CN108204216A - 一种套管修复装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套管修复装置的使用方法。其技术方案是：在油井套管的底部安装封隔器，上方设有隔离防护砂；中心管的下端通过油管锚与油井套管的内壁固定，油管锚的上方设有金属封隔器，所述中心管的顶部与井口装置连接固定，在扶正短节的下方通过压力平衡单向阀连接耐火保护套，所述耐火保护套的环形腔体内设有铝热反应原料，且耐火保护套套在中心管的外壁，中心管的内腔安装反应诱发管柱，有益效果是：通过电加热管对耐火保护套内腔的铝热反应原料进行加热，从而使铝热反应原料发生可控的铝热反应，将套管的破损处封堵修复，避免了现有修复技术的套管内径不同的问题，也避免了现有通过水泥会再漏的问题。

Description

一种套管修复装置的使用方法

技术领域

本发明涉及一种石油管具修复装置及方法，特别涉及一种套管修复装置的使用方法。

背景技术

在油气田的开采过程中，由于地质条件比较复杂，比如斜井、水平井等，经常会出现油井套管破损的情况。油井套管损坏对油田开发会造成如下危害：1、生产管柱不能正常下入井内；2、套管坏部位处于水层或砂层位置时，油井会大量出水或出砂；3、油井增产措施无法进行；4、易造成套管外井喷；5、引起油井报废。

对套管破裂，有缝或洞的修理，有以下几种方法：1、挤水泥浆：当油层压力不大，破裂和漏失不严重时，可用挤水泥浆的办法进行修理。其工艺办法为：先用比套管内径小8～10毫米通井规通径，然后在破口适当位置下一个悬空封堵器（工具名称叫桥塞），把破口以下井筒临时封掉，再在桥塞以上注入一定量的水泥浆，使其凝固成水泥塞，水泥塞凝固后，钻开套管中的水泥塞，并试压检查水泥封固的破口质量，待确认封固质量合格后，再钻开悬空封堵器（桥塞），并冲砂到井底。用这种方法修复的套管一般可承受40～80兆帕的压力，以后该井有高压施工应下封隔器保护，避免该段承受高压。2、补贴法：就是坏套管的内壁上贴一层薄壁管子，以达到修复的目的。其工艺原理为：在一种特制的耐高压橡胶筒上套着波纹管（薄壁管）下到井内套管损坏位置后，憋压使橡胶筒膨胀同时胀开波纹管，使波纹管紧贴套管损坏处内壁，并由粘结剂把套管与波纹管粘合成一体，待粘结剂固化后，活动钻具，把耐高压橡胶筒取出。这一补贴工艺方法简单，操作安全。3、换套管：当破裂位置在油井上部，且可以倒扣取出破口以上套管时，可用倒扣法把事故段以上套管全部提上来，重新下入新套管，对好扣上紧。此方法的好处是保证了套管内径的一致性，以后作业时的井下工具可顺利通过；不足之处是井下对扣的套管丝扣拧紧度不如在井口上得紧，而且更换套管的成本比较高，也较难操作。

其中，补贴修复法存在的问题是：当需要防砂时，需要下入防砂管柱；当需要对地层改造进行酸化时，需要下入酸化管柱；当需要对地层进行压裂时，再下入压裂管柱；由于钢管的内径小于套管的内径，这样，下入的工具的直径和规格都需要变小，造成注入的液体量变小，影响防砂、酸化和压裂的效果，另外，钢管形成套管内壁的一个凸台形状，这样，下入管柱容易出现卡住的情况。

挤水泥浆法存在的问题是：当现场需要酸化作业时，因为水泥是碱性的，酸液与水泥会发生反应，这样会导致修复的漏洞再次漏出。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种套管修复装置的使用方法，采用了铝热反应的方法，将生成的铁和三氧化二铝覆在油井套管的破损处，再通过磨削从而实现了油井套管的修复，也避免了现有技术中存在的内径变小的问题和再次漏出的问题。

本发明提到的一种套管修复装置的使用方法，包括以下步骤：

首先，通过测井用的探测仪，找到油井套管（1）的破损处（19），将第一封隔器（3）下入油井套管下部进行封隔，并安装第一盲堵（2），使套管下部的原油隔离，再将隔离防护砂（4）下入第一封隔器（3）上部形成防护层；

第二、向油井套管（1）内下入修复管柱：将第二盲堵（5）、油管锚（6）、金属封隔器（7）、铝热反应原料（10）、耐火保护套（13）、压力平衡单向阀（14）、扶正短节（15）和中心管（18）组成的修复管柱下入油井套管（1）内，并将整个修复管柱进行定位，当定位完成后进行座封，通过上提整个修复管柱一段高度再下压，就可以使油管锚（6）完成座封，使整个修复管柱得到支撑；继续下压，使金属封隔器（7）实现座封；

第三、向油井套管（1）内的中心管（18）下入反应诱发管柱（17），且反应诱发管柱（17）底部的电加热管（9）位于耐火保护套（13）的底部，耐火保护套（13）内装有铝热反应原料（10），启动电加热管（9），热量通过中心管（18）的外壁将耐火保护套（13）内的铝热反应原料（10）加热至反应温度；且在反应诱发管柱（17）上安装定位器（11）和温度传感器（12），当铝热反应原料（10）开始反应后，由于铝粉和三氧化二铁之间的化学反应是放热反应，所以，温度传感器（12）获得的温度数据在持续上升，从井口可以判断反应诱发管柱（17）诱发反应成功，停止继续加热，这时温度传感器（12）的数据维持平稳或缓慢上升的过程，说明铝粉和三氧化二铁在持续反应，生成的铁和三氧化二铝则通过耐火保护套（13）外侧的通孔流到耐火保护套（13）与套管之间的缝隙中及套管的破损处（19），直到反应结束，温度传感器反馈的数据下降，完成铝热反应对油井套管的破损处周围的补漏；

第四、取出反应诱发管柱（17），沿着油井套管下入探测仪，查明油井套管的修复情况，然后将中心管旋转，可以将上部分中心管与扶正短节（15）下部的中心管分离开，留在油井套管内腔的是扶正短节（15）、压力平衡单向阀（14）、下部分中心管、耐火保护套（13）及铝热反应后生成的铁和三氧化二铝，再通过磨削，将上述油井套管内留下的部件磨削，然后再将磨削的余留物及隔离防护砂（4）通过洗井作业洗出油井套管外；

第五、在油井套管内下入通径刮管，通过刮削使油井套管的内径上下相同，完全恢复至套管的设计要求，再次下入探测仪，对油井套管再次探测，查明套管的恢复情况；最后将第一封隔器（3）及第一盲堵（2）取出，完成套管修复作业。

优选的，上述的铝热反应的反应过程如下：

所述电加热管（9）套在反应诱发管柱（17）的底部外侧，隔热封闭好，当电源开关在井口启动后，电加热管（9）开始加热，热量首先通过金属制成的中心管（18）的外壁，传导到耐火保护套（13）内的铝热反应原料（10），直至温度提升到铝粉和三氧化二铁开始反应，由于其反应是放热反应，因此，从耐火保护套（13）的下方向上依次反应，生成铁水和三氧化二铝水，铁水的密度大，沿着耐火保护套（13）外壁设有的多个通孔流出，此时锡制保护塞（8）已经在高温下熔化，所以，液体的铁和三氧化二铝可以顺利流出，由于耐火保护套（13）的下方设有金属封隔器（7），这样，液体的铁和三氧化二铝只能沿着耐火保护套（13）与套管之间的缝隙向上流动，整个腔室较小，温度较高，而耐火保护套（13）的铝粉和三氧化二铁继续在反应，所以，液体的铁和三氧化二铝可以持续的向上流动，直至遇到套管的破损处，将破损处填充起来，而破损处外部的温度较低，这样便开始凝固，直至破损处填充完毕，液体的铁和三氧化二铝继续沿着套管和耐火保护套（13）之间的缝隙向上流动，直至最终铝热反应完毕，慢慢冷却形成牢固的修补层。

本发明的有益效果是：通过在油井套管内下入第一盲堵、第一封隔器和隔离防护砂，从而将下部的油液与套管破损处的空腔分隔开；再将修复管柱下入套管的破损处附近，再下入反应诱发管柱，并启动电源开关，通过反应诱发管柱底部的电加热管加热修复管柱内的耐火保护套，直至耐火保护套内的铝热反应原料发生铝热反应，而铝热反应生成的铁水和三氧化二铝可以将套管的破损处进行补漏修复，并通过磨削，最终完成油井套管的修复，避免了现有技术存在的修复后的套管内径不同的问题，也避免了现有通过水泥会再漏的问题；本发明利用铝热反应，再利用磨削和刮削相结合的方法，使套管修复的部分恢复到原套管同径的要求，而且达到原套管的性能。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是铝热反应原料及耐火保护套的结构示意图；

附图3是反应诱发管柱的结构示意图；

上图中：油井套管1、第一盲堵2、第一封隔器3、隔离防护砂4、第二盲堵5、油管锚6、金属封隔器7、锡制保护塞8、电加热管9、铝热反应原料10、定位器11、温度传感器12、耐火保护套13、压力平衡单向阀14、扶正短节15、井口装置16、反应诱发管柱17、中心管18、破损处19，多边形外形9.1、封闭底座13.1、凹槽13.2，套管修复段a-a。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1、2和3，本发明提到的一种套管修复装置，包括第一盲堵2、第一封隔器3、隔离防护砂4、第二盲堵5、油管锚6、金属封隔器7、锡制保护塞8、电加热管9、铝热反应原料10、耐火保护套13、压力平衡单向阀14、扶正短节15、反应诱发管柱17、中心管18，在油井套管1的底部安装第一封隔器3，且第一封隔器3的底部设有第一盲堵2，在第一封隔器3的上方设有隔离防护砂4；在所述隔离防护砂4的上部的油井套管1的内壁安装油管锚6，中心管18的下端通过油管锚6与油井套管1的内壁固定，且所述中心管18的底部安装第二盲堵5，所述油管锚6的上方设有金属封隔器7，所述中心管18的顶部与井口装置16连接固定，中部设有扶正短节15，在扶正短节15的下方通过压力平衡单向阀14连接耐火保护套13，所述耐火保护套13的环形腔体内设有铝热反应原料10，且耐火保护套13套在中心管18的外壁，所述耐火保护套13的外壁下侧设有多个通孔，并安设锡制保护塞8，所述中心管18的内腔安装反应诱发管柱17，在反应诱发管柱17的底部外侧设有电加热管9，通过电加热管9对耐火保护套13内腔的铝热反应原料10进行加热，从而使铝热反应原料10发生化学反应，将套管的破损处19封堵修复。

参照附图3，另外，本发明的反应诱发管柱17的中部设有定位器11和温度传感器12，通过定位器11将油井套管的破损处19定位，该定位器用于定位破损处19的位置；通过温度传感器12对耐火保护套13内的铝热反应原料10的反应结果进行监控，而且，反应诱发管柱17采用隔热材料制成，自身传热系数小，减少铝热反应的热量传导到反应诱发管柱的内腔，因为，内腔设有与电加热管9连接的电导线，还有与温度传感器、定位器连接的数据线，都不能因为铝热反应的热量而烧坏；电加热管9套在反应诱发管柱17的底部外侧，隔热封闭好，当电源开关在井口启动后，电加热管9开始加热，热量首先通过金属制成的中心管18的外壁，传导到耐火保护套13内的铝热反应原料10，直至温度提升到铝粉和三氧化二铁开始反应，由于其反应是放热反应，因此，从耐火保护套13的下方向上依次反应，生成铁水和三氧化二铝水，铁水的密度大，沿着耐火保护套13外壁设有的多个通孔流出，此时锡制保护塞8已经在高温下熔化，所以，液体的铁和三氧化二铝可以顺利流出，由于耐火保护套13的下方设有金属封隔器7，这样，液体的铁和三氧化二铝只能沿着耐火保护套13与套管之间的缝隙向上流动，整个腔室较小，温度较高，而耐火保护套13的铝粉和三氧化二铁继续在反应，所以，液体的铁和三氧化二铝可以持续的向上流动，直至遇到套管的破损处，将破损处填充起来，而破损处外部的温度较低，这样便开始凝固，直至破损处填充完毕，液体的铁和三氧化二铝继续沿着套管和耐火保护套13之间的缝隙向上流动，直至最终铝热反应完毕，慢慢冷却形成牢固的修补层；此时由于反应诱发管柱仍然安装在耐火保护套13的中心，温度传感器依然将温度数据上传至井口外的控制室，从井口可以根据温度开始下降进而判断铝热反应结束，上提反应诱发管柱，再进行下一步的磨削和刮削操作。

其中，本发明的铝热反应原料10采用铝粉和三氧化二铁按照体积比2:1的比例混合均匀，而且根据测井用的探测仪测量的破损处的大小来决定填充铝粉和三氧化二铁的数量，从而能满足套管修复的需要。

参照附图2，本发明的耐火保护套13的底部设有封闭底座13.1，且所述封闭底座13.1的中心设有凹槽13.2，所述凹槽13.2为弧形凹槽，而且与反应诱发管柱17底部的多边形外形9.1的电加热管9配合，可以起到定位和固定的作用，将反应诱发管柱17定位在封闭底座13.1的中心位置，便于加热时周围的温度同步提升，避免受热不均匀导致的反应不同影响套管修复的质量；另外，耐火保护套13的顶部开口且安设有压力平衡单向阀14，所述耐火保护套13的外壁设有多个倾斜的通孔，使通孔的外口与油井套管1的内壁相对应；所述耐火保护套13的内侧与中心管18接触，所述反应诱发管柱17底部设有的电加热管9启动加热后，将热量直接通过中心管18传送到耐火保护套13内的铝热反应原料10，诱发铝热反应。

所述耐火保护套13为环形筒状结构，其内壁设有耐火材料，能够承受2500度的高温，比如采用氧化锆制成的耐火砖，顶部设置压力平衡单向阀14，避免反应过程中顶部的铝粉和氧化铁粉严重塌陷，使耐火保护套13的上下压力平衡，也避免铝粉和氧化铁粉一次性快速反应，控制了反应速度，降低了反应的剧烈程度。

锡制保护塞8在高温下熔化，锡制保护塞8由于是锡制的，高温下熔化，这样，将铝热反应生成的铁和三氧化二铝释放到油井套管1的管壁及破损处19，冷却凝固后即实现套管的修复，再通过磨削和刮削使套管内径相同。

另外，由于本发明的铝热反应是在一个密闭条件下进行，所以在耐火保护套13的顶部设置压力平衡单向阀14，可以控制铝热反应的过程，虽然铝热反应剧烈，但是经过进气控制，而且使本发明的铝热反应维持一个较温和的反应过程，采用的方法是：一是依照体积配比2:1的比例添加铝粉与氧化铁粉，而且铝粉和氧化铁粉较为蓬松，即可使反应温和，保证了安全。

本发明的油管锚6采用LMD油管锚，第一封隔器3采用3Y445封隔器。

本发明提到的一种套管修复装置的使用方法，包括以下步骤：

1、首先，通过测井用的探测仪，找到油井套管1的破损处19，将第一封隔器3下入油井套管下部进行封隔，并安装第一盲堵2，使套管下部的原油隔离，再将隔离防护砂4下入第一封隔器3上部形成防护层；

2、向油井套管1内下入修复管柱：将第二盲堵5、油管锚6、金属封隔器7、铝热反应原料10、耐火保护套13、压力平衡单向阀14、扶正短节15和中心管18组成的修复管柱下入油井套管1内，并将整个修复管柱进行定位，当定位完成后进行座封，通过上提整个修复管柱一段高度再下压，就可以使油管锚6完成座封，使整个修复管柱得到支撑；继续下压，使金属封隔器7实现座封；

3、向油井套管1内的中心管18下入反应诱发管柱17，且反应诱发管柱17底部的电加热管9位于耐火保护套13的底部，耐火保护套13内装有铝热反应原料10，启动电加热管9，热量通过中心管18的外壁将耐火保护套13内的铝热反应原料10加热至反应温度；且在反应诱发管柱17上安装定位器11和温度传感器12，当铝热反应原料10开始反应后，由于铝粉和三氧化二铁之间的化学反应是放热反应，所以，温度传感器12获得的温度数据在持续上升，从井口可以判断反应诱发管柱17诱发反应成功，停止继续加热，这时温度传感器12的数据维持平稳或缓慢上升的过程，说明铝粉和三氧化二铁在持续反应，生成的铁和三氧化二铝则通过耐火保护套13外侧的通孔流到耐火保护套13与套管之间的缝隙中及套管的破损处19，直到反应结束，温度传感器反馈的数据下降，完成铝热反应对油井套管的破损处周围的补漏；

4、取出反应诱发管柱17，沿着油井套管下入探测仪，查明油井套管的修复情况，然后将中心管旋转，可以将上部分中心管与扶正短节15下部的中心管分离开，留在油井套管内腔的是扶正短节15、压力平衡单向阀14、下部分中心管、耐火保护套13及铝热反应后生成的铁和三氧化二铝，再通过磨削，将上述油井套管内留下的部件磨削，然后再将磨削的余留物及隔离防护砂4通过洗井作业洗出油井套管外；

5、在油井套管内下入通径刮管，通过刮削使油井套管的内径上下相同，完全恢复至套管的设计要求，再次下入探测仪，对油井套管再次探测，查明套管的恢复情况；最后将第一封隔器3及第一盲堵2取出，完成套管修复作业。

需要说明的是：上述的铝热反应的过程如下：

电加热管9套在反应诱发管柱17的底部外侧，隔热封闭好，当电源开关在井口启动后，电加热管9开始加热，热量首先通过金属制成的中心管18的外壁，传导到耐火保护套13内的铝热反应原料10，直至温度提升到铝粉和三氧化二铁开始反应，由于其反应是放热反应，因此，从耐火保护套13的下方向上依次反应，生成铁水和三氧化二铝水，铁水的密度大，沿着耐火保护套13外壁设有的多个通孔流出，此时锡制保护塞8已经在高温下熔化，所以，液体的铁和三氧化二铝可以顺利流出，由于耐火保护套13的下方设有金属封隔器7，这样，液体的铁和三氧化二铝只能沿着耐火保护套13与套管之间的缝隙向上流动，整个腔室较小，温度较高，而耐火保护套13的铝粉和三氧化二铁继续在反应，所以，液体的铁和三氧化二铝可以持续的向上流动，直至遇到套管的破损处，将破损处填充起来，而破损处外部的温度较低，这样便开始凝固，直至破损处填充完毕，液体的铁和三氧化二铝继续沿着套管和耐火保护套13之间的缝隙向上流动，直至最终铝热反应完毕，慢慢冷却形成牢固的修补层。

另外，本发明的耐火保护套13为环形筒状结构，其内壁采用氧化锆制成的耐火砖，能够承受2500度的高温，顶部设置压力平衡单向阀14，避免反应过程中顶部的铝粉和氧化铁粉严重塌陷，使耐火保护套13的上下压力平衡，也避免铝粉和氧化铁粉一次性快速反应，控制了反应速度，降低了反应的剧烈程度。

另外，本发明的磨削和刮削为现有技术，不再详述。

实施例2，本发明的耐火保护套13的底部设有封闭底座13.1，且所述封闭底座13.1的中心设有凹槽13.2，所述凹槽13.2为多边形凹槽，而且与反应诱发管柱17底部的多边形外形的电加热管9配合，可以起到定位和固定的作用；另外，耐火保护套13的顶部开口且安设有压力平衡单向阀14，所述耐火保护套13的外壁不同的水平高度上分别设有多个倾斜的通孔，使不同水平高度的通孔的外口与油井套管1的内壁相对应，设有不同水平高度的多组通孔，其存在的优点是：在耐火保护套13内的铝热反应原料10反应过程中，下部的反应生成的液体的铁和三氧化二铝可以沿底层的通孔流出，中部反应生成的液体的铁和三氧化二铝可以沿着中部的通孔流出，上部反应生成的液体的铁和三氧化二铝可以沿着上部的通孔流出，主要是保证耐火保护套13内液体的铁和三氧化二铝能够顺利的全部流出，从而能够填充耐火保护套13与套管之间的缝隙及破损处。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种套管修复装置的使用方法，其特征是包括以下步骤：

首先，通过测井用的探测仪，找到油井套管（1）的破损处（19），将第一封隔器（3）下入油井套管下部进行封隔，并安装第一盲堵（2），使套管下部的原油隔离，再将隔离防护砂（4）下入第一封隔器（3）上部形成防护层；

第二、向油井套管（1）内下入修复管柱：将第二盲堵（5）、油管锚（6）、金属封隔器（7）、铝热反应原料（10）、耐火保护套（13）、压力平衡单向阀（14）、扶正短节（15）和中心管（18）组成的修复管柱下入油井套管（1）内，并将整个修复管柱进行定位，当定位完成后进行座封，通过上提整个修复管柱一段高度再下压，就可以使油管锚（6）完成座封，使整个修复管柱得到支撑；继续下压，使金属封隔器（7）实现座封；

第三、向油井套管（1）内的中心管（18）下入反应诱发管柱（17），且反应诱发管柱（17）底部的电加热管（9）位于耐火保护套（13）的底部，耐火保护套（13）内装有铝热反应原料（10），启动电加热管（9），热量通过中心管（18）的外壁将耐火保护套（13）内的铝热反应原料（10）加热至反应温度；且在反应诱发管柱（17）上安装定位器（11）和温度传感器（12），当铝热反应原料（10）开始反应后，由于铝粉和三氧化二铁之间的化学反应是放热反应，所以，温度传感器（12）获得的温度数据在持续上升，从井口可以判断反应诱发管柱（17）诱发反应成功，停止继续加热，这时温度传感器（12）的数据维持平稳或缓慢上升的过程，说明铝粉和三氧化二铁在持续反应，生成的铁和三氧化二铝则通过耐火保护套（13）外侧的通孔流到耐火保护套（13）与套管之间的缝隙中及套管的破损处（19），直到反应结束，温度传感器反馈的数据下降，完成铝热反应对油井套管的破损处周围的补漏；

第四、取出反应诱发管柱（17），沿着油井套管下入探测仪，查明油井套管的修复情况，然后将中心管旋转，可以将上部分中心管与扶正短节（15）下部的中心管分离开，留在油井套管内腔的是扶正短节（15）、压力平衡单向阀（14）、下部分中心管、耐火保护套（13）及铝热反应后生成的铁和三氧化二铝，再通过磨削，将上述油井套管内留下的部件磨削，然后再将磨削的余留物及隔离防护砂（4）通过洗井作业洗出油井套管外；

第五、在油井套管内下入通径刮管，通过刮削使油井套管的内径上下相同，完全恢复至套管的设计要求，再次下入探测仪，对油井套管再次探测，查明套管的恢复情况；最后将第一封隔器（3）及第一盲堵（2）取出，完成套管修复作业。

2.根据权利要求1所述的套管修复装置的使用方法，其特征是：所述的铝热反应的反应过程如下：

所述电加热管（9）套在反应诱发管柱（17）的底部外侧，隔热封闭好，当电源开关在井口启动后，电加热管（9）开始加热，热量首先通过金属制成的中心管（18）的外壁，传导到耐火保护套（13）内的铝热反应原料（10），直至温度提升到铝粉和三氧化二铁开始反应，由于其反应是放热反应，因此，从耐火保护套（13）的下方向上依次反应，生成铁水和三氧化二铝水，铁水的密度大，沿着耐火保护套（13）外壁设有的多个通孔流出，此时锡制保护塞（8）已经在高温下熔化，所以，液体的铁和三氧化二铝可以顺利流出，由于耐火保护套（13）的下方设有金属封隔器（7），这样，液体的铁和三氧化二铝只能沿着耐火保护套（13）与套管之间的缝隙向上流动，整个腔室较小，温度较高，而耐火保护套（13）的铝粉和三氧化二铁继续在反应，所以，液体的铁和三氧化二铝可以持续的向上流动，直至遇到套管的破损处，将破损处填充起来，而破损处外部的温度较低，这样便开始凝固，直至破损处填充完毕，液体的铁和三氧化二铝继续沿着套管和耐火保护套（13）之间的缝隙向上流动，直至最终铝热反应完毕，慢慢冷却形成牢固的修补层。