王崇德

【摘 要】文中詳細(xì)介紹了配置在撓性管（CT）上可膨脹金屬套管內(nèi)部補貼技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。在7-in的套管中，應(yīng)用套管內(nèi)部補貼技術(shù)延長了油井的壽命，減少了修井次數(shù)。可膨脹金屬套管補貼技術(shù)可應(yīng)用于各種情況下的套管的局部修補（如堵水、補漏及腐蝕管線的補貼），這種補貼縮徑最小，可保證未來修井通道暢通，對油田生產(chǎn)或注水的影響也最小。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；可膨脹金屬；套管；補貼；測試

2005年年初，由Read Well修井公司研制成功了一種液壓式可膨脹鋼補片。為了進(jìn)行膨脹補貼，還研制了送入工具及相關(guān)的井下和地面液壓設(shè)備，以及CT接頭。送入工具可安裝在CT或鉆桿上，補片是金屬對金屬的密封（對于腐蝕嚴(yán)重的管線可選擇彈性密封），可降低套管破裂及擠毀率。

1.系統(tǒng)組成

1.1補貼管配置及膨脹工具

膨脹工具是一個高壓液壓式雙密封膨脹設(shè)備。通過對2個橡膠密封（被10～46ft的加長心軸隔離）加壓，以便在2個密封之間泵送高壓流體。壓力加大，用約5，0001b/in2液壓膨脹補貼，開始是彈性膨脹然后是塑性膨脹?？刂泼芊鈮毫Υ_保在與外部油/套管完全接觸之前保持密封。當(dāng)壓力繼續(xù)增加時，外部的套管彈性運動直至壓力達(dá)到整形器預(yù)定的壓力。隨后，壓力開始大幅度地下降，密封撤銷，回位循環(huán)的壓力是1，5001b/in2。密封設(shè)計包括：聚合體密封元件及反推鋼鐵指針，額定操作壓力是 25，000-1b/in2。

1.2井下液壓系統(tǒng)

該技術(shù)的首要條件是撓性管承壓不大于4，0001b/in2。為了達(dá)到10，000～17，000-1b/in2的整形壓力， 研制出了井下增壓器，安裝在井下液壓系統(tǒng)中。增壓器安裝在CT底部鉆具組合（BHA）的適配器下，與安裝在液壓部件的底部的應(yīng)變剪切丟手裝置相連接。設(shè)計了內(nèi)外打撈靠模，使該工具在井中應(yīng)該成為桿狀，易于打撈。

1.3增壓器

增壓器是一個7：1的活塞型液壓增壓器。對于任意入口壓力，增壓器工作后都能提供一個低的出口壓力，該出口壓力最終在井下安全條件下，產(chǎn)生高的管子整形壓力。增壓器入口安裝2個流體過濾器以凈化進(jìn)入增壓器的液體。

1.4控制閥系統(tǒng)

控制閥是用來控制井下操作的先后順序，包括一個可調(diào)整的差異壓力閥和減壓閥，差異壓力閥在2個密封之間、主要補貼套管段內(nèi)， 減壓閥是確保整形壓力不超標(biāo)。閥塞耐壓也大于回位壓力，回位壓力促進(jìn)工具關(guān)閉，該壓力低于1，5001b/in2。

1.5井下壓力記錄系統(tǒng)

井下壓力記錄系統(tǒng)安裝在工具的液壓部件內(nèi)，該系統(tǒng)有2種存儲模式——記憶模式或地面讀出模式，用于記錄工具內(nèi)幾個關(guān)鍵壓力數(shù)據(jù)，為地面監(jiān)測服務(wù)。

1.6膨脹補貼

結(jié)合有限元分析（FEA）計算數(shù)據(jù)與補貼研制試驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計出最終的補貼設(shè)計，模型和計算表明，為了獲得牢固的相互連接，所使用的內(nèi)部材料必須是柔軟的塑膠材料，而且在膨脹過程中機械硬度應(yīng)最??；外部材料應(yīng)使用彈性范圍內(nèi)的堅固材料。內(nèi)部材料的選擇范圍窄，選擇較柔軟的316#不銹鋼，這種鋼具有一定的延展性，在達(dá)到極限抗拉應(yīng)力前膨脹幅度為40%，當(dāng)達(dá)到其極限膨脹幅度70%～80%時出現(xiàn)故障。這一膨脹屬性完全能夠?qū)崿F(xiàn)15%的管徑膨脹， 而且對破裂/擠毀及磨損有較好的抵抗力。這種材料可在要求范圍內(nèi)提供一個安全的柔軟膨脹補貼。雖然在此過程中其拉緊變硬。柔軟性有益于在超重時，不銹鋼拉緊變硬導(dǎo)致界面壓力下降。316#不銹鋼材料在長度、直徑及厚度要求上是可以利用的。

膨脹工具的補貼附加裝置不僅要承受在油井中的補貼工具的載荷，而且還要承受補貼膨脹過程中產(chǎn)生巨大的收縮力。對補貼工具/膨脹工具以及在補貼管和膨脹工具上的 “剪切丟手”銷以及相匹配的主要剖面設(shè)備來講，補貼管設(shè)計是安全的。

1.7地面液壓及記錄系統(tǒng)

地面設(shè)備及壓力傳遞是基于一個簡單的氮驅(qū)液壓泵，用清水罐代替液壓油箱。液壓泵將液壓傳遞到CT或鉆桿上，依次進(jìn)入井下增壓器的入口處。泵需要傳遞的壓力是井口壓力的總和，也就是最終整形壓力的1/7。

地面數(shù)據(jù)記錄通過II區(qū)的鉆井?dāng)?shù)據(jù)記錄器記錄并顯示整個膨脹施工過程中地面壓力、流量及泵入量隨時間的變化。

2.操作程序編制

為了驗證設(shè)計參數(shù)的有效性，項目研制過程中，進(jìn)行了8次補貼整形試驗。試驗表明，針對不同補貼長度（10英尺、26英尺及46英尺），系統(tǒng)設(shè)計都是成功的。在早期的幾次試驗中，補貼管收縮量超過了預(yù)期值，補貼管的收縮力較大，上部機械安全裝置被剪斷。在隨后的研制過程中，注意解決這些問題，對收縮參數(shù)加深理解，完全重新設(shè)計了補貼安全裝置。隨后試驗補貼都順利完成，經(jīng)整形后可膨脹金屬完成進(jìn)入外部套管，完成了耐壓密封補貼，試驗壓力達(dá)5，0001b/in2。

現(xiàn)場引進(jìn)該系統(tǒng)需注意的事項包括：檢驗所有的壓力設(shè)備，制定操作程序手冊，對技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，以便安全、有效地操作補貼工藝。首先起草操作手冊，在經(jīng)過各種試驗驗證、操作過程優(yōu)化之后，再修改完善操作手冊。同時隨著操作程序，尤其是與安全相關(guān)的程序變化，操作手冊就得改進(jìn)，為確保現(xiàn)場人員學(xué)會操作過程，并增加對所有操作和維護(hù)要求的認(rèn)識，清楚地認(rèn)識到高壓液壓系統(tǒng)的危險性，風(fēng)險評估是任何一項新服務(wù)的首選任務(wù)。

3.測試

膨脹金屬套管補貼技術(shù)應(yīng)用于海上作業(yè)之前，先在陸上油井進(jìn)行的整個測試工作。模擬海上作業(yè)遇到的種種問題，改善操作方法， 在一口真實油井中測試了整個補貼系統(tǒng)的性能。

在試驗井采用了外徑2-in、長8，500-ft的CT補貼工具，試驗井的套管長2，426ft、內(nèi)徑7in.重量29lbm/ft，補貼管加載在膨脹工具的上面，膨脹工具已安裝到CT的井底鉆具組合處，放入井中，為了模擬海上作業(yè)，井內(nèi)加壓到1，700 1b/in2，井斜角92.4° 、狗腿度12°/100-ft、長46-ft的補貼段（工具長64-ft，全部井底鉆具組合長73-ft）成功地下到預(yù)測井深，然后起鉆到規(guī)定井深。

通過CT泵送一個球閥以改變液流方向：從循環(huán)流倒流向膨脹工具。地面泵連接到CT，在地面加壓以使井下工具密封，一旦密封壓力達(dá)2，0001b/in2，在2個密封間的補貼管自動膨脹，在膨脹的過程中，差異壓力閥保持該壓力。最終套管整形壓力被選定到15，0001b/in2（密封處壓力達(dá)17，0001b/in2），據(jù)鉆后存儲器數(shù)據(jù)顯示，最終壓力是在2h30min后才達(dá)到的。因為泵的性能差，為確保達(dá)到最終整形壓力，決定將泵的工作時間延長50min，此時，地面顯示泵壓提高600-1b/in2，這一現(xiàn)象在鉆后最終整形壓力和減壓閥的數(shù)據(jù)中也得到證實，整形完畢，CT壓力降低，反循環(huán)啟動。一旦密封取消，工具從補貼管取出，與CT一同起出到地面，工具從BHA中分離出并從井中取出，從井下存儲器中下載數(shù)據(jù)，得到最終密封壓力及整形壓力。膨脹后要求用MFC測量套管整形結(jié)果及補貼后套管內(nèi)剖面狀況。 [科]