液压式套管滚珠整形器的研制与应用.pdf

2 0 1 1 年第3 9卷第1 1 期 石 油机械 CHI NA P ET R0I J EUM MAC HI NE RY 应用技术 液压式套管滚珠整形器的研制与应用 刘成双 孙 超 王秋萍 谢 敏 闫晶波 吉林油田公司采油工艺研 究院 摘要针对套管变形修复技术 中机械整形 冲胀和磨铣工艺普遍存在损伤套管 、牺牲套管 厚度、修整尺寸小、施工周期长和成本高等问题，研制了液压式套管滚珠整形器。该整形器采用 变径钢珠滚压套管内壁的设计，将以往常规机械整形的面接触变为点接触，可大幅增加胀压力， 且不损伤套管；中心轴内含短行程的设计确保钢珠胀管突出后能够适量缩回，防止作业管柱卡井； 泄压后提放管柱工具可复位，可 以实现长距离连续整形 ；应用小修作 业机和泵车即可实施作业。 该整形器在现场应用 中收到很好 的效果。 关键词 套损井 液压套管整形器机械整形 冲胀磨铣 引 言 目前吉林油 田套损井主要表现为套管变形 ，占 套损井总数的 8 0 ％以上 ，其形态以缩径变形为主 。 以往套管变形修复的有效技术大体分为机械整形和 爆炸整形 2种 J 。爆炸整形易造成套管破坏 ，且 存在安全隐患 ，近年来已不再应用。机械整形主要 包括冲胀和磨铣等工艺 ，普遍存在损伤套管 、牺牲 套管厚度 、修整尺寸小 、施工周期长和成本高等问 题。为此 ，吉林油 田公 司采油工艺研究 院于 2 0 0 9 年研制了液压式套管滚珠整形器。 1 技术分析 该整形工具的整体设计思路 ①改变原有磨铣 整形技术依靠大修转盘的动力方式，采用液压提供 动力 ；②工具要有多级变径的能力 ，1 个工作行程 后可使套管由较小通径逐级恢复到设计要求的最大 通径；③对套管不产生机械损伤； ④整形工具与套 管内壁接触部分应具有 自行解卡的功能 ，确保作业 过程 中井下管柱安全可靠 ，不会造成卡井 。 1 ． 1 工具 结构 该整形器主要由锚定部分 、液压推进部分 、滚 珠整形器 3部分构成 ，其中后 2部分采取一体化设 计 见 图 1 ，与锚定部分采用油管连接。 锚定部分采用 1组 2个专用 的水力锚 见 图 2 ，其结构与普通水力锚有一定区别，锚体内通 径变小，锚爪加长且数量增加，每只锚体配有 l 2 个锚爪 。该水力锚工作压力达 5 0 M P a ，能够承受 套变治理过程中重复多次加压 ，并且泄压后锚爪能 够可靠 回收 。 液 压推进 部分采用 活塞式 液压缸设 图 1 液压式套管滚珠整形器总装 图 1 一上接头 ；2 、3 0形密封圈 ；4 -- 中心杆 ；5 一外管 ；6 --下挡套 ；7 一连接头 ；8 -- 中 心轴 ； 9 一连接外套 ； 1 O 一钢珠 ； 1 1 一主体外套 ； l 2 一锥形外套 ； 1 3 花头引鞋。 计，能承受一定的液压推动力，中心杆与外管由3 于下部整形器中心轴。滚珠整形器部分采用锥形外 道密封圈密封，确保液压缸在多次行程中的密封性 套、钢珠和中心轴刚性连接设计，锥形外套起固定 能，最大行程为 5 0 0 m m，地面加压后液压力瞬时 钢珠的作用，其本身不受力，中心轴受径向推进力 作用在中心杆截面上，使其产生的较大冲击力作用 并将其转化为钢珠的胀压力；中心轴本身设计为 一 5 6一 石 油机械 2 0 1 1年第3 9卷第 1 1 期 5 0 mm的短行程 ，可确保钢珠全部突出后能够适量 缩回，既能使套管变径又能防止作业管柱卡井 。 图 2专 用水 力 锚 1 一锚体；2 --螺钉； 3 --弹簧； 4 一 锚 爪 ； 5 0形 密 封 圈 ； 6一 挡 板 。 1 ． 2 工艺原理 作业施工 时，将该 工艺管柱下 入套变油水 井 内，至套变位置遇阻，通过地面泵车向油管内加液 压 ，专用水 力 锚首 先 锚定 ，压力 可 升 至 3 0～4 0 M P a ，液压力瞬时作用在液压推进装置中心杆截面 上，使其产生的较大冲击力作用于下部整形器中心 轴 ，中心轴受径向推进力并将其转化为钢珠 的胀压 力，钢珠以点接触的方式对套管内壁进行滚压，套 管 内表面产生高达 1 0 0 0 MP a以上 的压力 ，可将变 形套管胀压 到圆形状 态 ，加压 中间停 留 3～5 ra i n 后随即泄压 ，再继续加压 ，反复作业几次 ，该工艺 管柱即可顺利通过套变点 ，套管 内通径恢复到 1 1 8 mm以上 ，即施工成功 。上提管柱钢珠能够适量缩 回，工具外径变小可防止卡井。可再将该工艺管柱 下至下一个套变位置 ，利用地面泵车与小修作业机 配合 ，下 1次管柱可处理多处套管变形。 1 ． 3 主要技术参数 整形器总 长 2 0 6 0 m m，液压机构 总长 1 0 6 0 m m，胀管机构总长 1 0 0 0 m m，整形器刚体最大外 径 1 1 8 mm，整形器外径 1 1 01 1 8 m m，额定工作 压力 3 0 4 0 M P a ，最小处理缩径尺寸 9 7 m m，液 缸额定轴向推力 1 5 3 ． 8～ 2 0 5 ． 1 k N，柱塞额定行程 5 0 0 m m，滚珠解卡收缩行程 6 mm。 2 工艺特点 1 采用变径钢珠滚压 套管 内壁 的设计 ，将 以往常规机械整形 的面接触变为点接触 ，可大幅增 加胀压力 ，且不损伤套管 ； 2 适用于处理套管 内通径在 9 0 m m 以上 的 缩径变形油水井，不适用于活动型套管错断井和套 管狗腿弯曲变形井 ； 3 中心轴内含短行程的设计确保钢珠胀管 突出后能够适量缩回，防止作业管柱卡井； 4 泄压后提放 管柱工具可复位 ，可 以实现 长距离连续整形 ； 5 应用小修作业机和泵车即可实施作业。 3 现场应用 2 0 0 9年底 ，该 整形器 在 H 5水 井现场应 用成 功。该井起分注管柱 ，起 出 O 6 2 l ll m涂料油管 1 2 5 根及配件 ，F D Y 3 4 11 0 5封 隔器 3套 ，6 3 52配 水器 3套 ，高压丝堵 1 个。封隔器胶筒有轻微的划 痕。下 5 m m铅印至 1 1 9 1 ． 3 m遇阻 ，铅印外径 变为 9 3 mm，怀疑为套管变形 。 修井施工时治套工艺管柱 自下而上为 液压式 套管整形器 1套 2 ． 0 6 m O62 m m油管 2根 水力锚 1套 O62 mi l l 油管短节 2根 3 ． 0 4 m 水力锚 1套 变丝 O62 mm外加厚油管 1 2 2根。 下至 1 1 9 0 ． O 1 m处遇阻 ，用 4 0 0型泵车油管加压 2 0 MP a ，泄压后下放管柱 ，管柱下行 0 ． 5 m。再次 加压 3 0 MP a ，泄压后下放管柱通过套管变形位置。 该整形器在现场应用中收到很好的效果。 4 结 论 1 该整形器在原有机械胀管整形的基础上引 入液压动力方式，从而使套管整形作用力不再依赖 作业设备 ，并且液压力大小易于改变、方便控制 ； 2 采取多级钢珠逐级滚压的方式使套管恢 复圆形状态，有效避免了以往机械整形对套管的损 伤，整形后套管不需再加固； 3 采用该整形器对套变油水井进行整形治 理时 ，配套作业设备简单 ，施工周期短 ，可大幅节 省作业成本 。 参考文献 [ 1 ] 巩 同标，魏金 新 ．塔河油 田长段套 管磨铣工艺 [ J ]． 石油钻采工艺，2 0 0 8 ，3 0 2 1 1 1 1 1 4 ． [ 2 ] 吕芳蕾，伊伟锴，杨洁，等 ．液压胀管整形工具 的研制与应用 [ J ]．石油机 械，2 0 0 6 ，3 4 6 5 65 7 ． 第一作者简介刘成双，高级工程师，生于 1 9 7 0年， 2 0 0 9年毕业于大庆石油学院石油与天然气工程专业 ，获硕 士学 位，现 从 事 采 油 工 艺 技 术 的 研 究 工 作。地 址 1 3 8 0 0 0 吉林省松原市。电话 0 4 3 8 6 3 3 6 5 6 8 。 收稿日期2 0 1 1 0 63 0 本文编辑赵连禄