套损井膨胀管补贴修复技术研究及应用

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1、套损井膨胀管补贴修复技术研究及应用【摘要】随着吐哈油田开发的不断深入进行，油水井套管损坏的速度呈现明显加快的趋势。套损井的出现严重影响了油田正常开发。2012年通过立项研究新型负角偏梯形螺纹；膨胀管材料特性；橡胶密封件优化设计；胀锥优化设计等重点攻关方向，有效的解决了补贴管密封失效的问题。2012年吐吐哈油田共实施膨胀管补贴修复6井次，工艺合格率100%o【关键词】膨胀管补贴修复负角偏梯形螺纹橡胶密封件1国内外套损井膨胀管补贴修复技术研究现状1.1国外膨胀管补贴技术研究现状这个技术创意提岀较早，1991年由壳牌公司提出膨胀管构想，但直到1999

2、年売牌与美哈里伯顿能源公司合伙成立Enventure公司，才开始正式工程实施并试用。膨胀管类别主耍有两类，第一种是实体膨胀管SETCSolidExpandableTubulars)；第二种是分层或网状膨胀管，包扌舌膨胀防砂管ESS(ExpandableSandScreens)和膨胀割缝管EST(ExpandableSlottedTubulars),管型属于不连续金属夹层网。1.2国内膨胀管补贴技术研究现状在我国，膨胀管技术是近年发展起来的一项重要技术,在套损井修复过程中，具有工艺简单可靠、通径大、成本低、成功率高、有效期长等突出优势，具有广阔的

3、应用前景。大庆、中原、大港等油田近几年依托老油田二次开发工程这一技术获得重要突破，在国内各油出成功应用950口井，最长补贴加固段长度达到150.7米，最大工作温度达到350°C,最深作业深度3300米。2膨胀管补贴修复技术研究及应用成果2.1膨胀管补贴修复技术前期施工存在不足分析根据现场吸水剖面数据及现场施工情况，前期作业补贴管密封经常失效，初步分析原因如下：（1）高压注水（35MPa）导致膨胀管被压溃，造成漏压；（2）井下液体矿化度高，套管腐蚀缺失严重，密封件失效；（3）坐封位置不准确，漏失段没有被全部覆盖。2.2针对性技术研究与改进措施确定

4、2.2.1新型负角偏梯形螺纹研究从密封完整性来讲，对普通螺纹联接的密封机理进行分析后可以得出结论，膨胀会削弱密封效果。为了联接的密封完整性，在设计公接头和母接头的螺纹时，要使其能够尽量紧密地配合。为了满足更人轴向连接强度和高压气密封性能，开发了新型负角偏梯形螺纹。设计了108x7、114x5、114x7、114x8、152x10共5种规格的连接螺纹。2.2.2膨胀管材料特性研究膨胀管是低屈服、超硬化、高强蜩、耐蚀不锈类管材料。膨胀管在深井中施工，耍承受口人外力，因此耍求材料具有高强度，国外膨胀管钢LSX80在深井应用强度远远不足。为了适应同一口

5、径膨胀管膨胀过程的大变形，材料应当同时具备良好的塑性，用强度。和延伸率§坐标图说明对井下膨胀管的要求（见图1）,兼顾二者，取其乘积，称作材料强塑性K,用以表达膨胀材料的综合力学性能。其值为K二。？6图中用变异的双曲线表达相同K值分布，为了与Enventure材料膨胀特性作对比，“c”点表示冇代表性该公司的LSX80,K值为18000MPa%,本项目ZP03最佳值A点60000MPa%,约大二倍，延伸率高于60%,强度1000MPao设计ZP03膨胀管材料（高强塑铁基膨胀合金）时，为同时提高膨胀合金的强度和塑性，采用相变诱发塑性技术（Transf

6、omationInducedPlasticity-TRIP）。相变诱发塑性是材料在外加应力的作用下，发生奥氏体Y转变£马氏体相变。相变本身过程伴随了部分塑变，同时相变过程中产生的双相组织能够提高材料的应变硬化速率和防止早期颈缩现象，因而能明显地提高材料的塑性。2.3橡胶密封件优化设计及耐压研究吐哈油田井较深，注水压力高，对橡胶密封件的耐压能力要求高。不同的橡胶材质、过盈量，会同时影响耐压能力和膨胀压力。改进后的方案：橡胶过盈量增加0.2-0.3mm,密封件个数每端增至5个。吐哈油囚井下液体矿化度高，套管腐蚀发生缺失，常规橡胶密封能力不足，提出普

7、通橡胶+遇水膨胀橡胶组合密封方案，利用遇水膨胀橡胶的径向延展性填补腐蚀坑洞，以提高膨胀管的密封性。2.4胀锥优化设计研究膨胀芯头的结构设计，主要考虑以下儿方面：（1）使膨胀管在接触变形区的金属流动尽量流畅；（2）有利于在膨胀接触区建立好的润滑条件；（3）有利于膨胀管轴线与膨胀芯头轴线重合，使膨胀力方向与膨胀管轴线方向一致；（4）使膨胀力尽可能小。膨胀芯头接触锥角是膨胀芯头结构的重要几何参数之•。其选值的合理性直接关系到膨胀区的接触面人小，膨胀管与膨胀芯头间的润滑和接触压力大小，以及膨胀管膨胀后的管内残余应力和内壁的表面质量，经精密计算选用10°

8、胀锥。3膨胀管补贴修复技术现场应用效果分析2012年吐哈膨胀管现场应用6井次，其中水井4井次、油井2井次，累计膨胀管补贴217.08米，补贴后通径均达