分瓣擴張液壓套管整形工具的研制與應用

摘 要：現在的套管整形技術主要有三種：第一種為常規的沖擊、頓脹整形，可進行輕微套變井的整形，缺點是井徑擴張范圍小，整形效果差；第二種是滾珠變徑滾壓套管整形，缺點是對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象，有時液壓整形后易出現卡鉆事故，另外對地面的泵壓要求也較高（20MPa以上）。綜合分析，現有的液壓整形工具雖然取得一定效果，但也存在一定弊端。“分瓣擴張液壓套管整形裝置”具有可地面泵壓需求小，可防卡的優點，滿足了現場使用。

關鍵詞：套管整形；液壓擴張；分瓣；防卡

前言

據調查分析，現在的套管整形技術主要有三種。第一種為常規的沖擊、頓脹整形，可進行輕微套變井的整形，缺點是井徑擴張范圍小，整形效果差。第二種是滾珠變徑滾壓套管整形，缺點是對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象，有時液壓整形后易出現卡鉆事故，另外對地面的泵壓要求也較高（30MPa以上）。綜合分析，現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，解決其存在的對地面泵壓需求高、卡鉆等缺點。

為了解決上述問題，我們提出了“分瓣擴張液壓套管整形工具的研制與應用”項目，該裝置主要由主要由提拉開關、液壓錨錠器、行程泄壓開關、液壓動力裝置、加長連桿、防卡式整形器（分瓣脹頭）組成。下該裝置至套變預定位置，地面打壓，壓力達到0.5MPa時，裝置錨定在套管上。繼續加壓至液壓缸產生動力推動分瓣整形器內錐體，內錐體向下推進擠脹開分瓣脹頭，分瓣脹頭對套變位置產生擴張作用，擴張套變套管，直至恢復正常。當內錐體達到額定行程后，油管泄壓，錨定裝置解封，上提該裝置即可。如果上提時遇卡，此時分瓣脹頭內錐體可先行上提，分瓣脹頭收縮，繼續上提即可退出遇卡位置。本裝置的防卡設計和液壓動力的強化設計，較好的解決了液壓整形工具對地面泵壓需求高、整形后套管回彈卡鉆等缺點。

1 分瓣擴張液壓套管整形工具的研制

對現在的液壓套管整形工具分析后，確定了其對地面泵壓需求高、整形后套管回彈卡鉆等缺點。針對上述的缺點，提出了分瓣擴張液壓套管整形工具的技術思路：一是設計防卡脹頭，解決其由于套管回彈引起的卡鉆問題；二是強化液壓動力，解決其對地面泵壓需求高的問題。

1.1 分瓣脹頭的設計

該脹頭主要由內錐體、彈簧、外脹頭組成，內錐體通過上部絲扣與整形機構連接；彈簧在工具下井時拖住外脹頭體和填充內錐體與外脹頭之間的空間，防止脹頭受外力變型；外脹頭3設計為6瓣結構，直徑可根據需求選定，前角采用15°夾角，可減小脹頭對整形點的磨擦力，減少力的損失，使推進力有效的轉換成擴張力；內錐體與外脹頭配合有10mm推進行程，當外脹頭與變形點接觸遇阻時，內錐體迫使外脹頭擴張，可向外擴張8mm；外脹頭通過整形點，如果出現整形點回彈卡住外脹頭，上提工具，內錐體1與外脹頭脫離，外脹頭分瓣式結構受外力擠壓向內縮徑10mm，可順利提出不會發生卡井現象。

其優點如下：一是對脹頭采取了分瓣設計，平均分為6瓣，脹頭的初始外徑設計為Φ102～Φ157mm不等，根據變形點的不同選擇不同脹頭進行修整；二是設計加長脹頭最大外徑處長度達800mm，適應多點套變。這種設計可以讓脹頭具有一定的擴張-收縮能力（若150mm分瓣脹體，擴張-收縮范圍為154-142mm），整形時內錐體與外脹頭緊密接觸，迫使外脹頭擴張4mm，對套變部位進行擴張整形；整形后脹頭通過整形點，如果出現破損點回彈嚴重卡住脹頭，此時上提工具，脹頭內錐體與外脹頭脫離，外脹頭分瓣式結構受外力擠壓會向內縮徑，可順利提出不會發生卡井現象。

1.2 液壓動力組合設計

為了解決現有的液壓整形對地面泵壓要求高的問題（30-40MPa），我們從提高液壓缸單體強度和增加液壓缸基數兩方面進行了改進；另外，為了不增加工具的整體長度，對液壓缸的長度做了縮短處理，便于工具整體進出井筒。

一是增加了液壓缸的單體強度；二是增加了液壓缸的級數，如5?″規格的液壓缸級數最大將達到11級，7″規格的液壓動力缸級數最大將達到9級。改進后的整形工具（7″規格的）在地面泵壓達到15MPa時，脹頭將得到800kN的軸向推力，可以滿足井下整形的需要。

2 現場使用情況及經濟效益分析

2017年10-12月，分瓣擴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，未發生卡鉆事故，達到了設計要求。

經濟效益分析：應用該裝置可減少作業成本，普通大修套管整形技術服務20萬/井次，現在整形工具20萬/套，可整形2次以上，減少成本50%以上，若年整形20井次，可節省作業成本約250萬元。且該技術采用井下動力，并且對脹頭采用了防卡設計，降低了作業風險。綜合分析，該裝置具有較好的推廣前景和經濟價值。

3 結論

（1）通過現場使用證明，該工具使用效果較好，能夠滿足套管整形的使用要求。

（2）運用該工具進行套管整形可降低整形作業成本。

（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手段，推動了修井技術的發展。

參考文獻：

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

[2] 勝照平. 套管修復技術在中原油田的應用. 鉆采工藝，2012，35（1）：108 - 110.

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