止环空水泥浆窜槽，也有助于尾管下入到位，提高顶替效率，从而保证固井质量。