MLS-10型泥线套管悬挂装置设计

严金林，刘文霄，刘兴铎，李中华，孙传轩

(1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡 721002；2.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司，陕西 宝鸡 721002)

泥线套管悬挂装置是海洋油气勘探开发中的一个重要单元装备，主要用在钻井作业时，与隔水套管系统对接后组成从钻台至井底的流体输送通道，循环钻井液，同时起到将井内套管载荷直接传递到海底，减小平台载荷的作用[1-2]。在临时弃井作业、生产作业时，用来在海底泥线附近连接或脱开平台至海底之间的管串，起保留或回接井口的作用。该装置一般用在海洋自升式平台、固定式平台，座底式平台的钻井作业。 目前，世界范围内从事泥线套管悬挂装置设计及制造的公司主要有英国的Plexus公司及美国的GE-Vetco Gray、Cameron和Dril-quip等公司[3-5]。我国在泥线套管悬挂装置的设计、制造方面还处于初期阶段，海上平台使用的泥线套管悬挂装置基本依赖进口。为此，加快研制具有自主知识产权的泥线套管悬挂装置，提升我国海洋钻井装备的配套能力，对我国实施海洋油气开发具有重要的意义。

1 泥线套管悬挂装置设计

MLS-10型泥线套管悬挂装置总体结构采用套装式形式，悬挂套管程序：762 mm×508 mm×340 mm×244.5 mm(30″×20″×13″×9″)。整套装置的安装是由外到内，由下到上，与海洋钻井工艺过程同步进行。该装置的送入安装由专用工具完成，在降低对钻井平台要求的同时，很好地满足海洋钻井工艺需求[6]。

1.1 总体结构

MLS-10型泥线套管悬挂装置主体分为3层，主要由导管短节、套管悬挂器、背压防护帽、送入(安装)工具及回接工具组成，采用套装式接头，均分布在762 mm(30″)导管内，实现在泥线附近悬挂套管、提供压力控制和提供到平台井口装置的环空通道[7-8]。该装置具有钻井作业、临时弃井以及回接生产3种工况(如图1所示)。

图1 泥线套管悬挂装置作业工况

钻井工况下，当钻井作业达到目的深度后，通过专用送入工具将套管悬挂器及套管柱下入，依次坐放到外层套管悬挂器上，并进行固井作业。为满足临时弃井及回接生产作业工况，每层套管悬挂器均设计有2层螺纹，分别用于送入、临时弃井保护和回接作业[9-10]。

1.2 技术参数

1)适用标准：API 17D / ISO 13628-4。

2) 产品规范级别：PSL3。

3) 材料类别：DD。

4) 额定工作压力：69 MPa。

5) 悬挂/安装形式：坐肩式(20″、13″套管悬挂器)；卡环式(9″套管悬挂器)。

6) 悬挂套管程序： 762 mm×508 mm×340 mm×244.5 mm(30″×20″×13″×9″)。

1.3 关键部件设计

1.3.1 套管悬挂器

套管悬挂器用来悬挂套管、密封套管环空压力，为下一开套管悬挂器提供坐放台肩。该泥线套管悬挂装置设计有508 mm(20″)、340 mm(13″)和244.5 mm(9″)3种规格的套管悬挂器(如图2)，其中508 mm(20″)、340 mm(13″)悬挂器采用悬挂器本体与坐放台肩分离式结构，坐放台肩选用强度高于本体的材料，可提高悬挂器的承载能力；244.5 mm(9″)套管悬挂器采用外侧带弹性承载定位装置的结构，悬挂器通过棘齿结构锁定到340 mm(13″)套管悬挂器本体锁紧槽。考虑固井作业时泥浆返出的需求，悬挂器均设计有泥浆返流通道。另外，为适应海洋钻井及回接生产过程中套管悬挂器与专用工具远程连接的工况，悬挂器内部有双螺纹，且为避免送入工具回收过程中旋转造成套管螺纹连接失效的情况，悬挂器与送入工具的连接螺纹设计为左旋螺纹，保证现场作业的安全性[11-12]。

图2 套管悬挂器结构

1.3.2 临时弃井保护帽

钻井作业完成后，钻井平台撤离前需对泥线套管悬挂装置进行临时弃井作业来保护套管悬挂器内部型面、螺纹以及密封区域不受海(洋)生物、机械损伤和岩屑的影响[13-14]。该装置的临时弃井防护帽为3层(如图3所示)，外侧采用台阶式结构，有效地保护套管悬挂器上的回接螺纹，避免保护帽下放过程中螺纹的损伤；其中508 mm(20″)悬挂器防护帽和340 mm(13″)悬挂器防护帽采用插入式结构，上部设计有密封圈，用于保护套管悬挂器内部型面。顶部开孔，避免产生憋压；244.5 mm(9″)悬挂器防护帽为承压帽，内部设计有背压阀，保压时，由于弹簧顶住背压阀，使密封圈受力而起到密封作用。回收时，先将背压阀按下，释放井内压力后，再将防护帽回收。

图3 临时弃井防护帽

1.3.3 回接生产工具

回接生产工具主要用在泥线套管悬挂装置进行钻井作业的井口，将各层套管从悬挂器回接到生产平台，为生产平台和泥线套管悬挂装置建立油气生产通道[15]。该装置配套开发了3种回接生产工具(如图4)，分别回接508 mm(20″)、340 mm(13″)和244.5 mm(9″)悬挂器到生产平台；508 mm(20″)悬挂器回接工具采用插接式，通过螺套卡到508 mm(20″)套管悬挂器内部型面；340 mm(13″)和244.5 mm(9″)套管悬挂器回接工具通过套管柱送入并旋扣，与相应的套管悬挂器连接到一起，从而顺利将套管回接到采油平台。为解决回接生产工具下放安装与悬挂器对中困难的问题，回接工具外侧设计有扶正装置。

图4 回接生产工具

2 技术特点

1) 双操作模式的环空冲洗设计。

该泥线套管悬挂装置在常规旋转管柱打开冲洗通道方式的基础上，针对大直径套管旋转转矩大，操作性不稳定的情况，开发了双操作模式的环空冲洗技术(如图5所示)，解决了套管在承受张力的工况下，大直径套管旋转转矩大、操作性差，致使环空冲洗难等实际问题，确保套管环空冲洗方便、快捷、有效。

图5 双模式环空冲洗

2) 金属与橡胶组合密封结构设计。

该泥线套管悬挂装置环空密封采用金属密封与橡胶密封组合的设计(如图6所示)，提高了装置的承压能力，且双重密封保证承受高温、高压，工作过程中密性能稳定。

图6 环空组合密封

3) 环空密封测试技术。

针对泥线套管悬挂装置中套管悬挂器与送入工具连接密封在钻井过程中容易失效的难题，套管悬挂器与送入工具侧面均设计了试压孔，送入工具与套管悬挂器在完成组装后即可进行密封试验(如图7所示)，避免其送入井眼后，一旦密封失效，处理起来费时费力。

图7 环空密封测试

4) 锥形背压阀防护保压。

开发了锥形背压阀防护帽(如图8所示)，一方面在弃井工况下能够有效保护井眼；另一方面背压阀在安装与拆卸过程中维持井内油气与回接管柱内海水之间的压力平衡，保证回接时防护帽安装快捷，拆卸方便。

图8 背压防护帽

3 试验情况

宝鸡石油机械有限责任公司已完成泥线套管悬挂装置的制造及厂内各项试验。试验大纲依据API Spec 17D及API Spec 6A标准制订，试验内容主要包括静水压试验、密封试验、安装功能试验等。试验在专用的井控设备试压坑进行。通过各项试验验证了泥线套管悬挂装置的各项功能满足要求。

4 结语

本文对泥线套管悬挂装置的总体结构、技术参数及关键部件进行了介绍。完成了泥线套管悬挂装置的设计开发，攻克了套管环空冲洗、高压高寿命组合密封、环空密封测试及背压阀防护帽等多项关键技术。具有可靠性高、操作方便的特点。完成了该装置的制造及厂内各项试验，加快了海洋泥线套管悬挂装置的国产化研制进程。