设计原则及强度校核
中国·辽宁
锦州清华机械制造有限公司
一、概 述
用钻杆将套管柱送到待封井段，其顶部悬挂在上一层套管内的套管柱称为尾管，对尾管进行注水泥的工艺叫做尾管固井。 尾管固井不仅可以节约套管、减轻钻机负荷和降低施工压力，而且有利于保护油气层，解决深井、复杂井中常规固井无法解决的技术问题。
尾管固井工具包括浮鞋、浮箍、回压凡尔、胶塞、悬挂器、回接装置、脱挂装置、短方钻杆、水泥头等。 尾挂悬挂器，是悬挂尾管并完成尾管注水泥的专用工具。
根据尾管固井的特点,悬挂器下井必须满足“下得去、挂得牢、倒得开、能密封、提得出、可回接”的要求,这也是尾管固井顺利完成的先决条件。
轨道式机械尾管悬挂器是依靠转动或提放方式使卡瓦张开，卡在上层套管内的装置。主要由锥体、密封套、卡瓦、弹、滑套、转环、导向销钉、左旋螺纹接头、长短轨道、回接筒、轴承、花键轴和中心管等组成。
二、技术要求
1、尾管悬挂器应符合SY5083-2005标准的规定。
2、密封元件应符合《液压气动用O形橡胶密封圈国家标准》GB3452.1-92的规定，耐温不低于120℃，并应具有耐油、耐酸碱性能。
3、尾管悬挂器主要受力件的机械性能应不低于35CrMo钢级热处理后的要求。
4、送入工具的接头螺纹应镀铜或磷化处理。
5、采用标准套管加工轨道管，钢级采用N80、P110。使用甲方提供的套管材料及丝扣，保
证材料强度要求，橡胶材料采用橡胶，空心胶塞、钻杆胶塞可用PDC或牙轮钻头钻除；卡瓦材料必须化验含碳量和渗碳层厚度。
6、尾管悬挂器主要受力件需进行探伤检查，不允许有影响强度的任何缺陷。
7、送入工具及主体螺纹应符合SY/T 5290-2000《石油钻杆接头》和SYT 6417-1999《套管、油管和钻杆规范》的规定。
8、回接筒外径必须小于上层套管内径。
9、同一规格的尾管悬挂器的回接筒尺寸必须相同。
10、卡瓦处的流道面积与尾管接箍和上层套管之间的流道面积之比不小于30%。
三、技术参数
序号 | 名 称 | 51/2＂×4＂参 数 值 |
1 | 额定负荷 | 50t |
2 | 额定密封盒密封能力 | 25MPa |
3 | 大胶塞剪钉剪断泵压 | 12 MPa |
4 | 大胶塞复合泵压 | 15-20MPa |
5 | 适用的套管钢级 | N80、P110 |
6 | 适用的外层套管壁厚mm | 系列 |
7 | 本体最大外径mm | φ117 |
8 | 本体最小内径mm | φ84 |
9 | 卡瓦数量 | 4 |
10 | 配合扣型mm | 210（NC31） |
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四、设计思想
1、悬挂器主体最大外径小于上层套管的通径；
2、悬挂器主体内径等于悬挂尾管内径；
3、悬挂器悬挂能力大于尾管重量；
4、悬挂器密封能力达到施工要求；
5、在需要回接时应具备回接能力。
五、设计特点
1、设计有倒扣轴承，倒扣时不用严格中和点，倒扣安全可靠。
2、采用45°锯齿型反扣，悬挂器受拉时摩擦阻力大，具有防松功能。
3、设计有回接筒，可进行回接。
4、下端连接扣型与提供的套管扣型相同，连接方便。
5、倒扣判断安全可靠，可通过倒扣圈数及反转情况进行判断，必要时还可以上提送入钻具进行判断。
6、胶塞及尾管附件可钻性好。
7、悬挂位置不合适可以重新座挂。
8、下入过程中遇阻时可以开泵循环。
9、采用长短轨道结构，只要上提下放操作便可以悬挂尾管，比国外“J”形槽结构要简单方便的多。
六、应用范围
适用于直井，最适宜用于悬挂筛管、油管。
七、抗拉强度校核及剪钉剪切应力计算
1、危险截面强度校核：轨道管换向槽
① 查《钻井工具手册》4＂ N80套管的抗拉强度[σb]=490.2MPa,即4902Kg/cm2
②截面最小面积0.785 ×(9.52-8.42)=12.13 cm2,危险截面能够承受最小载荷12.13cm2×4902Kg/cm2=59461.26 Kg=59.46126吨。
既59.46126吨＞设计要求的50吨,满足设计要求。
2、大胶塞剪钉剪切应力校核(销钉材料H62，数量3件)
a.剪切压力为12MPa，即120Kg/cm2
b.钻具内孔截面积为52×0.785=19.625cm2 在120Kg/cm2压力作用下产生推力为:19.625cm2×120Kg/cm2=2355 Kg （注：H62销的抗拉极限强度σb=3700 Kg/cm2，而剪切应力取抗拉强度的0.6）
销钉d2=2355/0.785×3700×0.6×3=0.45045
d=0.67cm=6.7mm
取销钉直径密封套M8.
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