分瓣擴(kuò)張液壓套管整形工具的研制與應(yīng)用

摘 要：現(xiàn)在的套管整形技術(shù)主要有三種：第一種為常規(guī)的沖擊、頓脹整形，可進(jìn)行輕微套變井的整形，缺點(diǎn)是井徑擴(kuò)張范圍小，整形效果差；第二種是滾珠變徑滾壓套管整形，缺點(diǎn)是對(duì)需要地面較高的泵壓（20-40MPa），另外滾珠容易脫落；第三種就是近年來出現(xiàn)的液壓整形工具，整形效果較好，但是整形后的套管存在回彈現(xiàn)象，有時(shí)液壓整形后易出現(xiàn)卡鉆事故，另外對(duì)地面的泵壓要求也較高（20MPa以上）。綜合分析，現(xiàn)有的液壓整形工具雖然取得一定效果，但也存在一定弊端?！胺职陻U(kuò)張液壓套管整形裝置”具有可地面泵壓需求小，可防卡的優(yōu)點(diǎn)，滿足了現(xiàn)場使用。

關(guān)鍵詞：套管整形；液壓擴(kuò)張；分瓣；防卡

前言

據(jù)調(diào)查分析，現(xiàn)在的套管整形技術(shù)主要有三種。第一種為常規(guī)的沖擊、頓脹整形，可進(jìn)行輕微套變井的整形，缺點(diǎn)是井徑擴(kuò)張范圍小，整形效果差。第二種是滾珠變徑滾壓套管整形，缺點(diǎn)是對(duì)需要地面較高的泵壓（30-40MPa），另外滾珠容易脫落。第三種就是近年來出現(xiàn)的液壓整形工具，整形效果較好，但是整形后的套管存在回彈現(xiàn)象，有時(shí)液壓整形后易出現(xiàn)卡鉆事故，另外對(duì)地面的泵壓要求也較高（30MPa以上）。綜合分析，現(xiàn)有的液壓整形工具雖然取得一定效果，但也存在一定弊端。因此，有必要完善目前的液壓整形工具，解決其存在的對(duì)地面泵壓需求高、卡鉆等缺點(diǎn)。

為了解決上述問題，我們提出了“分瓣擴(kuò)張液壓套管整形工具的研制與應(yīng)用”項(xiàng)目，該裝置主要由主要由提拉開關(guān)、液壓錨錠器、行程泄壓開關(guān)、液壓動(dòng)力裝置、加長連桿、防卡式整形器（分瓣脹頭）組成。下該裝置至套變預(yù)定位置，地面打壓，壓力達(dá)到0.5MPa時(shí)，裝置錨定在套管上。繼續(xù)加壓至液壓缸產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)分瓣整形器內(nèi)錐體，內(nèi)錐體向下推進(jìn)擠脹開分瓣脹頭，分瓣脹頭對(duì)套變位置產(chǎn)生擴(kuò)張作用，擴(kuò)張?zhí)鬃兲坠?，直至恢?fù)正常。當(dāng)內(nèi)錐體達(dá)到額定行程后，油管泄壓，錨定裝置解封，上提該裝置即可。如果上提時(shí)遇卡，此時(shí)分瓣脹頭內(nèi)錐體可先行上提，分瓣脹頭收縮，繼續(xù)上提即可退出遇卡位置。本裝置的防卡設(shè)計(jì)和液壓動(dòng)力的強(qiáng)化設(shè)計(jì)，較好的解決了液壓整形工具對(duì)地面泵壓需求高、整形后套管回彈卡鉆等缺點(diǎn)。

1 分瓣擴(kuò)張液壓套管整形工具的研制

對(duì)現(xiàn)在的液壓套管整形工具分析后，確定了其對(duì)地面泵壓需求高、整形后套管回彈卡鉆等缺點(diǎn)。針對(duì)上述的缺點(diǎn)，提出了分瓣擴(kuò)張液壓套管整形工具的技術(shù)思路：一是設(shè)計(jì)防卡脹頭，解決其由于套管回彈引起的卡鉆問題；二是強(qiáng)化液壓動(dòng)力，解決其對(duì)地面泵壓需求高的問題。

1.1 分瓣脹頭的設(shè)計(jì)

該脹頭主要由內(nèi)錐體、彈簧、外脹頭組成，內(nèi)錐體通過上部絲扣與整形機(jī)構(gòu)連接；彈簧在工具下井時(shí)拖住外脹頭體和填充內(nèi)錐體與外脹頭之間的空間，防止脹頭受外力變型；外脹頭3設(shè)計(jì)為6瓣結(jié)構(gòu)，直徑可根據(jù)需求選定，前角采用15°夾角，可減小脹頭對(duì)整形點(diǎn)的磨擦力，減少力的損失，使推進(jìn)力有效的轉(zhuǎn)換成擴(kuò)張力；內(nèi)錐體與外脹頭配合有10mm推進(jìn)行程，當(dāng)外脹頭與變形點(diǎn)接觸遇阻時(shí)，內(nèi)錐體迫使外脹頭擴(kuò)張，可向外擴(kuò)張8mm；外脹頭通過整形點(diǎn)，如果出現(xiàn)整形點(diǎn)回彈卡住外脹頭，上提工具，內(nèi)錐體1與外脹頭脫離，外脹頭分瓣式結(jié)構(gòu)受外力擠壓向內(nèi)縮徑10mm，可順利提出不會(huì)發(fā)生卡井現(xiàn)象。

其優(yōu)點(diǎn)如下：一是對(duì)脹頭采取了分瓣設(shè)計(jì)，平均分為6瓣，脹頭的初始外徑設(shè)計(jì)為Φ102～Φ157mm不等，根據(jù)變形點(diǎn)的不同選擇不同脹頭進(jìn)行修整；二是設(shè)計(jì)加長脹頭最大外徑處長度達(dá)800mm，適應(yīng)多點(diǎn)套變。這種設(shè)計(jì)可以讓脹頭具有一定的擴(kuò)張-收縮能力（若150mm分瓣脹體，擴(kuò)張-收縮范圍為154-142mm），整形時(shí)內(nèi)錐體與外脹頭緊密接觸，迫使外脹頭擴(kuò)張4mm，對(duì)套變部位進(jìn)行擴(kuò)張整形；整形后脹頭通過整形點(diǎn)，如果出現(xiàn)破損點(diǎn)回彈嚴(yán)重卡住脹頭，此時(shí)上提工具，脹頭內(nèi)錐體與外脹頭脫離，外脹頭分瓣式結(jié)構(gòu)受外力擠壓會(huì)向內(nèi)縮徑，可順利提出不會(huì)發(fā)生卡井現(xiàn)象。

1.2 液壓動(dòng)力組合設(shè)計(jì)

為了解決現(xiàn)有的液壓整形對(duì)地面泵壓要求高的問題（30-40MPa），我們從提高液壓缸單體強(qiáng)度和增加液壓缸基數(shù)兩方面進(jìn)行了改進(jìn)；另外，為了不增加工具的整體長度，對(duì)液壓缸的長度做了縮短處理，便于工具整體進(jìn)出井筒。

一是增加了液壓缸的單體強(qiáng)度；二是增加了液壓缸的級(jí)數(shù)，如5?″規(guī)格的液壓缸級(jí)數(shù)最大將達(dá)到11級(jí)，7″規(guī)格的液壓動(dòng)力缸級(jí)數(shù)最大將達(dá)到9級(jí)。改進(jìn)后的整形工具（7″規(guī)格的）在地面泵壓達(dá)到15MPa時(shí)，脹頭將得到800kN的軸向推力，可以滿足井下整形的需要。

2 現(xiàn)場使用情況及經(jīng)濟(jì)效益分析

2017年10-12月，分瓣擴(kuò)張液壓套管整形工具在我廠的錦2-7-308、錦8-24-362、錦45-20-更221井、錦8-33-34井成功的完成了整形施工，整形效果較好，未發(fā)生卡鉆事故，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)濟(jì)效益分析：應(yīng)用該裝置可減少作業(yè)成本，普通大修套管整形技術(shù)服務(wù)20萬/井次，現(xiàn)在整形工具20萬/套，可整形2次以上，減少成本50%以上，若年整形20井次，可節(jié)省作業(yè)成本約250萬元。且該技術(shù)采用井下動(dòng)力，并且對(duì)脹頭采用了防卡設(shè)計(jì)，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。綜合分析，該裝置具有較好的推廣前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 結(jié)論

（1）通過現(xiàn)場使用證明，該工具使用效果較好，能夠滿足套管整形的使用要求。

（2）運(yùn)用該工具進(jìn)行套管整形可降低整形作業(yè)成本。

（3）鑒于該工具使用效果較好，可大面積推廣使用。

（4）該工具的研制成功，豐富了套管整形的技術(shù)手段，推動(dòng)了修井技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬仁溥. 采油技術(shù)手冊(cè)（第五分冊(cè)）修井工具與技術(shù)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1989 年3 月.

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作者簡介：龐全書（1985-），男，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事采油工藝研究工作。