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      滾珠套管整形器的研制及應用

      2021-10-10

      滾珠套管整形器的研制及應用

      寧治軍 川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司修井大隊

      摘要:目前修井現場所采用的套管修復工藝都存在各自不同的弊端,套管修復難度較大,存在卡鉆和整形失效等情況,甚至會給套管帶來一定的損傷。通過研制機械式與液壓式變徑滾珠整形器,整形范圍大,整形效率高,液壓套管滾珠整形器是機械滾珠整形器技術的進一步升級。液壓式變徑滾珠整形器將液體壓力轉化成機械力作用在變徑滾珠脹管器上,對變形套管進行徑向擴張和滾壓,使變形套管滾壓回圓形并恢復到較大的通徑,不以犧牲套管厚度為代價,只是把內陷和彎曲的套管脹圓和校直。

      關鍵詞:套管變形;機械滾珠套管整形器;液壓套管滾珠整形器

      一、機械變徑滾珠套管整形器

      (一)設計思路

      機械變徑滾珠套管整形器,是用以修整井下套管變形的新型整形工具。它依靠在面施加的沖擊力(沖擊力由鉆具本身的重量或下擊器來實現),迫使工具帶有鋼球的錐體部楔入變形套管部位進行擠脹,實現恢復其內徑尺寸的作業目的。

      (二)結構特點

      滾珠套管脹管器主要有上接頭、脹管體、中心軸、鋼球、引錐等組成。

      滾珠套管脹管器采用錐體形成多級支撐鋼珠滾壓套管內壁,將以往常規機械整形的面接觸變為球點接觸,可大幅增加脹壓力,減少了對套管的損傷;它有一個兩端帶絲扣的脹管體,在脹管體的上端和下端分別連接有上接頭和錐形引錐,在脹管體的中部套裝有錐形整形段的中心軸,所說的整形段由若干級帶錐度的滾珠支承架(脹管體)構成,每級滾珠支承架端面(脹管體)相鄰處設有球形槽,向外脹出2mm左右,在球形槽內裝有滾珠鋼球,形成了一段尺寸的整形結構。

      (三)工作原理

      滾球套管整形器主要靠鉆柱下放的沖擊力實現對套管變形面的徑向擠脹力,為避免卡鉆,對于整形的級差要分配好,每次整形量要有一定限度,做到逐級整形,合理確定滾球套管整形器尺寸級差,同時還要考慮到整形后的套管變形部位回彈的因素。

      (四)變徑滾珠脹管器規格型號

      圖1 液壓套管滾珠整形結構示意圖

      表1

      GZZQ118×108:外形尺寸φ114*720mm;性能參數,擴孔范圍φ108~118 mm,水眼直徑10mm,最大整形量5-10mm;適應套管139.7mm;接頭扣型NC31。

      GZZQ152×142:外形尺寸φ148*720mm;性能參數,擴孔范圍φ148~138mm,水眼直徑15mm,最大整形量5-10mm;適應套管177.8mm;接頭扣型NC38.

      二、液壓變徑滾壓套管整形器

      (一)設計思路

      液壓套管滾珠整形器采用本體變徑滾壓技術,由數個鋼球按一定的規律排列,對套管內壁進行滾壓,變面接觸變為點接觸,可大幅增加擠脹壓力,且不損傷套管;中心軸內含短行程的設計,確保鋼珠脹管突出后能夠適量縮回,防止作業管柱卡井;泄壓后提放管柱工具可復位,可以實現長距離連續整形。

      (二)結構特點

      液壓脹管器由上接頭、中心管、液缸、外筒、硬質合金鋼球、單流閥、引鞋等構成。上接頭與中心管通過螺紋連接,單流閥用螺紋裝配在中心管下端內孔中,液缸從中心管上端套入后與在下端穿入的外筒通過螺紋連接在一起。引鞋通過螺紋連接在外筒下端,在外筒與中心管之間,每個外筒球座中安裝一個鋼球。本體可以錐形體或不同外徑的變徑體。(見圖1)

      (三)工作原理

      作業施工時,將該工藝管柱下入套變油水井內,工具到達變形段后,打壓10-25MPa,高壓水通過中心管進入液缸,推動液缸運動,帶動外筒向上移動,外筒帶動鋼球在中心管上由錐面到達直線段,向外脹出2.5mm左右,此時工具可看做是鋼性的滾珠整形器,下放工具,修整變形段。修整時鋼球與變形段是點接觸,且鋼球可以滾動,從而減小摩擦阻力,方便整形。上提工具時,在摩擦力作用下,鋼球帶動外筒下移(或不動),中心管上行,鋼球由中心管直線段回至錐面,鋼球適量縮回,方便向上提出??稍賹⒃摴に嚬苤轮料乱粋€套變位置,利用地面泵車與小修作業機配合,下一次管柱可處理多處套管變形。

      (四)液壓變徑滾壓套管整形器規格型號(見表1)

      三、結論

      1.現場將變徑滾珠套管整形器下入變形或錯斷部位,隨著鉆具旋轉,滾珠自轉,在鉆壓的作用下,對變形或錯斷部位的套管產生碾壓、擠漲,與鉆桿、鉆鋌、震擊器配合使用,能夠對彎曲變形井段進行校直處理,同樣在鉆柱沖擊力的作用下,整形的效果也大增。

      2.液壓套管滾珠整形器在可以在套管內表面形成極大的壓強,將有一定通徑的變形套管脹壓到圓形狀態,既適合于常規直井,又能滿足水平井套管整形打通道的需求?,F場操作時可以旋轉10~60°下放管柱整形,或者連續旋轉下放管柱整形,使脹管器逐漸進入變形井段,直至通過。

      3.對套管及管外水泥環傷害小,整形效率高,易損件可以更換,不易出現卡、掉鉆具事故。

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