分瓣扩张液压套管整形工具的研制与应用

摘 要：现在的套管整形技术主要有三种：第一种为常规的冲击、顿胀整形，可进行轻微套变井的整形，缺点是井径扩张范围小，整形效果差；第二种是滚珠变径滚压套管整形，缺点是对需要地面较高的泵压（20-40MPa），另外滚珠容易脱落；第三种就是近年来出现的液压整形工具，整形效果较好，但是整形后的套管存在回弹现象，有时液压整形后易出现卡钻事故，另外对地面的泵压要求也较高（20MPa以上）。综合分析，现有的液压整形工具虽然取得一定效果，但也存在一定弊端。“分瓣扩张液压套管整形装置”具有可地面泵压需求小，可防卡的优点，满足了现场使用。

关键词：套管整形；液压扩张；分瓣；防卡

前言

据调查分析，现在的套管整形技术主要有三种。第一种为常规的冲击、顿胀整形，可进行轻微套变井的整形，缺点是井径扩张范围小，整形效果差。第二种是滚珠变径滚压套管整形，缺点是对需要地面较高的泵压（30-40MPa），另外滚珠容易脱落。第三种就是近年来出现的液压整形工具，整形效果较好，但是整形后的套管存在回弹现象，有时液压整形后易出现卡钻事故，另外对地面的泵压要求也较高（30MPa以上）。综合分析，现有的液压整形工具虽然取得一定效果，但也存在一定弊端。因此，有必要完善目前的液压整形工具，解决其存在的对地面泵压需求高、卡钻等缺点。

为了解决上述问题，我们提出了“分瓣扩张液压套管整形工具的研制与应用”项目，该装置主要由主要由提拉开关、液压锚锭器、行程泄压开关、液压动力装置、加长连杆、防卡式整形器（分瓣胀头）组成。下该装置至套变预定位置，地面打压，压力达到0.5MPa时，装置锚定在套管上。继续加压至液压缸产生动力推动分瓣整形器内锥体，内锥体向下推进挤胀开分瓣胀头，分瓣胀头对套变位置产生扩张作用，扩张套变套管，直至恢复正常。当内锥体达到额定行程后，油管泄压，锚定装置解封，上提该装置即可。如果上提时遇卡，此时分瓣胀头内锥体可先行上提，分瓣胀头收缩，继续上提即可退出遇卡位置。本装置的防卡设计和液压动力的强化设计，较好的解决了液压整形工具对地面泵压需求高、整形后套管回弹卡钻等缺点。

1 分瓣扩张液压套管整形工具的研制

对现在的液压套管整形工具分析后，确定了其对地面泵压需求高、整形后套管回弹卡钻等缺点。针对上述的缺点，提出了分瓣扩张液压套管整形工具的技术思路：一是设计防卡胀头，解决其由于套管回弹引起的卡钻问题；二是强化液压动力，解决其对地面泵压需求高的问题。

1.1 分瓣胀头的设计

该胀头主要由内锥体、弹簧、外胀头组成，内锥体通过上部丝扣与整形机构连接；弹簧在工具下井时拖住外胀头体和填充内锥体与外胀头之间的空间，防止胀头受外力变型；外胀头3设计为6瓣结构，直径可根据需求选定，前角采用15°夹角，可减小胀头对整形点的磨擦力，减少力的损失，使推进力有效的转换成扩张力；内锥体与外胀头配合有10mm推进行程，当外胀头与变形点接触遇阻时，内锥体迫使外胀头扩张，可向外扩张8mm；外胀头通过整形点，如果出现整形点回弹卡住外胀头，上提工具，内锥体1与外胀头脱离，外胀头分瓣式结构受外力挤压向内缩径10mm，可顺利提出不会发生卡井现象。

其优点如下：一是对胀头采取了分瓣设计，平均分为6瓣，胀头的初始外径设计为Φ102～Φ157mm不等，根据变形点的不同选择不同胀头进行修整；二是设计加长胀头最大外径处长度达800mm，适应多点套变。这种设计可以让胀头具有一定的扩张-收缩能力（若150mm分瓣胀体，扩张-收缩范围为154-142mm），整形时内锥体与外胀头紧密接触，迫使外胀头扩张4mm，对套变部位进行扩张整形；整形后胀头通过整形点，如果出现破损点回弹严重卡住胀头，此时上提工具，胀头内锥体与外胀头脱离，外胀头分瓣式结构受外力挤压会向内缩径，可顺利提出不会发生卡井现象。

1.2 液压动力组合设计

为了解决现有的液压整形对地面泵压要求高的问题（30-40MPa），我们从提高液压缸单体强度和增加液压缸基数两方面进行了改进；另外，为了不增加工具的整体长度，对液压缸的长度做了缩短处理，便于工具整体进出井筒。

一是增加了液压缸的单体强度；二是增加了液压缸的级数，如5½″规格的液压缸级数最大将达到11级，7″规格的液压动力缸级数最大将达到9级。改进后的整形工具（7″规格的）在地面泵压达到15MPa时，胀头将得到800kN的轴向推力，可以满足井下整形的需要。

2 现场使用情况及经济效益分析

2017年10-12月，分瓣扩张液压套管整形工具在我厂的锦2-7-308、锦8-24-362、锦45-20-更221井、锦8-33-34井成功的完成了整形施工，整形效果较好，未发生卡钻事故，达到了设计要求。

经济效益分析：应用该装置可减少作业成本，普通大修套管整形技术服务20万/井次，现在整形工具20万/套，可整形2次以上，减少成本50%以上，若年整形20井次，可节省作业成本约250万元。且该技术采用井下动力，并且对胀头采用了防卡设计，降低了作业风险。综合分析，该装置具有较好的推广前景和经济价值。

3 结论

（1）通过现场使用证明，该工具使用效果较好，能够满足套管整形的使用要求。

（2）运用该工具进行套管整形可降低整形作业成本。

（3）鑒于该工具使用效果较好，可大面积推广使用。

（4）该工具的研制成功，丰富了套管整形的技术手段，推动了修井技术的发展。

参考文献：

[1] 万仁溥. 采油技术手册（第五分册）修井工具与技术[M]. 北京：石油工业出版社，1989 年3 月.

[2] 胜照平. 套管修复技术在中原油田的应用. 钻采工艺，2012，35（1）：108 - 110.

作者简介：庞全书（1985-），男，2008年毕业于西南石油大学石油工程专业，现从事采油工艺研究工作。