稠油熱采井大修技術(shù)研究與應(yīng)用

1、遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文稠油熱采井大修技術(shù)研究與應(yīng)用摘要隨著油田開發(fā)的不斷深入，遼河油田采油井和注水井套管的損壞情況已越來(lái)越嚴(yán)重，并直接影響到了油田的穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)。因此研究“套損”原因及“套損”機(jī)理，采取積極有效的預(yù)防措施，采取完善合理的修復(fù)治理工藝，使“套損”停產(chǎn)井恢復(fù)原有產(chǎn)能已是亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)狀，提出了稠油熱采井大修技術(shù)的研究。此項(xiàng)課題包括套損機(jī)理的研究和一系列套損井修復(fù)復(fù)產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用。針對(duì)遼河油田的特點(diǎn)而研究應(yīng)用的多項(xiàng)修復(fù)復(fù)產(chǎn)技術(shù)，包括套管補(bǔ)接工藝技術(shù)、套管水力整形技術(shù)、大通徑無(wú)接箍套管加固完井技術(shù)、電潛泵和電纜打撈磨銑工具的研制、熱采側(cè)鉆井小井筒內(nèi)磨銑及打撈工具

2、的研制等。這些工藝技術(shù)將彌補(bǔ)中淺層套損井開窗側(cè)鉆成本較高的現(xiàn)狀，即可應(yīng)用于中淺層套損井，也適用于中深層的套損井。它們不但能夠滿足熱采井的生產(chǎn)需要，而且與開窗側(cè)鉆、取換套管相比，成本相對(duì)較低、周期較短，能在不打更新井、側(cè)鉆井的情況下完善地下開發(fā)井網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，這些技術(shù)的確能夠針對(duì)遼河油田的實(shí)際情況，有效恢復(fù)部分因套損嚴(yán)重而停產(chǎn)的油水井的生產(chǎn)，是遼河油田后期上產(chǎn)中決套損井復(fù)產(chǎn)問(wèn)題的有效、經(jīng)濟(jì)、適用的修井工藝技術(shù)。關(guān)鍵詞：套損；防治措施；大修復(fù)產(chǎn)；效益分析Research and application of Heavy oil thermal recoverywells overhaul te

3、chnologyABSTRACTWith the deepening of oil field development，Liaohe Oilfield， production wells and injection wells，the damaging has become more and more serious damage， And directly affects the output of the oil fields，on the middle class，so study "sets loss" causes and" casing damage&

4、quot; mechanism，taking active and effective preventive measures，Taking to improve the management of a reasonable repair process，The "casing damage" to restore the Original production capacity of wells is a serious problem，In response to this status，raising A heavy oil thermal recovery well

5、s technology， Topics include the mechanism ofcasing damage and a series of well casing damage repair complex production technology research and application.Considering Liaohe oil field of the characteristics and researching a number of repair complex production technologies， Including the casing Pre

6、mium accessec technology Plastic casing of hydraulic technology，Chase Drive Coupling casing without reinforcement Completion Technology，Electric submersible pump and cable salvage Development Milling Tools、Thermal recovery side drilling and milling small bins salvage Development Tools，andso on. Thes

7、e technologies will be set to make up for losses in the shallow wells drilled Sidetracking costly status 、It can be used in shallow wells casing damage，Also applies to the casing damage in deep wells. They are not only able to meet the thermal recovery of the production wells 、Sidetracking with fene

8、stration， Compared to check for casing、 low cost Relatively 、Shorter cycle、Can not play well update、Side of the case of drilling development wells to improve the underground network. Field test to prove，Indeed these technologies are able to cater for the actual situation of Liaohe Oilfield，resumptio

9、n of some sets of loss effective due to serious and stop the production of oil wells，Liaohe Oilfield，the latter is the production well casing failure to address the issue of resumption of production of an effective，economic，and technology applicable workover.KEYWORDS：Sets loss；Effective preventive m

10、easures；Damage repair；Benefit analysis前 言遼河油田稠油資源比較豐富，其儲(chǔ)量和產(chǎn)量均超過(guò)了總儲(chǔ)量和產(chǎn)量的三分之一，因此稠油熱采開發(fā)是遼河油田最基本的生產(chǎn)措施。在熱采開發(fā)的稠油井中，注蒸汽熱采井已占總井?dāng)?shù)的 2/3 以上。盡管循環(huán)注蒸汽熱采稠油是一種非常有效的開采手段，但它對(duì)生產(chǎn)套管和井眼鄰區(qū)的巖層結(jié)構(gòu)都會(huì)有一定程度的傷害，使井下套管的工作條件變得極為惡劣，將大大縮短套管的使用壽命。井筒內(nèi)過(guò)熱的蒸汽使地層及其套管溫度升高，對(duì)套管產(chǎn)生相當(dāng)大的熱應(yīng)力，此熱應(yīng)力可能使套管產(chǎn)生彎曲變形或斷裂，導(dǎo)致油井停產(chǎn)或油井報(bào)廢，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。遼河油田每年有 300400

11、口套損井產(chǎn)生，其中稠油熱采井達(dá)到 80%以上。因此開展注汽熱采井套管的損壞機(jī)理研究，找出造成注汽井套管損壞的主要原因，制定和實(shí)施有效的防治措施，盡可能減輕注汽熱采對(duì)油層套管的損壞作用，延長(zhǎng)稠油井的壽命，對(duì)提高稠油熱采效益具有重要意義。針對(duì)遼河油田目前套損井日趨上升，尤其是熱采井更為突出的現(xiàn)狀，及中淺層套管損壞采取取換套修復(fù)、中深層套損嚴(yán)重井只能開窗側(cè)鉆、油層中部套管損壞采取磨銑下篩管或開窗磨銑下篩管修復(fù)的現(xiàn)狀，提出了稠油熱采井大修技術(shù)的研究。此項(xiàng)課題通過(guò)對(duì)遼河油田油水井套管損壞情況的全面調(diào)查研究，及對(duì)熱采井井筒應(yīng)力場(chǎng)的分析，找到了造成稠油熱采井套管損壞的主要原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。同時(shí)針對(duì)

12、遼河油田的特點(diǎn)而研究應(yīng)用了多項(xiàng)修復(fù)復(fù)產(chǎn)技術(shù)，包括套管補(bǔ)接工藝技術(shù)、套管水力整形技術(shù)和大通徑無(wú)接箍套管加固完井技術(shù)等。通過(guò)本課題的研究將解決中淺層、中深層套管損壞的修復(fù)難題，并降低修井成本，提高修井成功率?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，這些技術(shù)的確能夠針對(duì)遼河油田的實(shí)際情況，有效恢復(fù)部分因套損嚴(yán)重而停產(chǎn)的油水井的生產(chǎn)，是遼河油田后期上產(chǎn)中解決套損井復(fù)產(chǎn)問(wèn)題的有效、經(jīng)濟(jì)、適用的修井工藝技術(shù)。20目錄稠油熱采井大修技術(shù)研究與應(yīng)用1摘要1ABSTRACT2前 言3第一章 熱采井套損原因分析及防治措施11.1 熱采井套損狀況調(diào)查11.2 熱采井套損原因分析21.2.1 熱應(yīng)力作用21.2.2油井出砂造成套管損壞的結(jié)論3

13、1.2.3 其他影響因素31.2.4 油層出砂4第二章 稠油熱采井大修復(fù)產(chǎn)技術(shù)62.1 概述62.2 套管補(bǔ)接工藝技術(shù)62.2.1 套管補(bǔ)接工藝原理62.2.2 套管補(bǔ)接技術(shù)的適用范圍72.2.3 套管補(bǔ)接技術(shù)的完善與配套工具的研制72.2.4 套管補(bǔ)接技術(shù)流程圖82.2.5 襯管補(bǔ)接后的技術(shù)指標(biāo)92.3 套管水力整形技術(shù)102.3.1 工作原理及工具結(jié)構(gòu)102.3.2 技術(shù)特點(diǎn)112.3.3 適用范圍122.3.4 技術(shù)參數(shù)122.4 套損井大通徑尾管加固完井技術(shù)122.4.1 工藝原理122.4.2 適用范圍122.4.3 技術(shù)特點(diǎn)132.5 電潛泵和電纜打撈磨銑工具的研制142.5.1

14、多功能電纜（鋼絲繩）打撈器142.5.2 電泵本體高效引錐磨鞋142.5.3 電泵套銑打撈工具142.5.4 電泵外殼高強(qiáng)度公錐142.5.5 電泵分離器高強(qiáng)度公錐152.5.6 電泵離子雙滑塊打撈矛152.6 小井筒內(nèi)打撈磨銑工具的研制152.6.1 研究目的及意義152.6.2 小井筒內(nèi)管、桿、泵類打撈工具162.6.3 小井筒磨銑工具162.6.4 小井筒內(nèi)整形工具162.6.5 小井筒內(nèi)打撈磨銑工具的輔助工具17結(jié) 論18參考文獻(xiàn)19謝辭20第一章 熱采井套損原因分析及防治措施遼河油區(qū)的地理面積廣闊，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，油藏類型豐富，是一個(gè)以稀油、稠油、高凝油為主要開發(fā)對(duì)象的復(fù)式油氣區(qū)。其中

15、稀油和高凝油油藏共有 114 個(gè)單元，按開采方式和儲(chǔ)層巖性劃分可分為五種類型：中高滲透注水砂巖油藏（27 個(gè)單低滲透油藏（11 個(gè)單元）、復(fù)雜斷塊油藏（46 個(gè)單元）、天然能量開發(fā)油藏（15 個(gè)單元）和特殊巖性油藏（15 個(gè)單元）。稠油油藏共有 68 個(gè)單元，按開采方式和油品特性分為五種類型：天然能量開發(fā)油藏（9 個(gè)單元）、常規(guī)注水油藏（11 個(gè)單元）、普通熱采油藏（38 個(gè)單元）、特稠油油藏和超稠油油藏（各 5 個(gè)單元）。經(jīng)過(guò) 30 多年的不斷開發(fā)，不同區(qū)域和不同地質(zhì)、工程和管理?xiàng)l件下的油（水）井，隨著生產(chǎn)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)及開發(fā)方案的不斷實(shí)施和不斷調(diào)整，特別是實(shí)施注水開發(fā)的砂巖油藏井和實(shí)施蒸汽

16、吞吐的稠油、超稠油井，其套管技術(shù)狀況已逐漸變差，甚至損壞至使許多井不能正常生產(chǎn)，注采系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，從而影響了整個(gè)油區(qū)的穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)。1.1 熱采井套損狀況調(diào)查通過(guò)遼河油田五個(gè)地區(qū)稠油區(qū)塊調(diào)查的 3860 口熱采井，發(fā)生套管損壞的有 489 口，占 12.64%。有的主力區(qū)塊套管損壞程度還很嚴(yán)重，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 1-1、表 1-2。近年來(lái)，隨著注汽輪次的增加，套損形式更加嚴(yán)峻，如 1990 年開始整裝開發(fā)的洼 38 塊，套損率已高達(dá) 40%，杜 32 塊、杜 84 塊也達(dá)到近 30%，并且還有發(fā)展的趨勢(shì)。在幾種套損類型中，套管變形的比率為 84.7%、套管錯(cuò)斷的比率為 10.5%，套管漏失的比率

17、為 4.8%。表 1-1 “八五”期間遼河油田各個(gè)區(qū)塊套管損壞情況明細(xì)表表 1-2 2007 年高升油田各個(gè)區(qū)塊套管損壞情況明細(xì)表1.2 熱采井套損原因分析1.2.1 熱應(yīng)力作用為了獲取熱采井所需要的套管和地層的物理參數(shù)，以便進(jìn)行地層和套管的熱膨脹和熱應(yīng)力計(jì)算，我們對(duì)熱采井套管的熱膨脹系數(shù)、熱彈性模量和地層巖石的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。試驗(yàn)所測(cè)得的 7，壁厚 8.05mm，鋼級(jí) N80 套管熱膨脹系數(shù)、熱彈性模量、屈服極限、強(qiáng)度極限及泥巖和砂巖的熱膨脹系數(shù)見(jiàn)表 1-3、1-4、1-5、1-6所示。表 1-3 7壁厚 8.05mmN-80 鋼級(jí)套管熱膨脹系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表 1-4 7壁厚 8.05

18、mmN-80 鋼級(jí)套管熱彈性模量試驗(yàn)結(jié)果表 1-5 泥巖試樣膨脹試驗(yàn)結(jié)果表 1-6 砂巖試樣膨脹試驗(yàn)結(jié)果目前所開發(fā)的油田，出砂層多為弱膠結(jié)的疏松巖砂層。從力學(xué)上講出砂原因可概括如下：油流的機(jī)械力先將油層局部結(jié)構(gòu)破壞，變成無(wú)膠結(jié)的散砂；油流將散砂攜帶走，先在炮孔附近形成空洞；空洞出現(xiàn)后，造成局部應(yīng)力集中，對(duì)油層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞。在固定產(chǎn)液速度下，油層結(jié)構(gòu)的破壞局限在一定半徑范圍內(nèi)。由于埋藏深部的油層所受的垂向應(yīng)力大，當(dāng)油層大量出砂后，上覆層失去巖層支撐，產(chǎn)生垂向變形。油層出砂在其頂部附近，隨出砂時(shí)間延長(zhǎng)逐漸形成空洞。洞頂開挖后，首先引起洞頂巖石的塌落，當(dāng)塌落到一定程度后，形成自然拱。1.2.2油井

19、出砂造成套管損壞的結(jié)論如果原始井水泥固結(jié)良好，油井開采過(guò)程地層出砂，水泥環(huán)周圍首先形成空洞。當(dāng)油層井段溫度高于 300時(shí)，套管內(nèi)壁超過(guò)熱彈性屈服極限，而此時(shí)水泥環(huán)所受熱應(yīng)力已超過(guò)本身的屈服極限值，周圍形成空洞的水泥環(huán)很容易破壞。一旦水泥環(huán)破壞套管失去約束，在熱應(yīng)力作用下將發(fā)生失穩(wěn)變形。變形的形式取決于失去水泥環(huán)約束的程度。（1）當(dāng)油層射孔段由于出砂，使局部套管外水泥環(huán)破壞時(shí)，熱應(yīng)力造成套管在壓縮力作用下形成局部彎曲。（2）套管產(chǎn)生彎曲，尤其在套管柱下部，壓縮力最大，彎曲最嚴(yán)重。在套管截面上的壓縮應(yīng)力分布不均勻，彎曲管壁外層的壓縮應(yīng)力最大。往往在局部壓縮力集中的地方，壓縮力超過(guò)屈服強(qiáng)度而破壞。（

20、3）套管周圍掏空部分失去約束，熱膨脹作用發(fā)生熱變形是明顯的，是導(dǎo)致注蒸汽熱采井套管變形損壞的重要原因。1.2.3 其他影響因素1.封隔器失效注汽熱采井封隔器失效，套管受高溫的深度加長(zhǎng)，熱膨脹應(yīng)力在套管軸向的分布加長(zhǎng)，造成水泥破壞的幾率增大，套管失去約束的部位增多，套管變形損壞的可能性增大。封隔器失效不僅影響套管的使用壽命，而且降低熱采效率。所以必須使用可靠的注熱蒸汽的封隔器，一旦封隔器失效立即停止注汽。2.預(yù)拉應(yīng)力不合理或未達(dá)熱應(yīng)力要求我們?cè)?jīng)通過(guò)使用套管強(qiáng)度校核程序比較了三種情況套管的受力和強(qiáng)度情況：（1）套管未提拉預(yù)應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力偏小，將產(chǎn)生的軸向應(yīng)力將造成套管的撓性失穩(wěn)或局部膨脹變形，嚴(yán)重

21、時(shí)導(dǎo)致?lián)p壞。（2）據(jù)研究分析套損井口拉力 108 噸偏小，只能滿足井底蒸汽為 300的生產(chǎn)情況。實(shí)際注汽參數(shù)下井底蒸汽的溫度多數(shù)都超過(guò) 300，一般在 320以上。3.注汽參數(shù)不合理在蒸汽吞吐采油階段，多周期注汽，尤其在不正常注汽過(guò)程中，注注停停，套管柱熱漲冷縮，反復(fù)承受壓縮-拉張-壓縮-拉張，反復(fù)多次后，產(chǎn)生疲勞損壞，易在接頭螺紋套管永久性變形，意味著套管在載荷作用下，應(yīng)力已超過(guò)套管材料的屈服極限值。熱采套管在封隔器以下處于 300左右熱蒸汽中，由于熱膨脹效應(yīng)將使套管產(chǎn)生熱膨脹。受熱膨脹的套管如果無(wú)約束時(shí)，套管不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，只有伸長(zhǎng)變形。如果受熱套管受到約束時(shí)，自然產(chǎn)生較大熱應(yīng)力。注汽熱采

22、井套管在井內(nèi)，內(nèi)壁無(wú)約束，管外壁全井由水泥與地層固結(jié)，套管受熱應(yīng)力作用也就不可避免。水泥環(huán)與地層膠結(jié)良好時(shí)，主要由套管本身所受熱應(yīng)力來(lái)考核其強(qiáng)度。通過(guò)熱應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算分析，當(dāng)套管 300多的溫度下服役，從本身所受的熱應(yīng)力看，在注汽加熱帶燜井過(guò)程中，熱應(yīng)力只是在套管內(nèi)壁點(diǎn)超過(guò)材料熱彈性屈服極限，由于套管受到水泥環(huán)和地層約束，不會(huì)發(fā)生永久性變形而破壞。當(dāng)水泥環(huán)固結(jié)不均勻或后期失效，套管熱應(yīng)力與熱變形較大，套管應(yīng)力將大面積地超過(guò)套管材料的屈服極限，容易使套管變形破壞。例，遼河油田 45-025-212 井第四周期注汽參數(shù)為例，分析套管中間段周圍掏空情況套管的熱應(yīng)力與熱變形。注汽溫度 330，注汽壓力 1

23、2.8MPa，發(fā)生在套管內(nèi)壁的最大應(yīng)力值為 602MPa，最大膨脹變形為 2.078mm。油井進(jìn)行蒸汽吞吐作業(yè)比蒸汽驅(qū)連續(xù)注汽套管損壞要嚴(yán)重。主要原因是多周期吞吐作業(yè)過(guò)程中，套管反復(fù)加熱、冷卻、再加熱、再冷卻，熱應(yīng)力造成套管受壓縮，受拉伸，再壓縮，再拉伸反復(fù)疲勞損傷。絲扣螺紋斷裂強(qiáng)度、滑脫強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度受吞吐作業(yè)的周期影響尤其重大，因?yàn)檩^管體來(lái)說(shuō)，絲扣更薄弱。1.2.4 油層出砂1.油層出砂造成套管損壞的機(jī)理遼河油田對(duì)油井的出砂量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，作了出砂量與套損的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨出砂量增大，套損幾率上升。處出現(xiàn)疲勞斷裂。（1）注注停停，會(huì)縮小實(shí)際工作注汽周期的次數(shù)。（2）嚴(yán)格按最佳注汽參數(shù)操作，

24、否則將加速套管損壞。（3）在同一注汽周期內(nèi)，由于每天的注汽壓力及流量都不同，甚至差別很大，造成井底蒸汽的溫度在同一注汽周期內(nèi)也有很大變化，這也是一個(gè)造成應(yīng)力疲勞的重要原因。在一個(gè)注汽周期內(nèi)各天中的井底蒸汽溫度可能相差在 30，甚至更高。套管在同一注汽周期內(nèi)也承受著疲勞載荷，將加速套管損壞。（4）由于有些井口壓力較大，注汽壓力偏高和流量偏低，使井底溫度偏高，嚴(yán)重危及套管的使用壽命，注汽參數(shù)不合理。2.地層熱膨脹徑向力影響加速套管變形損壞水泥環(huán)固結(jié)良好，同時(shí)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)的注汽溫度，地層的熱膨脹對(duì)套管擠壓應(yīng)力影響不大，但水泥環(huán)在局部形成的空穴將造成套管的膨脹變形，這是發(fā)生應(yīng)力疲勞和應(yīng)力腐蝕的主要部位

25、。當(dāng)水泥環(huán)局部破壞時(shí)，熱膨脹造成的不均勻徑向載荷將為撓性失穩(wěn)提供較大的徑向力，在軸向熱應(yīng)力的共同作用下，加速管體失穩(wěn)。第二章 稠油熱采井大修復(fù)產(chǎn)技術(shù)2.1 概述遼河油田油水井大修工藝技術(shù)隨著油田開發(fā)過(guò)程的不斷發(fā)展完善，其工藝技術(shù)已由簡(jiǎn)單的打撈、堵封竄、沖砂防砂等發(fā)展到目前的解卡打撈、整形加固、套管補(bǔ)貼、取換套管、套管內(nèi)側(cè)鉆等十幾項(xiàng)修復(fù)與報(bào)廢工藝技術(shù)。但由于油水井井下?tīng)顩r的不斷復(fù)雜化和套損井的數(shù)量和類型的不斷增多，出現(xiàn)了越來(lái)越多的套損井修復(fù)如采用現(xiàn)有的修井技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生過(guò)多負(fù)面影響的情況。本項(xiàng)目針對(duì)遼河油田的特點(diǎn)而研究應(yīng)用了多項(xiàng)修復(fù)復(fù)產(chǎn)技術(shù)，包括套管補(bǔ)接工藝技術(shù)、套管水力整形技術(shù)、大通徑無(wú)接箍套管

26、加固完井技術(shù)、電潛泵和電纜打撈磨銑工具的研制、熱采側(cè)鉆井小井筒內(nèi)磨銑及打撈工具的研制等。這些工藝技術(shù)將彌補(bǔ)中淺層套損井開窗側(cè)鉆成本較高的現(xiàn)狀，不但能夠滿足熱采井的生產(chǎn)需要，而且與開窗側(cè)鉆、取換套管相比，成本相對(duì)較低、周期較短，能在不打更新井、側(cè)鉆井的情況下完善地下開發(fā)井網(wǎng)。其中套管補(bǔ)接工藝技術(shù)與套管開窗側(cè)鉆工藝相比，每口井投入的修井成本只是套管開窗側(cè)鉆井的 1/31/2，修井周期也可縮短 510 天。按每口側(cè)鉆井投入修井成本 55萬(wàn)元計(jì)算，采用套管補(bǔ)接技術(shù)每口井可節(jié)約修井成本 1525 萬(wàn)元；與取換套管相比，可節(jié)約套管套銑時(shí)間并節(jié)省固井費(fèi)用，避免了套管回接過(guò)程中丟魚頭的困難。2.2 套管補(bǔ)接工

27、藝技術(shù)2.2.1 套管補(bǔ)接工藝原理該套補(bǔ)貼工具由地面泵（水泥車或泥漿泵）提供給井下動(dòng)力密封工具動(dòng)力，投球打壓后，使動(dòng)力密封工具開始動(dòng)作，由此帶動(dòng)動(dòng)力密封加固器兩端的上、下脹管器，進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)（下面脹管器先動(dòng)，上面脹管器后動(dòng)）。達(dá)到一定的額定壓力（812MPa），運(yùn)動(dòng)至一定程度后上、下脹管撐脹開上、下套管密封器，迫使套管密封器錨定貼附在套管壁上。由于套管密封器金屬材料的特殊性，使其不僅能牢固地錨定在管內(nèi)壁上，而且能產(chǎn)生密封作用，使被損壞的套管能重新承受起原來(lái)能承受的壓力，并形成一個(gè)完整的通道。當(dāng)?shù)孛鎵毫_(dá)到額定壓力后（1620MPa），動(dòng)力密封工具與密封加固器（補(bǔ)貼管）丟手，從而完成損壞套管的加

28、固密封工藝。其工作原理如圖 2.1 所示，整體結(jié)構(gòu)如圖 2.2所示。圖2.1 補(bǔ)接工具工作原理示意圖圖2.2 補(bǔ)接工具結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2 套管補(bǔ)接技術(shù)的適用范圍套管補(bǔ)接技術(shù)適用于以下幾種情況：（1）套管因腐蝕而出現(xiàn)孔洞的套損井；（2）套管出現(xiàn)裂縫、套管絲扣脫扣的套損井；（3）套管因地層蠕變等地質(zhì)因素而錯(cuò)斷的井；（4）需要封堵原射孔井段的井。2.2.3 套管補(bǔ)接技術(shù)的完善與配套工具的研制針對(duì)遼河油田的特點(diǎn)，研究的套管補(bǔ)接工藝技術(shù)及配套工具主要有：1.套管磨銑、修整技術(shù)的完善與工具配套針對(duì)長(zhǎng)井段的套管彎曲及損壞，靠單一的銑錐進(jìn)行磨銑往往磨銑后存在著模擬通井規(guī)（L=810m）通井遇阻的現(xiàn)象，給補(bǔ)貼

29、管及補(bǔ)貼工具的順利入井帶來(lái)困難。通過(guò)高效套管磨銑、修整技術(shù)的完善與工具配套解決了這一難題。（1）套管磨銑、修整工具的構(gòu)成：高效復(fù)合式銑錐、套管修整器、短節(jié)及領(lǐng)眼磨鞋等構(gòu)成。（2）鉆具組合：領(lǐng)眼銑鞋鉆鋌（2030m）鉆桿方鉆桿高效復(fù)合式銑錐（或領(lǐng)眼磨鞋）短節(jié)套管修整器短節(jié)套管修整器短節(jié)套管修整器鉆桿方鉆桿。2.套管補(bǔ)貼前后找漏驗(yàn)竄及試壓技術(shù)的完善與工具配套針對(duì)封隔器與節(jié)流閥不匹配造成找漏管柱及試壓管柱穩(wěn)不住壓的現(xiàn)狀，研制出了新型節(jié)流閥，并使得兩者動(dòng)作相匹配，達(dá)到找漏、試壓的現(xiàn)場(chǎng)要求。（1）找漏驗(yàn)竄管柱及試壓管柱的工具構(gòu)成：K341-150 封隔器、K341-112 封隔器、XTF-128 封隔器

30、、XTF-90 封隔器與新型節(jié)流閥。（2）管柱組合：找漏驗(yàn)竄管柱：球座封隔器（K341-x）節(jié)流閥油管（1020m）封隔器（K341-x）油管（或鉆桿）。試壓管柱：球座封隔器XTF-128（90）節(jié)流閥油管（1020m）封隔器（XTF-x 或 K341-x）油管（或鉆桿）。3.補(bǔ)貼管打撈、磨銑技術(shù)的完善與工具的研制針對(duì)已存在的套管補(bǔ)貼井在一定周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)新的套損或落物，甚至原有補(bǔ)貼井段漏失，原有補(bǔ)貼管對(duì)后期作業(yè)會(huì)產(chǎn)生影響或沒(méi)有存在的必要的井，結(jié)合補(bǔ)貼管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了補(bǔ)貼管磨銑、打撈工具，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)貼管的磨銑、打撈，消除了補(bǔ)貼井后期修復(fù)，補(bǔ)貼管給修井作業(yè)帶來(lái)的影響。（1）補(bǔ)貼磨銑、打撈工具的構(gòu)成

31、：139.7mm（51/2）套管：120mm 高效引錐磨鞋100mm 多功能高提拉打撈矛。177.8mm（7）套管：156mm 高效引錐磨鞋140mm 多功能高提拉打撈矛。（2）鉆具組合：磨銑：高效引錐磨鞋鉆鋌（2030m）鉆桿方鉆桿。打撈：高提拉打撈矛鉆桿方鉆桿。4.熱采井耐高溫、防滑脫套管補(bǔ)貼技術(shù)的完善針對(duì)熱采井套管損壞，為了使套管補(bǔ)貼后耐高溫、防滑脫，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，對(duì)補(bǔ)貼管兩端的軟金屬合金進(jìn)行了材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的改變，滿足了熱采井生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)熱采井井下補(bǔ)貼管的對(duì)接，達(dá)到熱采井套管補(bǔ)貼后延長(zhǎng)生產(chǎn)周期的目的。2.2.4 套管補(bǔ)接技術(shù)流程圖套管補(bǔ)接工藝技術(shù)流程圖如圖 2.3 所示： 圖2.3 管

32、套補(bǔ)貼工藝技術(shù)流程圖2.2.5 襯管補(bǔ)接后的技術(shù)指標(biāo)襯管補(bǔ)接后的技術(shù)指標(biāo)為：（1）7套管襯管補(bǔ)接后： 內(nèi)通徑：min143mm；抗沖擊力：F=300350KN；抗內(nèi)、外壓力：P15MPa。（2）51/2套管襯管補(bǔ)接后： 內(nèi)通徑：min100mm；抗沖擊力：F=300350KN；抗內(nèi)外壓力：P15MPa。襯管補(bǔ)接工藝過(guò)程示意圖如下：圖2.4 襯管補(bǔ)接工藝過(guò)程示意圖2.3 套管水力整形技術(shù)2.3.1 工作原理及工具結(jié)構(gòu)套管水力整形技術(shù)由下列工具組成：分瓣式脹管器、液缸和防頂扶正裝置等，如圖2.5 所示。在工作時(shí)，依次將分瓣式脹管器、液缸、和防頂扶正裝置連接好用油管將其下到套管的變形井段頂部，通過(guò)地

33、面泵車向油管內(nèi)打壓，液缸的反向推力由防頂扶正裝置和油管承擔(dān)。在向油管內(nèi)打壓的同時(shí)，液體壓力也同時(shí)驅(qū)動(dòng)防頂扶正裝置的錐體將卡瓦撐開并錨定在套管上，壓力越高錨定力越大。連接在分瓣式脹管器上的液缸將動(dòng)力液的壓力轉(zhuǎn)換成軸向機(jī)械推力推動(dòng)分瓣式脹管器擠脹套管的變形部位（作用原理與梨形脹管器相同），使其復(fù)原。當(dāng)液缸走完一個(gè)行程，則變形部位被修復(fù)一個(gè)行程的長(zhǎng)度。如果變形部位較長(zhǎng)，則需要在修復(fù)一個(gè)行程的長(zhǎng)度之后，重新提放管柱，將其放到?jīng)]被修好的部位重新打壓擠脹，直到脹管器能夠順利通過(guò)變形部位為止。圖2.5 套管水力整形工具結(jié)構(gòu)圖2.3.2 技術(shù)特點(diǎn)套管水力整形技術(shù)的主要特點(diǎn)：（1）分瓣式脹管器具有防卡功能，它主

34、要由分瓣式整形體和支撐芯軸兩大部分組成，當(dāng)脹管器由于推力過(guò)大嵌入套管變形部位被卡住時(shí)，上提管柱可先將支撐芯軸上提一定距離，使分瓣式整形體內(nèi)部失去支撐，外徑收縮，被解卡提出。（2）防頂扶正裝置實(shí)際上是一種卡瓦式水力錨，它與錨爪式水力錨的不同特點(diǎn)是錨定力大，且不宜造成管柱卡，即使發(fā)生問(wèn)題也容易及時(shí)處理。（3）多級(jí)液缸串聯(lián)使用，整形力大，單次徑向整形量大；脹管器有效整形體長(zhǎng)，被修復(fù)的部位直線度高。2.3.3 適用范圍目前我們只研制出適用于 178mm 套管的一種水力整形工具，只能對(duì) 178mm 的變形套管進(jìn)行修復(fù)工作。適用于套管壁厚 8.059.19mm；適用于最大徑向變形量20mm（即套管變形部位

35、最小內(nèi)徑為：140 mm），且變形部位無(wú)破損。2.3.4 技術(shù)參數(shù)套管水力整形技術(shù)的主要技術(shù)參數(shù)：（1）脹管器最大外徑：145mm、148mm、155mm；脹管器有效長(zhǎng)度：450mm。（2）液缸最大外徑：140mm；最大行程：400mm；工作壓力：20MPa。（3）防頂扶正裝置最大外徑：140mm；工作壓力：20MPa。（4）單次最大整形長(zhǎng)度：400mm；單次最大整形量：10mm。2.4 套損井大通徑尾管加固完井技術(shù)2.4.1 工藝原理套損井大通徑尾管加固完井技術(shù)采用了一種新型的大通徑無(wú)接箍套管，該套管采用特殊材質(zhì)和合適的壁厚，由套管公螺紋、套管母螺紋構(gòu)成。無(wú)接箍套管通過(guò)特殊的公、母螺紋旋轉(zhuǎn)進(jìn)

36、行聯(lián)接從而形成無(wú)接箍套管柱，其套管連接部位采用特種梯型螺紋連接，并通過(guò)專用提升短節(jié)起下套管。修井作業(yè)過(guò)程中，在鉆、磨銑和通井規(guī)（910m）通井后，可方便的將以上管串下入到套管內(nèi)或套管以下的裸眼內(nèi)，特制大通徑懸掛器通過(guò)壓液產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力或提放管柱倒扣，均勻漲開卡瓦牙，錨定后丟手機(jī)構(gòu)被釋放，完成丟手功能，再進(jìn)行碰壓固井，從而完成該井的大通徑尾管加固。2.4.2 適用范圍大通徑尾管加固完井技術(shù)的適用范圍：（1）套管多點(diǎn)變形型井；（2）套管嚴(yán)重彎曲變形井；（3）套管因地層蠕變等地質(zhì)因素而錯(cuò)斷的井；（4）需要封堵原射孔井段的井；（5）井下落物復(fù)雜無(wú)法打撈被迫開窗側(cè)鉆的井。大通徑無(wú)接箍套管由無(wú)接箍套管公

37、螺紋和套管母螺紋的配合聯(lián)接形成無(wú)接箍套管聯(lián)接螺紋。通過(guò)聯(lián)接螺紋的聯(lián)接，而形成套管柱。在形成套管鞋（內(nèi)有阻流板）無(wú)接箍套管柱懸掛器（大通徑）管串的情況下，適用于兩大類型：（1）139.7mm 和177.8mm 套管長(zhǎng)井段套損井；（2）139.7mm 和177.8mm 套管開窗側(cè)鉆井。2.4.3 技術(shù)特點(diǎn)1.改造傳統(tǒng)的完井方式目前，開窗側(cè)鉆井大部分采用的是：7套管掛 5尾管完井方式和 51/2掛 4。它們的最大缺點(diǎn)是：懸掛器內(nèi)徑為108mm，127mm（壁厚 7.52mm）的套管內(nèi)徑為112mm，102mm（壁厚 8mm）的套管內(nèi)徑為86mm，因此70mm 大泵（接箍外徑108mm）和大直徑措施工

38、具都無(wú)法下入。新型無(wú)接箍套管加固完井技術(shù)則采用了無(wú)接箍的139.7mm 套管（內(nèi)徑121mm）和特殊懸掛器（重新研制內(nèi)徑為121mm）進(jìn)行完井，從而能夠保證蒸汽驅(qū)注入井分層注采和大泵強(qiáng)抽工藝的實(shí)現(xiàn)，滿足蒸汽驅(qū)及分層注采工藝的方案要求。2.完井管柱設(shè)計(jì)為了滿足熱采井的工藝要求，對(duì)139.7mm 套管進(jìn)行無(wú)接箍化處理（139.7mm 套管接箍外徑156mm，管體外徑139.7mm），即將原139.7mm 套管接箍及外螺紋去掉，套管上下端重新加工特種雙梯扣連接螺紋，考慮到連接強(qiáng)度問(wèn)題，采用壁厚為9.17mm 或 10.54mm 厚壁套管（內(nèi)徑121.36mm 或內(nèi)徑118.62mm）。施工時(shí)通過(guò)常用

39、普通吊卡起下139.7mm 套管。3.尾管懸掛器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了滿足汽驅(qū)工藝要求，所設(shè)計(jì)的專用尾管懸掛器應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）適應(yīng)固井后坐封的井筒條件，坐封、丟手過(guò)程同時(shí)完成（對(duì)預(yù)應(yīng)力完井的采用倒扣式丟手保管柱上提預(yù)應(yīng)力要求），同時(shí)配有強(qiáng)制丟手機(jī)構(gòu)，確保管柱順利起出；（2）丟手后保證內(nèi)通徑為121mm；（3）高溫條件下錨定；（4）丟手后具有大坡口引入魚頂（從177.8mm 套管內(nèi)通徑引至139.7mm 套管內(nèi)通徑），以方便管柱起下。新型無(wú)接箍套管加固完井技術(shù)中139.7mm 套管與177.8mm 套管之間用永久型大通徑（內(nèi)通徑121mm）耐高溫尾管懸掛器錨定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)丟手（配有強(qiáng)制丟手機(jī)構(gòu)保

40、證送入管柱與完井管柱順利丟開），丟手后上端引斜口直徑達(dá)到最大值，即從177.8mm 套管內(nèi)徑引至139.7mm 套管內(nèi)徑，以方便管柱順利起下。該工藝配套的尾管懸掛器經(jīng)專門設(shè)計(jì)，主要工作原理是通過(guò)高壓液產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力，均勻漲開卡瓦牙，起到錨定作用，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，丟手機(jī)構(gòu)被釋放，完成丟手功能。4.注汽井完井方式與方法如果是注汽井，則必須進(jìn)行完井方式改造，同時(shí)套管外必須采用水泥固井，用于滿足注汽井長(zhǎng)期注汽的要求。注汽井完井方式設(shè)計(jì)為：下地錨、139.7mm 無(wú)接箍套管（無(wú)接箍套管至井底）、預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償器和大通徑尾管懸掛器（油頂以上 100m），套管外采用水泥固井（固井前對(duì)油層進(jìn)行暫堵）實(shí)施預(yù)應(yīng)

41、力完井，采用射孔完成。在采油井上同樣可以采用水泥固井射孔方式完井。2.5 電潛泵和電纜打撈磨銑工具的研制2.5.1 多功能電纜（鋼絲繩）打撈器多功能電纜（鋼絲繩）打撈工器，是在外鉤和內(nèi)鉤的基礎(chǔ)上，增加了芯軸、撥鉤，并能通過(guò)旋轉(zhuǎn)使電纜（鋼絲繩）進(jìn)入外筒腔。同時(shí)，具有磨銑切斷電纜功能。實(shí)踐應(yīng)用表明，該工具在電纜（鋼絲繩）打撈過(guò)程中能減少打撈工具入井次數(shù)，提高單井撈獲成功率，相對(duì)縮短修井周期 57 天。2.5.2 電泵本體高效引錐磨鞋電潛泵事故井的各種解卡措施都無(wú)效或無(wú)明顯作用時(shí)，最后采用特制的引錐磨鞋將電潛泵的本體鉆磨，從而有效解除卡阻，使油井的產(chǎn)能恢復(fù)或維持一定的產(chǎn)能。2.5.3 電泵套銑打撈工

42、具電潛泵的電機(jī)、泵組外徑一般都較大，在套管中特別在油層井段以內(nèi)，套管內(nèi)徑相對(duì)較?。ㄒ话銥?24.3mm 左右），而泵組外徑一般在98101.6mm 左右，電機(jī)最大外徑一般在107115mm 左右，而機(jī)泵組內(nèi)部無(wú)法打撈，只有在外部打撈。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種特殊的工具，用套銑打撈的方法將電潛泵從事故井中取出。2.5.4 電泵外殼高強(qiáng)度公錐電潛泵故障井的處理原則是“以撈為主，銑磨為輔，撈磨結(jié)合，解體處理”。因此打撈類工具是施工中應(yīng)用最廣泛，使用次數(shù)最多，應(yīng)用品種、規(guī)格最全的專用工具。公錐是一種專門從油管、鉆桿、套銑管、封隔器、配水器、配產(chǎn)器等有孔落物的內(nèi)孔進(jìn)行造扣打撈的工具。這種工具對(duì)于帶接箍的管類落

43、物，打撈成功率較高。公錐與正、反扣鉆桿及其他工具配合使用，可實(shí)現(xiàn)不同的打撈工藝。2.5.5 電泵分離器高強(qiáng)度公錐該套工具是專門用于打撈電潛泵分離器的有效工具。它的工作原理是將公錐放入電潛泵分離器之后，加適當(dāng)?shù)你@壓，并轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，迫使打撈絲扣擠壓吃入分離器內(nèi)壁進(jìn)行造扣。當(dāng)所造之扣能承受一定的拉力和扭矩時(shí)，可采取上提或倒扣的辦法將分離器撈出。2.5.6 電泵離子雙滑塊打撈矛滑塊撈矛是一種在落魚魚腔內(nèi)進(jìn)行打撈的不可退式工具。主要用于打撈油管、鉆桿、套銑管、封隔器、配水器、配產(chǎn)器等有通孔的下井工具?？蓪?duì)落魚直接進(jìn)行打撈，又可進(jìn)行倒扣，還可配合震擊器進(jìn)行震擊解卡。我們針對(duì)打撈電潛泵的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種雙

44、滑塊打撈矛。它的工作原理是當(dāng)撈矛滑塊卡瓦牙進(jìn)入魚腔一定深度后，卡瓦牙塊在自重作用下，沿牙塊滑道下滑與魚腔內(nèi)壁接觸，上提鉆柱，卡瓦牙與魚腔內(nèi)壁的接觸摩擦力增大，斜面向上運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的徑向分力迫使卡瓦牙咬入魚腔內(nèi)壁，隨上提負(fù)荷的增大而咬入深度越深咬緊力也越大。2.6 小井筒內(nèi)打撈磨銑工具的研制2.6.1 研究目的及意義對(duì)于大多數(shù)套管損壞井，常規(guī)套管修復(fù)技術(shù)已形成一套完較整的、切實(shí)可行的“套損”修復(fù)工藝技術(shù)，使部分因“套損”而停產(chǎn)的井能恢復(fù)其原有產(chǎn)能。但是，對(duì)于套損嚴(yán)重的熱采井，由于井下情況特別復(fù)雜，進(jìn)行井下作業(yè)打撈、磨銑、整形、倒扣、套銑等均無(wú)效，而且又多發(fā)生在油層頂界 300800m，只能靠開窗側(cè)

45、鉆技術(shù)以恢復(fù)其產(chǎn)能。開展套管開窗側(cè)鉆工藝技術(shù)以來(lái)，遼河油田的側(cè)鉆井已經(jīng)超過(guò) 1600 余口，而且逐年增多，這些經(jīng)側(cè)鉆后恢復(fù)生產(chǎn)的油井，由于側(cè)鉆后井斜較大、固井質(zhì)量差及井筒內(nèi)徑小的因素，同樣有套管損壞和井下落物的存在。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)分析目前側(cè)鉆后的油井已有90120 口井進(jìn)行過(guò)不同程度的的修復(fù)，修復(fù)的主要原因主要有套管變形或損壞和井下落物（桿類、管類、繩類及封隔器）兩種。對(duì)于越來(lái)越多的側(cè)鉆井修復(fù)問(wèn)題已經(jīng)是一個(gè)亟待解決難題，基于側(cè)鉆后的油井套管內(nèi)徑較小，無(wú)論是進(jìn)行套管整形還是井下落物打撈、磨銑，常規(guī)的修井工具都無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要，需要配備特殊的打撈、磨銑、整形工具，都要采用專用的鉆具組合，工具的材質(zhì)

46、要進(jìn)行特殊選擇，工具結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)。小井筒內(nèi)打撈磨銑工具的研制進(jìn)一步完善了側(cè)鉆井技術(shù)。2.6.2 小井筒內(nèi)管、桿、泵類打撈工具小井筒內(nèi)管、桿、泵類打撈工具解決了側(cè)鉆井小井筒內(nèi)內(nèi)管、桿、泵封隔器等落物的內(nèi)、外打撈，提高各種落物撈獲效率，縮短了修井周期。1.工具類型105mm 卡瓦打撈筒：管桿落物進(jìn)行外撈；105mm 可退式撈矛：管泵封隔器類落物進(jìn)行內(nèi)撈；105mm 母錐：管、桿、泵落物在內(nèi)眼被堵死的情況下進(jìn)行磨銑。2.鉆具組合打撈工具安全接頭斜井扶正器27/8鉆桿方鉆桿。2.6.3 小井筒磨銑工具小井筒磨銑工具解決了側(cè)鉆井小井筒內(nèi)內(nèi)，內(nèi)外撈均無(wú)效的難以打撈的特殊落物的磨銑，防套損防卡問(wèn)題，提高

47、難以撈獲的落物的處理效率，提高側(cè)鉆修變成功率。1.工具類型105mm 平底磨鞋：內(nèi)撈外撈均無(wú)效的情況下進(jìn)行磨銑；105mm 高效復(fù)式銑錐：嚴(yán)重套變或套管錯(cuò)斷情況下的磨銑；105mm 高效領(lǐng)眼磨鞋：內(nèi)撈外撈均無(wú)效的情況下的防套損磨銑；105mm 高效裙邊磨鞋： 內(nèi)撈外撈均無(wú)效的情況下的防套損磨銑。2.鉆具組合磨銑工具斜井扶正器斜井打撈杯27/8鉆桿方鉆桿。2.6.4 小井筒內(nèi)整形工具小井筒內(nèi)整形工具解決了側(cè)鉆井小井筒內(nèi)套管變形的修復(fù)問(wèn)題，能使變徑的套管恢復(fù)接近套管內(nèi)徑，滿足下部生產(chǎn)措施。1.工具類型98mm 梨型脹管器：修復(fù)套管變形；100mm 梨型脹管器：修復(fù)套管變形；102mm 梨型脹管器：

48、修復(fù)套管變形；105mm 梨型脹管器：修復(fù)套管變形。2.鉆具組合整形工具斜井扶正器斜井打撈杯27/8鉆桿方鉆桿。2.6.5 小井筒內(nèi)打撈磨銑工具的輔助工具針對(duì) 5套管內(nèi)徑較小，井斜較大打撈磨銑困難的現(xiàn)狀，為避免打撈磨銑過(guò)程中套管損壞，提高撈獲效率，研制了小井筒內(nèi)防套損、防卡輔助工具。1.解決的問(wèn)題解決了側(cè)鉆井小井筒內(nèi)井斜大，井眼小，在打撈、磨銑作業(yè)過(guò)程中的預(yù)防套損，保護(hù)套管的問(wèn)題。2.工具類型斜井扶正器：使鉆具保持井筒居中，并防止套損；斜井打撈環(huán)：使井筒磨銑的鐵屑落到打撈杯內(nèi)，防止鐵屑卡鉆，并能增加修井液上返速度。3.鉆具組合打撈工具（磨銑工具）輔助工具（扶正器、打撈杯）27/8鉆桿方鉆桿。結(jié) 論由于油井套管保護(hù)工作是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及多專業(yè)、多學(xué)科；因此，需從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，組織協(xié)調(diào)鉆井、完井、測(cè)井、熱注、采油等方面的工作，并制訂科學(xué)系統(tǒng)的工作標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)套損機(jī)理研究和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)研究工作，進(jìn)一步組織聯(lián)合攻關(guān)，我們認(rèn)為熱采井套管損壞機(jī)理與防治還有以下方面尚需進(jìn)一步深入研究。（1）注蒸汽熱采井注汽參數(shù)優(yōu)化研究分析。把井筒熱損失與地層溫度場(chǎng)構(gòu)成系統(tǒng)，充分研究套管與地層的溫度場(chǎng)、熱膨脹、熱應(yīng)力