套损井膨胀管密封加固技术应用研究

１２２　内蒙古石油化工　２０１３年第ｌ１期　套损井膨胀管密封加固技术应用研究　付利明　（大庆油田第十采油厂工程技术大队，黑龙江大庆１６３３１１）　摘要：随着油田开发时间延长，套损程度日趋严重和复杂，错断井、多点变形井和腐蚀外漏井逐年　增加。要使套损井得到更加有效的治理，就需要不断完善和发展油水井大修技术。膨胀管技术应用于套　损井加固有很好的适应性。具备三个优点：①加固后管体与套管紧密接触，密封可靠，锚定力强；②加固　井段抗内压、抗外挤等机械性能与同等规格套管的性能相当；③加固后最小达Ｔ１０８ｍｍ，可满足小直径　管柱分注分采的要求。本文从国内外技术现状、工艺原理、施工要求和应用情况等方面详细介绍了该项　技术。　关键词：膨胀管；密封加固；研究　中图分类号：ＴＥ３５８　．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２０１３）９—０１２２一Ｏ２　实体膨胀管技术就是将管柱下入井底，用膨胀　锥以液力或机械力的方法使管材永久变形，从而达　到增大井眼内径的目的。该技术可应用于钻井、完井　及修井等作业过程，被认为是２１世纪石油钻采行业　的核心技术之一。随着油田开发时间的延长，特别是　到油田开发的中、晚期，油水井井下套管的损坏将越　自下而上膨胀管加固器主要由膨胀管、中心管、　胀头、底堵等零部件组成，如图１所示。膨胀管本体　一端预胀有发射腔，胀头预置发射腔内，发射腔底部　用底堵密封。中心管一端连接在胀头上，另一端与下　井油管相连。工作的时候液体通过中心管、胀头进入　底堵、发射腔和胀头围成的密封腔室，将液体压力转　化成对底堵的下压力和对胀头的上推力。底堵是固　来越严重，套管故障井的数目将越来越多。这已成为　各油田普遍存在的严重问题，其中胜利油田套管损　坏井已占总井数的１／１０。套管损坏，不仅使油水井无　定在发射腔底部的，不会发生移动。随着液体不断增　加，上推力不断增大，高压液体推动胀头上行，使膨　法正常生产（尤其是分层开采井），给井下作业（尤其　是分层作业）造成困难，而且直接降低井的使用寿　命，影响油田开发井网的完善和最终采收率，给整个　油田开发的综合经济效益带来严重影响，针对这个　胀管管体膨胀，与套管内壁产生过盈配合，实现膨胀　管的悬挂和密封，达到对套管套损部位密封加固的　目的。　由此可见，对于套损部位密封加固来说，膨胀管　的材质致关重要。研究表明在包辛格效应的影响下，　问题，最简单有效的方法就是对损坏套管进行补贴　作业。　管材膨胀后，抗内压强度一般会增加，抗外挤强度一　般会会下降。膨胀管材料膨胀后必须在保持高塑性　的同时，确保具有较高的抗外挤强度，达到ＡＰＩ套管　的要求。　１膨胀管密封加固技术　膨胀管技术应用于套损井加固具备３个优点：　①加固后膨胀管本体与套管实现了整体的紧密接　触，密封可靠，锚定力高；②加固井段具有较高的强　度，抗内压、抗外挤等机械性能达到同等规格Ｎ８０套　管的性能；⑧加固井段通径最小达到￣１０８ｍｍ，满足　底堵是自下而上膨胀管加固器的重要部件，其　主要作是固定在发射腔底端，与发射腔、胀头形成密　闭腔室，分可钻式和可捞式两种。可钻式底堵一般由　了小直径生产管柱分注分采等工艺要求。目前用于　套损修复的膨胀管密封加固技术有三种，分别是自　铝合金、Ａ３钢等易于钻磨的材质加工而成，本体车　有与发射腔内孔相同的偏梯形螺纹，螺纹以上密封　下而上膨胀技术、自上而下膨胀技术和可固井膨胀　管技术。我单位主要应用实验了自下而上膨胀技术。　１．１　自下而上膨胀技术　段车有密封槽，可将密封垫置于其中，起到密封作　用。加固后需用专门钻底堵的工具，将其钻掉。　胀头是膨胀管加固器的另一重要部件，其作用　收稿日期：２Ｏ１３一Ｏ３—２２　２０１３年第１ｌ期　付利明　套损井膨胀管密封加固技术应用研究　１２３　是在液体压力的推动下使膨胀管膨胀，完成加固。一　般由轴承钢、硬质合金钢等材质加工而成。外形结　构，由接头、导向区、膨胀区和定径区等部分组成。接　头主要作用是与中心管连接，导向区膨胀时用来引　导胀头前进的方向，膨胀区是胀头的关键部位，有一　定的角度，即膨胀角，主要作用是使膨胀管由小直径　向大直径膨胀。膨胀角是影响膨胀压力的主要因素，　太大、太小都会导致膨胀压力过高，给现场施工造成　困难。　自下而上膨胀技术目前工具最大外径　￣１２２ｍｍ，密封承压大于１　９ＭＰａ，锚定力大于５００ｋＮ，　加固后通径达到　１Ｏ９￣ｌｌ３ｍｍ，长段膨胀管螺纹　连接部分承压大于２０ＭＰａ，抗内压力９１ＭＰａ，抗外挤　压力５１ＭＰａ，最长加固段１５０．７ｍ，创国内密封加固　长度之最。　１．２　自上而下膨胀技术　自上而下膨胀管加固器主要由膨胀管、胀头、丢　手接头，中心管、活塞、活塞缸等零部件组成，如图２　所示。膨胀管上部预胀发射腔，胀头预置发射腔内。　中心管穿过丢手接头，置于活塞缸内，上部与活塞连　接。丢手接头上部与活塞缸相连，下部与膨胀管发射　腔相连。工作的时候液体进入活塞缸内，压力作用在　活塞上，通过中心管传递到胀头上，活塞、中心管和　胀头三部分同时向下运动，使膨胀管管体膨胀，与套　管内壁产生过盈配合，实现膨胀管的悬挂和密封，达　到对套管套损部位密封加固的目的。该项技术优点　是膨胀管与套管之间采用钢体与钢体的微过盈密　封，密封性能好，锚定悬挂力大，而且能够满足深井　及高温井的密封加固要求；发射器在上部，膨胀管下　入套损井段相对容易；膨胀管发射器无底堵，施工工　艺简单，加固后井内不留落物；膨胀管膨胀过程中始　终与投送的油管保持连接，加固深度与设计深度的　误差小。　２施工步骤　用膨胀管密封加固，施工步骤主要有四步：井眼　准备、下膨胀管加固器、膨胀加固、钻底堵修口。　２．１井眼准备　井眼准备包括前期打通道、通井等，打开通道后　必须保证直径￣１１８ｍｍ长８ｍ的通径规能够顺利通　过。然后对套损井段测多臂井径，确定加固段长度。　２．２　下膨胀管加固器　在地面将膨胀管加固器与第一根油管连接好，　提到钻台上，下入井内。当上端口距钻台ｌｍ左右　时，将膨胀管与油管之问的环空灌满清水，安装好防　尘环。　然后将膨胀管下至补贴位置，进行磁定位测井，　校正深度，准确无误后将管柱坐在钻台上。　２．３膨胀加固　管柱下到预定位置后，通过地面管线与高压泵　连接好，确定无刺漏后便可打压使膨胀管膨胀进行　加固旌工。膨胀时启胀压力一般在４０ＭＰａ左右，膨　胀过程中压力一般在３５ＭＰａ左右。膨胀过程中大钩　应随着管柱一起上行，当管柱行程达到膨胀管的长　度时，泵压会突然降低，并伴有管柱上窜现象　上提　管柱无卡阻证明膨胀加固成功。对于可固井膨胀管　加固技术，还要增加打水泥、挤替等施工步骤。　２．４钻底堵修口　对于可钻式底堵，加固完成后，需要下入专用钻　头将其钻掉。对于可捞式底堵，加固完成后，下人专　用工具将底堵捞出。为了后续下管柱作业，不受膨胀　管影响，可下入专用工具对上端口进行修整，去掉抬　肩。　３　结论　我厂膨胀管加固现场试验５口井，密封压力达　到３０兆帕以上，最小通径１０８ｍｍ，满足了修后分层　注水及堵水、压裂等措施需要。膨胀管密封加固技　术密封可靠，锚定力高，具有较高的强度，通径大，可　满足分注分采等工艺要求。通过普修井膨胀管加固　现场试验及研究，确定了我厂膨胀管加固的技术规　范和标准，解决了该技术在不同套管规范、不同破裂　形态套损井应用问题我厂套损井中，套管破漏井数　较多，大修过程中出现套管破漏比例较大，修后各项　措施，对套管通径及强度要求越来越高，膨胀加固技　术具有广泛的应用前景。膨胀管加固技术在加固修　复水泥环、油田堵水及层系封堵、侧钻水平井膨胀管　完井和油田老井加深等方面具有无比的优势，是未　来的发展趋势。　［参考文献］　［１］　苗丰裕，等．膨胀管加固技术的研究与应用　口］．石油机械，２００８，（１２）．　［２］　王黎阳，等．用于破损套管井的膨胀管密封加　固技术口］．石油机械，２００７，（８）：３５．　［３］　马海涛，觉振，王海涛，等．应用于套管补贴的　膨胀管技术［Ｊ］．石油钻采工艺，２００５，２７（１）：　７Ｏ～７】．