一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，包括補(bǔ)貼管本體和可控式井下工具釋放裝置；補(bǔ)貼管本體由橡膠內(nèi)膽、記憶合金環(huán)、堵漏橡膠筒組成，堵漏橡膠筒的內(nèi)表面與橡膠內(nèi)膽的外表面通過(guò)耐溫粘合劑粘結(jié)；可控式井下工具釋放裝置至少包括一溫控儀、電纜、熱管、發(fā)熱繞線、不銹鋼保護(hù)管、熱電偶、扶正筒、錐形限位筒；不銹鋼保護(hù)管位于扶正筒的內(nèi)部，熱管位于不銹鋼保護(hù)管的內(nèi)部，發(fā)熱繞線均勻纏繞在熱管的外部，熱電偶固定在扶正筒的內(nèi)壁上；熱電偶和發(fā)熱繞線分別與溫控儀通過(guò)電纜電連接；補(bǔ)貼管本體套設(shè)在扶正筒外，且卡在錐形限位筒的上方。無(wú)需通過(guò)液壓擴(kuò)張或火藥爆炸等手段就可完成套管補(bǔ)貼作業(yè)，操作方便，施工安全。
【專利說(shuō)明】
一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及油井套管修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管。
【背景技術(shù)】
[0002]油水井因各種原因套管破損后，地層水倒灌入油層造成油水井關(guān)井、井網(wǎng)破壞和剩余油無(wú)法采出等問(wèn)題，是影響油井正常生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。
[0003 ]美國(guó)及中東產(chǎn)油國(guó)的許多油田從上世紀(jì)五十年代開(kāi)始出現(xiàn)套管腐蝕損壞問(wèn)題，主要采取的治理措施有脹管補(bǔ)貼、側(cè)鉆、機(jī)械堵水等。從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，我國(guó)吉林、江漢和大慶、長(zhǎng)慶等油田相繼出現(xiàn)套管變形、鹽巖蠕動(dòng)和電化學(xué)腐蝕等造成的套管損壞。
[0004]對(duì)套破井治理的方法有隔水采油、二次固井、套管補(bǔ)貼加固、小套管修井和化學(xué)堵漏等技術(shù)。套管膨脹補(bǔ)貼技術(shù)又可以分為波紋管和實(shí)體膨脹管的兩類補(bǔ)貼技術(shù)。
[0005]波紋管補(bǔ)貼技術(shù)原理是將低碳鋼波紋管下入套管漏失部位，通過(guò)液壓動(dòng)力或燃?xì)鈩?dòng)力工具產(chǎn)生軸向力，使波紋管脹圓，借助粘結(jié)劑擠貼在漏失套管內(nèi)表面，形成密封層，封堵漏失套管。上世紀(jì)九十年代，美國(guó)HOMOK霍姆克)公司等曾在美國(guó)、中國(guó)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。
[0006]實(shí)體膨脹管由1991年殼牌(Shell)公司提出技術(shù)構(gòu)想，1997年殼牌與哈里伯頓能源公司合伙成立億萬(wàn)奇(Enventure)公司，膨脹管工藝于1999年達(dá)到了商業(yè)應(yīng)用水平。億萬(wàn)奇(Enventure)公司已為全球45家公司在超過(guò)215 口井上進(jìn)行了膨脹管應(yīng)用。E2TECH公司主要從事膨脹篩管(EST)的研究與制造，主要解決井壁坍塌、防砂問(wèn)題。Petroline公司推出了可膨脹防砂篩管(ESS)技術(shù)，在裸眼井和替代管外礫石充填防砂的油氣井中應(yīng)用。威德福、哈里伯頓、貝克等公司均有該技術(shù)，形成了各自的產(chǎn)品和技術(shù)系列。
[0007]自本世紀(jì)初，膨脹管技術(shù)進(jìn)入中國(guó)開(kāi)始應(yīng)用，得到迅速發(fā)展，在大慶、華北、河南、中原、青海、大港、江蘇等油田均有應(yīng)用。國(guó)內(nèi)目前有中石油勘探總院采油氣裝備所、上海管力卜石油設(shè)備有限公司、勝利油田勝機(jī)石油裝備有限公司、大港油田鉆采工藝研究院等多家單位開(kāi)展膨脹管技術(shù)的應(yīng)用研究、技術(shù)服務(wù)或產(chǎn)品制造，研究形成了多種材料的膨脹管系列和相關(guān)實(shí)施工藝，產(chǎn)品包括石油鉆井、修井、采油用各種規(guī)格實(shí)體膨脹管、膨脹割縫防砂管、膨脹懸掛器、形狀記憶材料等產(chǎn)品及配套工具。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)利用膨脹管修復(fù)套管的總施工井?dāng)?shù)已超過(guò)了550口。國(guó)內(nèi)外有相關(guān)的大量文獻(xiàn)報(bào)道。
[0008]《國(guó)外油田工程》在2006年12月對(duì)“國(guó)外膨脹管技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”有相關(guān)介紹。CORROS1N 2000會(huì)議在Paper00164“In situ expans1n of casing and tubing: Effecton mechanical properties and resistance to sulfide stress cracking”也對(duì)實(shí)體膨脹管技術(shù)研究與應(yīng)用有相關(guān)論述。
[0009]目前國(guó)內(nèi)外膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)的專利有很多項(xiàng)。例如“一種液壓變徑套管脹壓方法及其設(shè)備”(CN 1807830A)，該技術(shù)是用比套管內(nèi)徑小、具有一定厚度、且塑性好的鋼管下入井下套損段，通過(guò)液壓脹錐冷擠擴(kuò)張的方式使鋼管發(fā)生塑形變形，補(bǔ)貼到損壞套管的內(nèi)壁上，與損壞的套管緊密粘合，恢復(fù)套管完整性，達(dá)到修復(fù)套管的目的。所用補(bǔ)貼材料主要有無(wú)縫鋼管和ERW直縫焊管，均為碳鋼管材。該方法的缺點(diǎn)是:(1)當(dāng)液壓脹錐向前移動(dòng)時(shí)，著力點(diǎn)要固定在套管內(nèi)壁上，其錨爪會(huì)對(duì)套管造成新的損傷。(2)液壓冷擠擴(kuò)張裝置比較復(fù)雜，在施工中容易出現(xiàn)問(wèn)題，使脹錐卡在補(bǔ)貼管內(nèi)，既拔不出來(lái)，又不能繼續(xù)膨脹推進(jìn)，造成井下事故。(3)該方法工序復(fù)雜，費(fèi)用高，補(bǔ)貼段短，施工風(fēng)險(xiǎn)大。
[0010]另一種套管補(bǔ)貼方法為套管爆轟補(bǔ)貼法。例如“油井套管爆轟補(bǔ)貼法”(CN1115827A)，采用外徑小于套管內(nèi)徑的金屬無(wú)縫管置于需要補(bǔ)貼的套管內(nèi)，用炸藥或火藥在爆炸時(shí)所釋放出來(lái)的巨大能量使無(wú)縫管管脹大，發(fā)生塑性變形補(bǔ)貼到套管內(nèi)壁。該方法的缺點(diǎn)是(I)爆炸產(chǎn)生的能量很難控制，過(guò)小達(dá)不到補(bǔ)貼的目的，過(guò)大會(huì)造成套管變形或損壞。(2)油井內(nèi)動(dòng)火，危險(xiǎn)性大，一旦有伴生氣存在，很容易發(fā)生油井著火等重大安全事故。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011 ]本實(shí)用新型的目的是克服目前存在的缺陷，提供一種補(bǔ)貼管具有自膨脹特性，膨脹觸變溫度可控，無(wú)需通過(guò)液壓擴(kuò)張或火藥爆炸等手段就可完成套管補(bǔ)貼作業(yè)，操作方便，施工安全的井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管。
[0012]為此本實(shí)用新型提供一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，包括補(bǔ)貼管本體和可控式井下工具釋放裝置；
[0013]所述的補(bǔ)貼管本體由橡膠內(nèi)膽、記憶合金環(huán)、堵漏橡膠筒組成，所述的堵漏橡膠筒的內(nèi)表面與橡膠內(nèi)膽的外表面通過(guò)耐溫粘合劑粘結(jié)，且堵漏橡膠筒的外表面也涂覆有耐溫粘合劑;所述的記憶合金環(huán)位于堵漏橡膠筒與橡膠內(nèi)膽之間；
[0014]所述的可控式井下工具釋放裝置至少包括一溫控儀、電纜、熱管、發(fā)熱繞線、不銹鋼保護(hù)管、熱電偶、扶正筒、錐形限位筒;所述的錐形限位筒連接在扶正筒的下方，所述的不銹鋼保護(hù)管位于扶正筒的內(nèi)部，所述的熱管位于不銹鋼保護(hù)管的內(nèi)部，所述的發(fā)熱繞線均勻纏繞在熱管的外部，熱管與不銹鋼保護(hù)管之間填充有絕緣介質(zhì)，所述的熱電偶固定在扶正筒的內(nèi)壁上;所述的熱電偶和發(fā)熱繞線分別與溫控儀通過(guò)電纜電連接；
[0015]所述的補(bǔ)貼管本體套設(shè)在扶正筒外，且卡在錐形限位筒的上方。
[0016]所述的堵漏橡膠筒內(nèi)壁上均勻布有梯形凹槽，所述的記憶合金環(huán)嵌入梯形凹槽內(nèi)。
[0017]所述的記憶合金環(huán)是由鈦鎳合金、鐵鎳合金、鉻鎳合金中的一種材料制得。
[0018]所述的扶正筒與錐形限位筒由不銹鋼材料制成，且扶正筒與錐形限位筒通過(guò)焊接固定連接。
[0019]所述的可控式井下工具釋放裝置還包括一用于檢測(cè)井內(nèi)壓力的壓力計(jì)。
[0020]所述補(bǔ)貼管本體的膨脹溫度為80°C。
[0021 ]本實(shí)用新型的有益效果:
[0022]1、井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管具有自膨脹特性，膨脹觸變溫度可根據(jù)井況訓(xùn)練設(shè)定，一般比對(duì)應(yīng)待補(bǔ)貼套管溫度高10-20°C。無(wú)需采用液壓擴(kuò)張或火藥爆炸等手段，即可實(shí)現(xiàn)套管修復(fù)，操作方便，施工安全。
[0023]2、記憶合金環(huán)耐腐蝕能力強(qiáng)，比強(qiáng)度高，套管補(bǔ)貼后，受溫度、腐蝕介質(zhì)等因素影響小，不易脫落，使用壽命長(zhǎng)。記憶合金環(huán)為絲狀材料，加工方便，價(jià)格便宜，性價(jià)比高。
[0024]3、補(bǔ)貼管的膨脹時(shí)間可由地面溫控儀控制，避免了下入過(guò)程中因井溫變化導(dǎo)致補(bǔ)貼管突然膨脹等安全隱患，施工方便，安全性強(qiáng)。
[0025]4、補(bǔ)貼管壁薄，補(bǔ)貼后套管通徑基本不變，不影響后續(xù)生產(chǎn)及作業(yè)。
[0026]5、井下工具釋放裝置設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，能夠很準(zhǔn)確地判斷補(bǔ)貼管的自膨脹狀態(tài)。
[0027]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖。
[0029]圖2為本實(shí)用新型中補(bǔ)貼管本體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本實(shí)用新型中補(bǔ)貼管本體的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖4是本實(shí)用新型中可控式井下工具釋放裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1、橡膠內(nèi)膽；2、記憶合金環(huán)；3、堵漏橡膠筒；4、梯形凹槽；5、溫控儀;6、電纜;7、熱管;8、發(fā)熱繞線;9、絕緣介質(zhì)；10、不銹鋼保護(hù)管；11、熱電偶；12、扶正筒；13、錐形限位筒;14、壓力計(jì);A、套管破損位置。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1:
[0034]如圖1所示的一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，包括如圖2、3補(bǔ)貼管本體和如圖4可控式井下工具釋放裝置；
[0035]如圖2所述的補(bǔ)貼管本體由橡膠內(nèi)膽1、記憶合金環(huán)2、堵漏橡膠筒3組成，所述的堵漏橡膠筒3的內(nèi)表面與橡膠內(nèi)膽I的外表面通過(guò)耐溫粘合劑粘結(jié)，且堵漏橡膠筒3的外表面也涂覆有耐溫粘合劑;所述的記憶合金環(huán)2位于堵漏橡膠筒3與橡膠內(nèi)膽I之間；記憶合金環(huán)2由形狀記憶合金材料加工而成。形狀記憶合金材料經(jīng)過(guò)成分設(shè)計(jì)、制備和反復(fù)訓(xùn)練處理，能夠產(chǎn)生形狀記憶效果，能夠在特定高溫下迅速恢復(fù)到原來(lái)的記憶形狀。該形狀變形具有不可恢復(fù)性；
[0036]如圖4所述的可控式井下工具釋放裝置至少包括一溫控儀5、電纜6、熱管7、發(fā)熱繞線8、不銹鋼保護(hù)管10、熱電偶11、扶正筒12、錐形限位筒13;所述的錐形限位筒13連接在扶正筒12的下方，所述的不銹鋼保護(hù)管10位于扶正筒12的內(nèi)部，所述的熱管7位于不銹鋼保護(hù)管10的內(nèi)部，所述的發(fā)熱繞線8均勻纏繞在熱管7的外部，熱管7與不銹鋼保護(hù)管10之間填充有絕緣介質(zhì)9，所述的熱電偶11固定在扶正筒12的內(nèi)壁上;所述的熱電偶11和發(fā)熱繞線8分別與溫控儀5通過(guò)電纜6電連接；
[0037]所述的補(bǔ)貼管本體套設(shè)在扶正筒12外，且卡在錐形限位筒13的上方。
[0038]在工作中，首先將耐溫粘合劑涂覆在堵漏橡膠筒3外壁上，然后將補(bǔ)貼管穿入電纜6及扶正筒12內(nèi)，后端抵在錐形限位筒13中部。通過(guò)修井車帶動(dòng)電纜6將補(bǔ)貼管和可控式井下工具釋放裝置下至套管破損位置，開(kāi)啟溫控儀控制井下加熱溫度，待記憶合金環(huán)2達(dá)到訓(xùn)練溫度時(shí)，會(huì)迅速自膨脹，引起外部的堵漏橡膠筒3膨脹，補(bǔ)貼到破損套管的內(nèi)壁上，此時(shí)壓力計(jì)數(shù)值會(huì)發(fā)生突變，表明補(bǔ)貼成功，從而達(dá)到密封堵漏、修復(fù)破損套管的目的。耐溫粘合劑涂4覆在堵漏橡膠筒外部，具有密封和粘合作用，增強(qiáng)修復(fù)效果。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖3的所述的堵漏橡膠筒3內(nèi)壁上均勻布有梯形凹槽4，所述的記憶合金環(huán)2嵌入梯形凹槽4內(nèi)；堵漏橡膠筒3內(nèi)壁上均勻布有梯形凹槽4，起到限位作用。記憶合金環(huán)2嵌入梯形凹槽4內(nèi)，橡膠內(nèi)膽I與堵漏橡膠筒3由耐溫粘合劑4粘接牢固；形狀記憶合金材料成分主要有鈦鎳合金、鐵鎳合金、鉻鎳合金等。形狀記憶合金環(huán)2外徑一般為Φ 38mm- Φ 244.5mm。根據(jù)待補(bǔ)貼套管規(guī)格和強(qiáng)度要求，記憶合金環(huán)壁厚在3mm-10mm;所述的扶正筒12與錐形限位筒13由不銹鋼材料制成，且扶正筒12與錐形限位筒13通過(guò)焊接固定連接;所述的可控式井下工具釋放裝置還包括一用于檢測(cè)井內(nèi)壓力的壓力計(jì)14;扶正筒12和錐形限位筒13由不銹鋼焊接而成，可以保證補(bǔ)貼管垂直下入，減少與套管磨損;在補(bǔ)貼管自膨脹后，能夠從中穿過(guò)，將工具起出地面。壓力計(jì)14置于地面上，通過(guò)電纜6可以準(zhǔn)確讀取下端懸重。
[0041]在工作中，首先將耐溫粘合劑涂覆在堵漏橡膠筒3外壁上，然后將補(bǔ)貼管穿入電纜6及扶正筒12內(nèi)，后端抵在錐形限位筒13中部。通過(guò)修井車帶動(dòng)電纜6將補(bǔ)貼管和可控式井下工具釋放裝置下至套管破損位置，開(kāi)啟溫控儀控制井下加熱溫度，觀察壓力計(jì)變化。待記憶合金環(huán)2達(dá)到訓(xùn)練溫度時(shí)，會(huì)迅速自膨脹，引起外部的堵漏橡膠筒3膨脹，補(bǔ)貼到破損套管的內(nèi)壁上，此時(shí)壓力計(jì)數(shù)值會(huì)發(fā)生突變，表明補(bǔ)貼成功，從而達(dá)到密封堵漏、修復(fù)破損套管的目的。耐溫粘合劑涂4覆在堵漏橡膠筒外部，具有密封和粘合作用，增強(qiáng)修復(fù)效果。
[0042]實(shí)施例3:
[0043]某油田王X-Y井，井深2130m，套管規(guī)格139.7mm X 9.17mm，套管破損位置1580?1582m，該處井溫約55°C。井下工具釋放裝置總長(zhǎng)10m，扶正筒規(guī)格95mmX 3mm，錐形限位筒上部外徑95mm，下部外徑110mm。
[0044]首先依據(jù)井溫等服役環(huán)境，加工和訓(xùn)練出符合條件補(bǔ)貼管，補(bǔ)貼管自膨脹前規(guī)格106mmX 3mm，膨脹后自由狀態(tài)下外徑可變?yōu)?25mm，長(zhǎng)度8米。為了防止補(bǔ)貼管下入時(shí)，因井溫異常發(fā)生突然膨脹等事故，訓(xùn)練時(shí)將自膨脹觸變溫度設(shè)定為80°C，遠(yuǎn)高于套管破損位置井筒溫度55 °C。
[0045]首先將耐溫粘合劑涂覆在堵漏橡膠筒3外壁上，然后將補(bǔ)貼管穿入電纜6及扶正筒12內(nèi)，后端抵在錐形限位筒13中部。通過(guò)修井車帶動(dòng)電纜6將補(bǔ)貼管和可控式井下工具釋放裝置下至套管破損位置，開(kāi)啟溫控儀，將井下加熱溫度控制到90°C，觀察壓力計(jì)14變化。待記憶合金環(huán)2達(dá)到訓(xùn)練溫度80°C時(shí)，會(huì)迅速自膨脹，引起外部的堵漏橡膠筒3膨脹，補(bǔ)貼到破損套管的內(nèi)壁上。此時(shí)，耐溫粘合劑會(huì)迅速將損傷套管與堵漏橡膠筒3粘合緊密，保證密封堵漏可靠，增強(qiáng)修復(fù)效果。補(bǔ)貼管自膨脹后，內(nèi)徑變成115.36mm，大于錐形限位筒13下端最大外徑110mm，此時(shí)補(bǔ)貼管的重力將轉(zhuǎn)移至套管上。最后用修井車將電纜I及可控式井下工具釋放裝置勻速提出地面。
[0046]在上述實(shí)施例中耐溫粘合劑是市場(chǎng)上出售耐高溫的粘合劑，是目前最常用的一種粘合劑，在這里不在進(jìn)一步描述。
[0047]本實(shí)施例沒(méi)有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:包括補(bǔ)貼管本體和可控式井下工具釋放裝置； 所述的補(bǔ)貼管本體由橡膠內(nèi)膽(I)、記憶合金環(huán)(2)、堵漏橡膠筒(3)組成，所述的堵漏橡膠筒(3)的內(nèi)表面與橡膠內(nèi)膽(I)的外表面通過(guò)耐溫粘合劑粘結(jié)，且堵漏橡膠筒(3)的外表面也涂覆有耐溫粘合劑;所述的記憶合金環(huán)(2)位于堵漏橡膠筒(3)與橡膠內(nèi)膽(I)之間； 所述的可控式井下工具釋放裝置至少包括一溫控儀(5)、電纜(6)、熱管(7)、發(fā)熱繞線(8)、不銹鋼保護(hù)管(10)、熱電偶(11)、扶正筒(12)、錐形限位筒(13);所述的錐形限位筒(13)連接在扶正筒(12)的下方，所述的不銹鋼保護(hù)管(10)位于扶正筒(12)的內(nèi)部，所述的熱管(7)位于不銹鋼保護(hù)管(10)的內(nèi)部，所述的發(fā)熱繞線(8)均勻纏繞在熱管(7)的外部，熱管(7)與不銹鋼保護(hù)管(10)之間填充有絕緣介質(zhì)(9)，所述的熱電偶(11)固定在扶正筒(12)的內(nèi)壁上;所述的熱電偶(11)和發(fā)熱繞線(8)分別與溫控儀(5)通過(guò)電纜(6)電連接； 所述的補(bǔ)貼管本體套設(shè)在扶正筒(12)外，且卡在錐形限位筒(13)的上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:所述的堵漏橡膠筒(3)內(nèi)壁上均勻布有梯形凹槽(4)，所述的記憶合金環(huán)(2)嵌入梯形凹槽(4)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:所述的記憶合金環(huán)(2)是由鈦鎳合金、鐵鎳合金、鉻鎳合金中的一種材料制得。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:所述的扶正筒(12)與錐形限位筒(13)由不銹鋼材料制成，且扶正筒(12)與錐形限位筒(13)通過(guò)焊接固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:所述的可控式井下工具釋放裝置還包括一用于檢測(cè)井內(nèi)壓力的壓力計(jì)(14)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下可控式自膨脹套管補(bǔ)貼管，其特征在于:所述補(bǔ)貼管本體的膨脹溫度為80°C。
【文檔編號(hào)】E21B29/10GK205445522SQ201521117901
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日
【發(fā)明人】奚運(yùn)濤, 李瓊瑋, 周志平, 王煥成, 孫雨來(lái), 張?chǎng)沃? 楊會(huì)麗, 苑慧瑩, 李美玉, 侯金曄
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司