一種新型直連扣的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

馬春剛

摘 要：隨著油田開(kāi)發(fā)后期的到來(lái)，套損井越來(lái)越多。針對(duì)目前采用的常規(guī)套管補(bǔ)貼技術(shù)無(wú)法滿足長(zhǎng)井段、高井溫及施工工藝復(fù)雜、工序多、修復(fù)后井眼內(nèi)徑變化較大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了直連型套管。本文針對(duì)勝利油田各采油廠逐步對(duì)套管破漏、腐蝕損壞嚴(yán)重，損壞段太長(zhǎng)，無(wú)法作一般修套技術(shù)治理的老井采用了下小套管完井技術(shù)。即采取在原損壞套管中下入更小規(guī)格套管再固井的方法進(jìn)行治理。此工藝具有施工簡(jiǎn)單、密封性好且井眼尺寸變化小等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：直連套管；無(wú)接箍；錐型螺紋

1直連管的發(fā)展趨勢(shì)與預(yù)測(cè)

世界各國(guó)油田開(kāi)發(fā)進(jìn)程表明，隨著油水井生產(chǎn)的時(shí)間延長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)方案的不斷調(diào)整和實(shí)施，由于地層應(yīng)力的變化、油水井作業(yè)及其他施工的影響，油、氣、水井套管技術(shù)狀況越來(lái)越差，使油井不能正常生產(chǎn)，甚至使井報(bào)廢，以致影響油田穩(wěn)產(chǎn)。勝利油田在四十余年的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于長(zhǎng)期的注水開(kāi)發(fā)，使本來(lái)就復(fù)雜的地質(zhì)條件變得更加復(fù)雜，套損井也逐年增加。目前勝利油田套管損壞井已占總井?dāng)?shù)的1/10，套管損壞，不僅使油水井無(wú)法正常生產(chǎn)，給井下作業(yè)造成困難，而且直接降低井的使用壽命，影響油田開(kāi)發(fā)井網(wǎng)的完善和最終采收率。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，最簡(jiǎn)單有效的方法就是對(duì)損壞套管進(jìn)行補(bǔ)貼作業(yè)。

套管柱在建井、完井和油氣生產(chǎn)過(guò)程中都要承受載荷和環(huán)境的作用。在載荷方面，套管柱要承受軸向載荷及外擠力、內(nèi)壓力三種外載。在某些情況下，還要承受彎、扭載荷的作用。在環(huán)境方面，套管柱要承受油、氣及地下水中腐蝕介質(zhì)的侵蝕和溫度的影響。采用射孔方法完井的生產(chǎn)套管柱，還需承受射孔彈的大能量高溫瞬時(shí)沖擊載荷。

在上述外在服役條件下，套管柱的主要失效模式有擠毀、滑脫、破裂、泄漏及表面損傷等。目前，對(duì)變形縮徑的套管修復(fù)主要采取脹修、整形、磨銑、爆炸修復(fù)等工藝技術(shù)；對(duì)破漏、錯(cuò)斷的套管修復(fù)主要采取套接工藝技術(shù)；但對(duì)于破漏、腐蝕點(diǎn)多、段長(zhǎng)的油水井，采取局部治理，收效很小，有時(shí)補(bǔ)了上段，漏了下段。

針對(duì)以上這些問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，勝利油田各采油廠逐步對(duì)套管破漏、腐蝕損壞嚴(yán)重，損壞段太長(zhǎng)，無(wú)法作一般修套技術(shù)治理的老井采用了下小套管完井技術(shù)。即采取在原損壞套管中下入更小規(guī)格套管再固井的方法進(jìn)行治理。實(shí)際施工中，根據(jù)套管損壞段具體情況，確定小套管下入深度和井段。有幾十米，幾百米，甚至全井幾千米。直連型套管就是專(zhuān)為此種工藝所用的小套管設(shè)計(jì)的。

2 直連管的結(jié)構(gòu)參數(shù)

本新型直連扣總體上為錐形螺紋連接的套管，其錐度為1：16.它包括管體和連接螺紋兩部分，這種新型直連管的內(nèi)、外螺紋擰緊后，連接部分的內(nèi)、外徑與管體的內(nèi)、外徑基本相同。該套管連接后，有內(nèi)外兩個(gè)扭矩臺(tái)階，上扣時(shí)外臺(tái)階首先接觸，承擔(dān)一定的扭矩，當(dāng)扭矩過(guò)大時(shí)，外臺(tái)階部分屈服，內(nèi)臺(tái)階承擔(dān)過(guò)大的扭矩。

在原有的直連管中采用無(wú)錐度連接方式，它的密封是通過(guò)密封槽加一個(gè)2.5mm的密封圈止口部分接觸密封，在下井時(shí)上扣速度慢，多次上卸扣之后密封圈就會(huì)有不同程度的損壞，不能很好的起到密封作用；

改進(jìn)后的直連管采用錐扣連接，在上扣時(shí)速度加快，并除去了密封圈的麻煩，最重要的是通過(guò)錐度密封的效果更好，并且可以保證多次上卸扣。具體表現(xiàn)：1 螺紋采用連接改進(jìn)的偏梯型螺紋形式、連接效率高、不粘扣、壽命長(zhǎng)；2 連接螺紋段的內(nèi)外徑與管體內(nèi)外徑完全平齊，在油氣井中下入方便；3 采用錐面密封結(jié)構(gòu)，有良好的氣密性；4 有內(nèi)外兩個(gè)扭矩臺(tái)階，抗過(guò)扭矩能力強(qiáng)。

齒形為改進(jìn)型偏梯型螺紋；齒高為0.9-1.575；止口導(dǎo)向面為1：10錐度；承載面角度為30。采用8扣/英寸、6扣/英寸和5扣/英寸的偏梯扣，它們的牙深分別是0.9mm和1.1mm 1.575mm

初步選擇最常用的4 1/2〞套管做直連管，它可以下入5 1/2〞的套管內(nèi)進(jìn)行大修作業(yè)。

3試驗(yàn)與分析

在進(jìn)行各項(xiàng)理論試驗(yàn)之前，首先對(duì)N80鋼級(jí)、壁厚為6.88和7.37的兩種管體做拉伸試驗(yàn)，其拉伸結(jié)果如下表：

規(guī)格 壁厚 鋼級(jí) 屈服強(qiáng)度σs（Mpa） 抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）

114.3*6.88 6.88 N80 576 820

114.3*7.37 7.37 N80 601 812

在試制初期，通過(guò)中國(guó)石油大學(xué)及技術(shù)檢測(cè)中心對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行了主要性能試驗(yàn)。分別對(duì)Φ114.3×6.88和Φ114.3×7.37兩種壁厚的N80鋼級(jí)直連管進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：拉伸試驗(yàn)845.76KN；

分別對(duì)6.88、7.37、8.56三種壁厚和N80、P110兩種鋼級(jí)，共6種組合進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)，上卸扣5次都沒(méi)有出現(xiàn)粘扣現(xiàn)象，扭矩基本上保持在1900N.m。

直連套管靜水壓力試驗(yàn)?zāi)蛪?5MPa，保壓時(shí)間6s。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：壁厚為6.88的管體，在公扣端內(nèi)扭矩臺(tái)肩不均勻部分有不同程度的變形，壁厚為7.37的管體沒(méi)有任何變形。

4 方案確定

4.1 牙型的選擇

對(duì)于8扣/英寸的螺紋，牙深只有0.9mm，螺距為3.175mm，在上扣時(shí)由于牙太細(xì)，容易錯(cuò)扣，并且0.9mm的牙深在錐扣的抗拉方面安全性能不是太高。所以不推薦使用。

對(duì)于5扣/英寸的螺紋，牙深為1.575mm，螺距為5.08mm，對(duì)于扣長(zhǎng)為80mm的4 1/2〞直連管不適合，它可以選擇在5 1/2〞以上的直連套管使用。

4.2 管體壁厚選擇

對(duì)于壁厚為6.88的管體，采用1：16的錐扣，不論是在公扣還是母扣的止口部位管壁太薄，在運(yùn)輸或者下井的過(guò)程中由于磕碰，容易造成變形，影響正常的下井工作，嚴(yán)重者管體直接報(bào)廢，所以不推薦使用6.88壁厚的管體。

對(duì)于8.56壁厚的管體，內(nèi)通徑比7.37壁厚的管體小2.38mm，也就是說(shuō)在通流面積上小，以1500米管柱為例，比7.37壁厚的重4.34噸，在增加制造成本的同時(shí)也增加了懸掛時(shí)的安全隱患。所以不推薦使用該壁厚的管體。

4.3 管體鋼級(jí)選擇

一般情況在懸掛長(zhǎng)度大于1000米的，1000米以上部分采用P100鋼級(jí)，1000米以下的部分用N80鋼級(jí)組合懸掛使用。在小于1000米的管柱全部采用N80鋼級(jí)管體。

綜上所述：在4 1/2〞直連套管的選用中：管體為114.3*7.37 ；鋼級(jí)為 N80 ；螺紋為6扣/英寸最為合適；

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例與結(jié)論

我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的直連型套管解決了一些老油井不得不面臨報(bào)廢或停用的問(wèn)題，在老區(qū)塊的修井作業(yè)中得到了推廣應(yīng)用，有較為廣泛的應(yīng)用前景。直連無(wú)接箍套管在研制初期便得到了各采油廠的大力支持，先后在清河采油廠、勝利采油廠、東辛采油廠、孤島采油廠、臨盤(pán)采油廠等得到了應(yīng)用。其中勝采STS9×1因套管多處串漏，并且生產(chǎn)層位出砂嚴(yán)重，因含水量高長(zhǎng)期停產(chǎn)。為了保證能夠進(jìn)行常規(guī)的防砂工序，下入我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的Φ114.3×7.37直連套管1640米，固井后順利完成了正常的作業(yè)施工工序，取得了日產(chǎn)油20噸的良好效果。至今該井仍在正常生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用證明此種工藝及管柱的組合是非常成功的，能夠切合實(shí)際的為油田上節(jié)約成本發(fā)揮重要的作用。

綜上所述，直連管的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，很好的解決了破漏、腐蝕點(diǎn)多、段長(zhǎng)的油水井大修的問(wèn)題，為老油區(qū)修井作業(yè)帶來(lái)了福音，同時(shí)使得一些瀕臨報(bào)廢的油水井再次開(kāi)產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]寶山鋼鐵.直連型石油套管.中國(guó)專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)： 99211519.1）；

[2]API SPEC 5CT April 1999；