过套管补贴技术研究与应用

针对膨胀管补贴后的套管段内径变小,无法实现该处套管以下套损部位补贴的问题提出过套管补贴技术。该技术使用活塞液压缸作为动力系统,液力锚定器作为锚定系统,将膨胀工具外置于膨胀管,进一步提高膨胀管的通过性与膨胀率。室内试验与现场应用表明:该技术使用的工具结构简单,装配方便,膨胀管与套管之间为全段金属密封,8%膨胀率的膨胀管与1 m套管之间悬挂力超过80 kN;动力系统能够承受30 MPa压力,满足使用要求;现场应用工艺设计合理,能成功解决已补贴段套管内径过小、待补贴位置难以精确定位的问题。     

液压胀管式套管补贴工具及其应用

为有效修复套管损坏的热采井，针对稠油热采的特点，成功研制了液压胀管式套管补贴工具。该工具的动力采用5级液缸联动机构，20MPa时液缸推力高达1500kN；密封管采用耐热合金钢作为密封材料。通过在补贴管上预加应力可以避免补贴管在一定温度变化范围内拉应力的存在，从而延长热采补贴井的生产寿命至2轮以上注汽。相应的补贴工艺技术与常规技术相比，具有补贴成功率高的特点，利用该工艺技术在辽河油田稠油热采套损井中推广应用30余井次，经济效益显著。     

膨胀管加固技术的研究与应用

为了提高油田错断套损井、多段套损井、长段套损井、腐蚀外漏井补贴加固的可靠性,研究应用了适用于139.7mm套管井的膨胀管加固技术。该技术利用金属塑性变形的特性,在液压和机械力的共同作用下使膨胀管材直径增大,紧贴于套管损坏部位,实现锚定与密封,从而使套损井得到修复利用。现场应用151口井(167段),加固后内通径109～110mm,密封承压15MPa以上,锚定力大于500kN,最长的加固井段150.7m。该技术具有密封性好、锚定力大、工艺简单的特点,满足了小直径生产管柱分注、分采的要求,具有很好的推广应用前景。     

膨胀筛管防砂技术研究

膨胀筛管技术是一种新兴的防砂技术,介绍了大通径膨胀筛管悬挂器、带有割缝的膨胀螺纹及具有变径功能的膨胀工具等膨胀筛管的几个关键技术。大通径膨胀筛管悬挂器能够确保变径膨胀工具的顺利下入,带有割缝的螺纹膨胀后与筛管本体具有一样大小的内径,变径膨胀工具使得膨胀筛管可以紧贴井壁,减少砂粒的运移和冲蚀。膨胀筛管技术在两口套损井中的防砂应用表明,在满足选井条件的情况下,采用膨胀筛管可以获得较好的生产效果,筛管膨胀后紧贴套管内壁,膨胀后筛管内径比普通筛管内径大,有利于增大泄油面积,提高油井产量。     

基于排量控制的可变径稳定器设计与试验

可变径稳定器配合螺杆钻具可实现造斜率的调节。设计了基于排量控制外径的可变径稳定器,主要包含3个推力活塞各自驱动的巴掌。推力活塞在钻柱内外压差作用下将巴掌推出,稳定器直径变大; 通过调节排量来控制滑阀的轴向运动,从而控制内外压差通道的开关。加工可变径稳定器并进行了测试,通过调节排量可有效控制巴掌的伸出、收回,巴掌的推靠力达到 34.75 kN,滑阀密封耐温超过150 ℃,达到了入井的要求。     

高温高压套损井膨胀管修复技术

针对高温热采、高压注水套损井膨胀管修复率低的问题,对膨胀管4项关键技术开展理论和实验研究,设计开发适用于高温高压工况的膨胀管修复工具。研制了胀后机械性能达到API N80套管钢级的膨胀管材、承载面角-9°的偏梯形膨胀连接螺纹、紫铜镶嵌焊接成型密封件以及碳化钨涂层的膨胀锥,并在此基础上试制了高温高压膨胀管补贴工具样机。室内实验表明:样机的膨胀压力为25~32 MPa、3轮次交变温度载荷耐压大于15 MPa、水密封耐压大于35 MPa,达到实验设计要求。辽河、吐哈油田45口井的现场试验表明:高温高压膨胀管修复技术适用于热采井、高压注水井的套损修复,套管补贴后验压15 MPa,保压30 min,压降小于0.2 MPa,一次施工成功率100%。修复后的油井增油明显,经济效益显著。     

膨胀管封堵调层技术新进展

针对膨胀管技术应用过程中出现的膨胀压力过高、胀后通径过小、复杂井况适应性差等问题开展相关技术研究,研制出薄壁大通径膨胀管技术、胀捞一体化膨胀管技术及膨胀管修复大斜度套损井技术。现场试验表明:膨胀管胀后通径≥114mm,提高了后续下入工具尺寸系列,同时不影响泵挂深度,膨胀压力≤19MPa,进一步降低施工风险;膨胀管胀捞一体化技术降低了施工过程对油田设备要求,提高施工效率,对井底不造成污染;大斜度膨胀管修复技术能够在50°/100m斜率条件下顺利完成膨胀,满足油田斜井、分支井等特殊井况套损补贴要求。     

实体膨胀管的膨胀力有限元数值模拟及其应用

针对塔河油田深井侧钻井巴楚组和桑塔木组地层泥岩垮塌难题,优选φ139.7 mm实体膨胀管对复杂泥岩段进行机械封隔。根据弹塑性有限元理论,利用有限元数值模拟研究了φ139.7 mm实体膨胀管的膨胀特性,探讨了膨胀率、屈服强度、摩擦系数和膨胀锥锥角对膨胀力的影响规律。在塔河油田 TK6-463CH 井进行了实体膨胀管的现场施工应用,将该井膨胀锥锥角设计为10°,预测膨胀力为603~607 kN,与实际计算结果相比误差小于8%,表明该方法具有合理可行性,为深井侧钻井膨胀管设计及膨胀管施工提供了技术支持。      

燃气动力套管补贴技术的现场应用

因套管损坏而报废减产的油井在国内外普遍存在,可归为2大类:非泄漏性套损,如径缩、弯曲变形等;泄漏性套损,如破裂、错断等。针对泄漏性套损,研制了一种新的套管补贴方法——燃气动力套管补贴技术。该技术是以含能材料作动力源产生的高温高压气体推动活塞与活塞缸做相对运动,促使加固管上下2端的锥套相对运动,径向扩胀金属锚与金属密封环,使之在套管内壁牢牢坐封,最终将加固管固定在套管破损处,达到补贴的目的。与传统的波纹管补贴和水力补贴技术相比,具有施工工艺简单、技术性能高的优点。在延长油田应用结果表明,燃气动力补贴管的锚定力高于800 kN,耐压值可达25 MPa,成功地修复了套损井、封堵了射孔井段,取得了较好的效果。该技术解决了油田中后期套管破损修复、堵水问题。     

实体膨胀管膨胀推力理论模型研究

膨胀管技术作为21世纪石油行业的核心技术之一被越来越广泛的使用.其中膨胀管膨胀力是膨胀管技术的关键参数,它是确定膨胀载荷和设计、优化膨胀工具的理论基础.针对实体膨胀管结构特点和塑性大变形膨胀过程,采用弹塑性力学分析方法,结合膨胀管实际应用情况,建立了实体膨胀管力学模型及膨胀力计算模型.模型不仅考虑了达到膨胀管塑性极限所需最小膨胀力,也考虑了保径段回弹对膨胀力的影响.因此,采用该模型能较准确地计算膨胀锥向下运动所需要的最小推力.对膨胀力计算模型进行极值分析,得到了膨胀锥角和摩擦系数的关系,为优化膨胀工具提供了理论依据.     

等井径膨胀套管系统研制与试验

为了解决深井超深井钻遇复杂地层时实现无内径损失的机械封堵难题,通过优选大膨胀率管材、设计大变形膨胀螺纹和变径膨胀工具,研制了?219.1 mm等井径膨胀套管系统。通过室内试验,评价了?219.1 mm等井径膨胀套管系统的机械性能、膨胀性能,试验结果显示:?219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀后的抗外挤强度为15.1 MPa,抗内压强度为29.3 MPa,连接强度为1 850 kN,满足等井径膨胀套管作为“应急套管”临时封堵的要求;膨胀压力18～20 MPa,膨胀过程顺利,膨胀后整个系统性能良好。在测试?219.1 mm等井径膨胀套管系统井下功能性和裸眼下入性的基础上,进行了井下全过程试验,?219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀顺利,膨胀后内径为245.0 mm,满足?241.3 mm工具下入要求,达到了等径膨胀和无内径损失钻进的目的。研究和试验结果表明,?219.1 mm等井径膨胀套管系统可实现等径膨胀,可满足等井径膨胀及封堵作业要求,为等井径膨胀套管系统现场应用奠定了基础。      

套管液压式φ106mm密封加固系统研究与应用

针对套管液压式10 0mm密封加固系统在实际应用中的缺点 ,对密封加固器材料进行了优选和结构优化设计 ,包括加固管的设计和金属锚材料的选择与结构设计 ,以及锥体材料的选择与结构设计 ,同时对密封加固系统加固后的悬挂力、密封性都有很大影响的丢手总成也进行了研制 ,使密封加固器承压达 30MPa以上 ,悬挂力达到 5 0 0kN以上 ,加固后通径为 10 6mm ,可下入 10 0mm小直径分层管柱 ,为提高小直径分采分注管柱寿命创造了条件。     

实体膨胀管补贴技术的研究与应用

随着油田的开采,国内老井越来越多,套管损坏也越来越频繁,急需一种方便、有效的套管补贴技术。实体膨胀管基本原理简单,工艺技术成熟,和常规套管补贴技术相比有诸多优点,如膨胀前直径小易于下管,膨胀后内通径大、强度高、补贴长度可按需要进行调整,悬挂密封性能强等,因此实体膨胀管对套管修复有很强的适应性。通过现场应用,总结了施工中的关键工序、注意问题,提出了改进意见,为今后实体膨胀管的补贴施工积累了经验。     

免钻式膨胀管补贴技术研究与现场试验

采用常规膨胀管补贴技术进行套管修复后需进行钻塞作业,会延长修井周期、增加作业费用。为此,进行了免钻装置结构设计、工具参数优化和室内试验验证,确定工具性能指标和使用工况,形成了免钻式膨胀管补贴技术。根据室内试验结果确定免钻装置的性能指标符合现场实施要求,除此之外,还确定了施工参数及施工工况,给出了免钻膨胀管补贴技术的现场施工工艺。渤海湾CDX-56P井的现场试验结果表明,该免钻装置能够满足抗扭、抗压等现场施工要求,具有较好的实用性。免钻式膨胀管补贴技术的试验成功,为套损井的治理开发提供了一种完井周期更短、费用更加低廉的技术手段。      

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膨胀套管在我国还处于探索研究阶段，章用弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀套管膨胀过程的力学模型，对N80钢级材料的Φ114．3mm套管膨胀至Φ139．7mm进行了膨胀过程详细的计算机仿真研究，给出了摩擦系数为0．0、0．05、0．1和0．15时，膨胀套管内等效应力、套管内的残余应力随活塞位置变化的定量曲线。在大量数值模拟的基础上，得出了膨胀套管内的残余应力随摩擦系数的增大而减小的规律，最大等效应力发生在活塞锥体部分的膨胀套管内。     

套管缩径井高压分注技术

针对注水井套管变形和套管补贴后内径缩小、现有小直径分注管柱耐压低、无法进行高压分层注水的问题,设计了胶筒膨胀比达1.3的K344-95注水封隔器和配套工具,组成小直径高压分注管柱,K344-95注水封隔器在内径100~124 mm的套管内均可使用,耐压差高达35 MPa以上,最高耐温150℃。该技术在套管变形、补贴井中应用48井次,工艺成功率100%,具有适应井径范围大、耐压高、管柱下井和起出顺利、可洗井等特点,解决了套管变形、缩径井高压分层注水问题,可进一步推广应用。     

套管补贴对接工艺技术及其应用

为有效修复破损段较长的套损井，辽河油田在热采井胀管式套管补贴工具及工艺技术的基础上，研究成功了套管补贴对接工具及工艺技术，补贴长度从原来的单段(8m)扩大到目前的无限长度。该技术在冀东滩海油田G113—7井进行了现场应用。分两段补贴，补贴段总长13．94m，补贴后试压合格。详细介绍了套管补贴对接工具的结构、工艺原理及技术参数并详细叙述了G113—7井套管补贴对接情况。     

膨胀管补贴施工中最大下入深度的确定

膨胀管补贴施工中,不同的下入深度决定不同的膨胀工艺和选井方式,为确立膨胀管补贴过程中最大下入深度及其与施工参数的关系。通过对管柱力学分析,推导出各参数之间的关系式,绘制了关系匹配图,利用该图可求出不同工况下的膨胀管的最大下入深度,为膨胀管补贴的设计及选井提供了理论依据。研究表明,膨胀管的最大下入深度与输送管柱的材料强度,施工过程的压力,补贴时补贴施工管柱与原井套管的环空中的液面位置有关。该结果为膨胀管补贴及选井提供了技术支持。     

国内外可膨胀套管技术的发展概况

论述了可膨胀套管(SET)的技术意义、经济效益及其在国外的发展情况,简介了3种常用SET系统—裸眼可膨胀尾管(OHL)系统、套管井可膨胀尾管(CHL)系统和可膨胀尾管悬挂器(ELH),详细阐述了可膨胀套管的力学机理和膨胀锥体的设计结构、膨胀过程力学状态、膨胀力计算分析等几个关键技术问题,介绍了国内对可膨胀套管的应用研究,指出可膨胀套管技术的开发必将进一步促进我国HFW焊管的技术创新和结构调整。