小修油水井通道修復技術研究與應用

陳依南

[摘 要]目前國內對于常規(guī)整形技術存在施工風險大，成本高，無法控制等問題。國內常規(guī)套管補貼如水力、波紋管補貼技術存在抗壓強度低或均對管柱的密封性有較高的要求等諸多難題。國內現(xiàn)有修井作業(yè)針對卡管柱井采用的解卡方式有：大負荷提拉活動解卡、震動解卡等，但用小修設備解卡時，上提負荷有限，解卡成功率低，容易損傷設備；上大修解卡成本高、施工周期長，延誤油井復產(chǎn)。

[關鍵詞]整形 補貼 解卡 應用

中圖分類號：S759 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）16-0178-01

引言

遼河油田曙采油區(qū)的油水井受增產(chǎn)措施及地質因素的影響，大部分的井都存在不同程度的套管損壞。油水井套管的技術狀況越來越差，套管發(fā)生腐蝕穿孔、破裂、裂紋、裂縫、螺紋漏失井數(shù)逐年增加，成為困擾生產(chǎn)的重要因素之一，目前曙光采油廠套損井1400余口，占全廠總井數(shù)三分之一以上，套損種類的多樣性與復雜性嚴重影響了油井的正常生產(chǎn)，能否高效的恢復油水井通道為后續(xù)措施及生產(chǎn)提供必要通道已為影響油井挖潛增效的重要因素之一。

1.新型套變井液壓整形技術

整形器工具

1.1 液壓擴徑整形器

液壓擴徑整形器由有錐形頭部的外殼、芯軸及若干個棍子構成。它在整套系統(tǒng)的最下部，它的特征是外表面鑲滿鼓形輥子，由數(shù)百個變徑棍子按一定的規(guī)律排列，主要由它接觸套管變形處，對套管內壁進行滾壓，脹頭直徑自動增加到預先設定的尺寸，將套管恢復到原有的通徑。鼓形輥子是轉動的，摩擦阻力小，省力、修井效果好。

1.2 泄壓開關

它在錨定器組的上部，它的功能作用是，在現(xiàn)場施工過程中需要重復數(shù)次將設備上部油管柱內的水排泄掉并且還需要可靠關閉，此項由泄壓開關來實現(xiàn)。

針對第一代泄壓開關易堵塞，起出整形管柱前還需要投球打壓才能泄壓的情況，我們對泄壓開關進行了改進，由投球打壓式改為上提下放式，徹底避免了該種情況的出現(xiàn)。

1.3 增壓器

液壓增壓器采用液壓增壓原理，將一定的液壓動能轉換為整形所需的機械動能，主要由上接頭、缸套、內管、泄壓套、活塞、鋼球以及下接頭構成。

常規(guī)液壓整形技術只配套了外徑為Φ146mm的增壓器，部分井施工時，整形器還未下到整形預定位置，增壓器已遇阻。為解決此問題，在不影響增壓器性能的基礎上我們研制了Φ138mm的增壓器，擴大了該技術應用范圍。

1.4 水力錨

水力錨采用多級壓裂式，主要由錨體、防砂管、彈簧片、錨牙、螺釘、密封圈以及壓條構成。由于整形壓力較大，為確保管柱具有足夠的錨定力，必須配備多組水力錨，配備數(shù)量根據(jù)整形壓力高低而增減，其規(guī)格按所要修復的套管不同而選擇。

2.新型膨脹管補貼技術

補貼主要工具

2.1 膨脹管核心技術

（1）膨脹管材技術（包括管材化學成份、性能、熱處理狀態(tài)和尺寸公差控制標準）：

膨脹管材料性能要求材料延伸率高，易于膨脹變形，膨脹變形后機械性能基本達到普通套管水平，之后還要在嚴酷的井底環(huán)境中服役，對管材性能有較高要求。

膨脹管是一種由特殊材料制成的具有良好塑性的金屬鋼管，膨脹管材料性能要求材料延伸率高，易于膨脹變形，變形后機械性能基本達到普通套管水平，即膨脹變形后達到API標準N80鋼級水平。在井下通過機械或液壓的方法使膨脹管在直徑方向上膨脹10～30%左右，同時，在冷做硬化效應下提高自身剛性。

（2）膨脹管連接技術（膨脹螺紋技術）、膨脹后的螺紋密封技術（等徑同步膨脹）。

膨脹管之間絲扣密封是技術關鍵。長井段封堵需要接多根膨脹管，關鍵是其絲扣之間的密封，影響絲扣密封的因素有偏扣、未上緊、下鉆過程中管柱旋轉導致松扣等。此外，絲扣上的過緊會導致膨脹管縮徑，致使膨脹器無法通過使施工失敗。

針對以上情況，在考慮膨脹過程中的動態(tài)密封的要求下，設計出了特殊膨脹螺紋連接，在實驗室中可耐壓內壓60MPa不滲漏，膨脹壓力達到40MPa無滲漏，充分證明了其先進性和有效性。

（3）金屬懸掛卡瓦的研制

金屬懸掛卡瓦為膨脹管外表面上突起的三角形截面的環(huán)棱，以降低膨脹阻力。膨脹管擴徑后，金屬懸掛卡瓦三角形尖峰嵌入套管壁，使膨脹管對于套管軸向位置相對固定，控制膨脹管的軸向位移和應力傳遞。另外該金屬懸掛卡瓦還能進一步增強了補貼管柱的懸掛力，減輕了橡膠密封帶的懸掛負擔，間接延長了橡膠密封帶壽命。

2.2 膨脹發(fā)射裝置核心技術

（1）防障卡膨脹錐

膨脹錐的作用是使補貼管徑向膨脹，在膨脹作業(yè)時都將受到很高的界面應力，通過對膨脹錐的選材、結構及幾何尺寸的設計，在傳統(tǒng)膨脹錐的基礎上，開發(fā)出了新型防障卡膨脹錐。其智能向低阻力方向搖擺，解決了普通膨脹芯頭錐柱表面，機械直進，易卡井的難題。

（2）膨脹尾堵

膨脹管在補貼施工時多采用由下至上的膨脹工藝，為了使膨脹管能夠在設定位置開始膨脹、在膨脹過程中降低大鉤負荷，需要在膨脹管的下端安裝膨脹尾堵，使膨脹頭和尾堵之間形成一個發(fā)射室，在膨脹管膨脹時向發(fā)射室內泵入液體，依靠液體的壓力推動膨脹頭向上運動，實現(xiàn)膨脹管徑向脹大，在膨脹施工結束后再將底堵去除。常規(guī)發(fā)射室尾堵的去除主要采用鉆削的方法。

3.液壓解卡技術的配套

液壓解卡裝置

該裝置主要由上接頭、泄壓開關、多級增力液缸、錐體、上錨定器、卡瓦座、下錐體、下錨定器、下卡瓦座、倒扣接頭和液壓丟手組成。

（1）多級增力液缸

多級増力液缸工具鋼體外徑設計為φ148mm、行程為500mm，因為單位面積內產(chǎn)生的推力有限，所以采用5級液缸連接，每級液缸在1mpa壓力下產(chǎn)生1噸上提力，5級液壓缸疊加為5噸上提力，壓力20mpa時可達100噸上提力，由于上提力直接作用在落魚上，井架載荷不變，解決了普通修井機載荷小的問題?；钊喜颗溆行谐绦箟洪y，根據(jù)地面壓力可以掌握井內情況。同時液缸級數(shù)的增加降低了地面工作壓力，有效保障工作人員的安全系數(shù)。

（2）環(huán)形錨定器

環(huán)形錨定器與普通錨定器的不同主要是在錨瓦上，錨瓦材料選用40cr表面氮化處理，洛氏硬度可達hrc=50度，錨瓦的外徑與套管內徑相同，與套管接觸面積3046.4mm3，是普通封隔器的3倍以上，通過地面試驗在拉力達到100噸時錨瓦頂部鑲入套管0.3mm，套管沒有發(fā)生變形現(xiàn)象，因此不會因為上提力過大而導致?lián)p壞套管。錨瓦設計在工具下部，工具和工具以上管柱不承受解卡拉力。錨瓦采用液壓控制，下錨瓦設置剪切銷釘，可根據(jù)落魚與卡點距離情況設計剪釘剪切力，下部有回收裝置，保證了在泄壓后錨瓦能夠可靠回收。雙級錨瓦交替工作不會因為落魚與卡點距離過長管柱出現(xiàn)彈性變形，工具行程有限而導致解卡失敗，實現(xiàn)了連續(xù)解卡目的。

4.現(xiàn)場應用情況

該技術自2012年以來，從試驗到推廣應用累計實施81井次。稠油區(qū)塊75口，占總井數(shù)的92%。措施總投入1070萬元，獲得經(jīng)濟效益1879萬元，有效恢復了油水井通道，確保了油水井的正常生產(chǎn)及后續(xù)措施的實施。從基礎上間接提高了油井單井產(chǎn)量，獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，應用前景廣闊。

5.結論及認識

小修油水井通道修復技術把液壓解卡、新型液壓整形技術和套管補貼加固技術三者有機結合在一起，有效解決了以往小修設備恢復油水井通道中的一些難題，避免了部分井轉大修，為帶病油水井的治理提供了一種非常有效的修復手段。采用該技術修復油水井通道，可確保大量油水井恢復正常生產(chǎn)及后續(xù)增產(chǎn)措施的順利實施，技術經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻

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