油井套管液压形和扩径工具设计说明书.docVIP

第一章 前言 石油套管是油田开采中的必要生产设备，主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的顺利进行和完井后整个油井的正常运行，它是维持油水井正常运行的生命线，其使用情况的好坏将直接影响油田开采的进度和成本。因此采取有效措施及时对损坏套管进行挽救和修复有很大的经济效益。 目前国内外许多注水油田经过一段时期开发后，都遇到套管损坏情况。主要有石油套管变形、错断及损坏，轻者需要修复，影响油井产量，重者则使整口井报废，导致注采井网的不完善，造成了大量的人力、物力浪费。国内这种情况尤其突出，很多油田出现大批油水井套管损坏的现象，油田套管损坏一直我国浅层油田的开发的突出问题。 本文详细介绍了国内市场上存在的各种常用套管修复工具，以及各工具所存在的优势和不足，并通过综合分析，本着通用、易操作、降低工作难度等出发点，设计一种新型结构的液压整形设备，为石油工业的添砖加瓦！ 设计过程及成就简介： （1）首先为了准确、并简化计算的工作量，通过近三个周的自学ANSYS软件，最终把一些复杂的计算利用软件来分析，得到了更准确的计算结果，简化了过程。 （2）其次为了更直观的对液压整形工具进行机构设计并优化，又利用大约两个周的时间，强化Pro/e软件的学习，最终把整个工作头的立体模型建立出来，并实现装配。 （3）最后通过三维立体模型的建立，再转化成CAD二维图形，并进行细节修复和优化，最终完成工作头部分几乎全部的零件图、四张A0装配图。 第二章 套管修复技术的应用 2.1 石油套管坏损的原因 2.1.1 地质因素 地质因素是造成套损的主要原因，它包括构造应力、泥岩膨胀出砂、油层压实等。围岩钻穿后，井眼周围的岩石中出现了亏空面，原来的平衡状态遭到了破坏。当应力集中处应力达到围岩的屈服极限，就有塑性变形发生，这种变形受到套管和套管外水泥壳的限制，同时套管也受到围岩的 反作用而产生变形损坏 2.1.2油层出砂 油井生产过程中出砂，会在下衬管层段形成空洞和坑道，在油层压实和地层压力下降的情况下，围岩应力发生变化，由于形成空洞，就产生了一种试图恢复空洞上部(衬管带以下)己破坏的应力平衡，在空洞区和空洞上部地区之间的界面上产生切线应力区。如这些切线应力高于岩石破裂强度，空洞上的岩石就会坍塌，形成对套管的作用载荷，导致套管损坏。 2.1.3射孔因素 射孔时产生的高压可导致套管变形甚至破裂。多数油田油水井射孔孔密均在16～32/M。射孔时一方面孔眼附近震裂，破坏了水泥墙，形成裂缝，失去保护套管的作用；另一方面造成套管本身强度降低，形成套损。 2.14泥岩膨胀和蠕变 岩石具有蠕变和应力松弛的特性，岩石种类不同，其蠕变程度不同，即使在自然地质条件下，岩石也会发生蠕变，泥岩是一种特别不稳定的岩类，在高温高压下能促使其蠕变，在有水的情况下能引起膨胀，由于套管阻挡了它的蠕变和膨胀，这样就增加了套管外部负荷，这种负荷会随着时间而增长，当套管的抗压强度低于外部负荷时，套管就被挤压乃至错断。 2.15井底出砂和油层压实可导致套管损坏 油井生产过程中出砂，会在下衬管层段形成空洞和坑道，在油层压实和地层压力下降情况下，使周围岩石应力发生变化，由于形成了空洞，就产生了一种力图恢复空洞上部（衬管带以上）已破坏的应力状态平衡，在空洞区和空洞上面地区之间的界面上产生切线应力区，如果这些切线应力高于岩石破坏强度，那么空洞上的已卸压岩石就能坍塌，形成对套管的作用载荷，导致套管损坏。 2.1.6盐层蠕变 钻井时，由于钻井液对盐层的溶解和冲刷作用，可造成复合盐层井壁坍塌而形成不规则井眼，使得固井的水泥未能充满管外空间，最终使得盐层与套管产生点接触，形成点载荷或非均匀载荷。盐流动也能使套管产生弯曲。由于环空水泥充满程度差，盐流向无水泥空间的速度快，或发生单向流动，尤其当盐层的厚度不规则，而且具有更大的倾角时，危险性更大，会使套管弯曲，产生横向推力和轴向拉伸载荷。这时套管的横向外载不仅是非均匀的，而且还是非对称的。 盐层在高温、高压下的蠕变和塑性变形特别明显，在有水时盐岩和含盐泥岩软化，体积增加，在岩石压力作用下向井筒移动，致使套管损坏。 2.1.7其他原因 套损原因还包括套管本身质量问题、固井水泥质量、施工质量、地层温度影响、注采强度等多方面因素的影响。 2.2 套管修复的主要途径 2.2.1爆炸整形 爆炸整形工艺技术是将具有一定综合性能的炸药用管柱或电缆送到需整形复位井段后，投撞击棒或者接通电源，引爆雷管、炸药。炸药爆炸后产生的高温高压气体冲击波在套管内的介质中传播，当高温高压气体冲击波达到套管损坏部位内表面时，产生径向力波，克服套管本身的胀大阻力和管外岩石的挤压力，迫使套管迅速胀大并改变管外的压力分布，达到整形扩径的目的。扩径量的大小受到套管性能和规范及药量和药性的控制。如图[1]。