CN114592816B - 一种长段套损井的复合材料补贴方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种长段套损井的复合材料补贴方法，其包括采用复合材料带按一定间距对有机材料连续管进行缩径绑扎固定；复合材料带为采用具有形状记忆效应的复合材料制成，且具有形状记忆效应的复合材料在受热时会发生膨胀；有机材料连续管的外径不小于待补贴套管的内径；在采用复合材料带缩径绑扎固定后的有机材料连续管外表面涂覆粘合胶；将有机材料连续管下入到套损段；对复合材料带持续加热使其膨胀，进而解除复合材料带对有机材料连续管的绑扎作用并使有机材料连续管扩径后外径恢复至原始状态，外径恢复至原始状态后的有机材料连续管与待补贴套管的破损段形成贴合层，完成长段套损井的复合材料补贴。

Description

一种长段套损井的复合材料补贴方法

技术领域

本发明涉及一种长段套损井的复合材料补贴方法，属于油气田腐蚀与防护技术领域。

背景技术

油田生产中，油井、气井或注水井的钢质套管往往会因接触含有CO₂、H₂S及/或腐蚀性细菌等的油、气、水介质，或者接触对井采取酸化、解堵等进攻性措施的腐蚀性措施液等，而导致套管内或外壁的局部腐蚀，进而形成穿透整个套管壁厚的体积型破损，破坏井筒套管的完整性。这类破损往往会导致外部地层的地层水向下漏入油气井产层，造成油气无法采出，或导致井内的油气水介质向上窜入外部地层，影响环境和生产安全。

当套管出现长段的破损时，常用的治理修复方式有；1、机械隔采，即采用机械式隔水采油工具，封隔套破段，恢复产层的生产；2、化学堵漏，即利用化学方法和化学堵剂，通过化学作用永久封堵套管破损处；3、实体膨胀管补贴，采用金属管在膨胀工具的挤压作用下变形，补贴于套管破损处；4、下小套管，针对大段套损无法座封的油井，在修井过程中下入比原井筒套管内径小的新套管，实现油井复产；5、利用上部可用套管和井眼，开展开窗侧钻，钻出新的井眼轨迹并下入套管，同时废弃下部已破损段井筒。

在钢质实体膨胀管的补贴方法中，美国的伊万奇等公司所采取的主要方法是将膨胀管下到井下预定补贴位置后，通过一种机械膨胀装置，靠液体压力推进，在膨胀锥体或心轴推进的运动过程中，使膨胀管膨胀，经过塑性变形达到扩大管径的目的，再利用密封胶圈或特殊密封螺纹与套管补贴悬挂一起，直至膨胀补贴完毕。膨胀过程可单独进行液压膨胀或单提拉膨胀，也可将液压与提拉结合进行膨胀。比较典型的国外专利有US5040283A、US20050067170A1、US9194218B2等，同时杨全安等的书籍中对此也有相关介绍(实用油气井防腐蚀技术，第273-275页及第279-284页，北京：石油工业出版社，2012年)。

近年来，国内的上海管力卜、北京华鼎鸿基、中石油管材研究院等单位也都是采用此种方法进行长段套损井的补贴。主要的做法是利用比破损段套管内径尺寸小的无缝或直焊缝钢质套管，通过井下的管内液压膨胀，实现无缝或直焊缝钢质套管扩径，补贴套管破损段。国内各油田均有此类技术的规模应用和报道，如董范等人的书籍中对此便有相关介绍(华北荆丘油田开发实践与认识，第216-217页，北京：石油工业出版社，2000年)，比较典型的国内专利有CN201851070U等。

这种工艺存在的缺点是：1、当套损段较长(一般长度>10m)时，补贴管在液压膨胀前，必须配套特制的丝扣接箍和橡胶密封圈。若干根补贴管通过丝扣接箍连接后，在液压膨胀过程中，长管段逐步膨胀，实现补贴管与井套管内壁的紧密贴合。但丝扣接箍等的连接和密封容易失效，施工难度大幅提高，作业周期延长；2、补贴管主要材质为碳钢，难以避免井下环境的二次腐蚀。但如采用镍基、铬基耐蚀合金或钛合金等材质会导致成本大幅上升，并且其本体硬度和液压膨胀延展率等材料物性完全不同于碳钢，还会导致膨胀工艺进一步复杂化。

近年来，本领域也有利用有机复合材料圆管体进行膨胀粘贴的工艺，如刘景豪等翻译的国外文章所阐述的方法(独特的电缆传送套管漏失修补技术，石油机械，第31卷第3期，第56-57页，2003年)。也有利用形状记忆合金管或筒与橡胶组合后，进行膨胀补贴的工艺，见CN105604516A及CN108661585A。

但针对长段套损井(一般长度>10m)时，复合材料圆管在井口作业下入时，需提前盘卷到滚筒上，还要将其整体纵向贯穿到油管、连续油管等作业管柱或电缆的外部，以便能一次连续下入到井内，作业工序和过程比较复杂。

因此，提供一种新型的长段套损井的复合材料补贴方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种长段套损井的复合材料补贴方法。

为了实现以上目的，本发明提供了一种长段套损井的复合材料补贴方法，其中，所述长段套损井的复合材料补贴方法包括：

(1)采用复合材料带按一定间距对有机材料连续管进行缩径绑扎固定；其中，所述复合材料带为采用具有形状记忆效应的复合材料制成，且所述具有形状记忆效应的复合材料在受热时会发生膨胀；所述有机材料连续管的外径不小于待补贴套管的内径；

(2)在采用复合材料带缩径绑扎固定后的有机材料连续管外表面涂覆粘合胶；

(3)将步骤(2)中所得有机材料连续管下入到套损段；

(4)对所述复合材料带持续加热使其膨胀，进而解除所述复合材料带对有机材料连续管的绑扎作用并使有机材料连续管扩径后外径恢复至原始状态，外径恢复至原始状态后的有机材料连续管与待补贴套管的破损段形成贴合层，完成长段套损井的复合材料补贴。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料的相对分子质量≥100×10⁴且<200×10⁴，拉伸屈服强度≥20MPa，断裂伸长率≥200％，简支梁缺口冲击强度≥30MPa，纵向回缩率<3％。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯及聚碳酸酯中的一种或几种的组合。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料连续管是将有机材料板材沿横向物理卷曲后，再采用熔融焊接方式将其纵向长度方向的两条边对焊成型后制得。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料板材的纵向长度为5-1000m，横向宽度不小于待补贴套管的内周长，厚度为2-8mm。

如在本发明具体实施方式中，所述有机材料板材的横向宽度可以根据待补贴套管的内周长设置为73-410mm。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料连续管的长度比待补贴套管的破损段长1m以上，以保证足够的密封性。

在以上所述的方法中，所述有机材料连续管的外径不小于(等于或者略大于)待补贴套管的内径，以便其能在后续作业中顺利地与破损套管贴合。

在以上所述的方法中，所述复合材料带为采用具有形状记忆效应的复合材料制成，且所述具有形状记忆效应的复合材料在受热温度高于其中所含形状记忆聚合物的形变温度时会发生膨胀；

优选地，所述具有形状记忆效应的复合材料是由形状记忆聚合物与增强材料复合而成的材料。

在以上所述的方法中，优选地，所述形状记忆聚合物包括环氧树脂系形状记忆聚合物(玻璃化转变温度Tg为37-163℃)、苯乙烯系形状记忆聚合物(Tg为63-78℃)、双马来酰亚胺形状记忆聚合物(Tg为95-123℃)、氰酸酯形状记忆聚合物(Tg为153-255℃)或聚酰亚胺形状记忆聚合物(Tg为90-322℃)。

在以上所述的方法中，所述形状记忆聚合物均为常规材料，其可以采用现有常规方法制备得到。

在以上所述的方法中，优选地，所述增强材料包括玻璃纤维、碳纤维及有机纤维中的一种或几种的组合。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机纤维包括芳纶纤维和/或丙纶纤维。

在以上所述的方法中，采用复合材料带按一定间距从外部对有机材料连续管进行缩径绑扎固定，优选地，所述间距为2-5m。

在以上所述的方法中，优选地，所述复合材料带的绑扎形状为收缩形状，其最大外径小于待补贴套管的内径。

在以上所述的方法中，优选地，所述收缩形状包括4花瓣、6花瓣或8花瓣。

在以上所述的方法中，优选地，所述有机材料连续管的外径比待补贴套管的内径大1.5-3mm。

在以上所述的方法中，优选地，步骤(2)中所涂覆的粘合胶的厚度为2-3mm。

本发明对步骤(2)中所涂覆的粘合胶的具体物质不做具体要求，本领域技术人员可根据现场实际作业需要合理选择本领域所用的常规粘合胶，只要保证可以实现粘合的目的即可。

在以上所述的方法中，步骤(3)通过作业电缆或管柱将步骤(2)中所得有机材料连续管下入到套损段，包括：

作业电缆或管柱居中，有机材料连续管处于作业电缆或管柱的外部，以使有机材料连续管下入到套损段。

当所述有机材料连续管由有机材料板材采用熔融焊接方式制得时，有机材料板材熔融焊接成连续管的同时，作业电缆或管柱牵引有机材料连续管同步下井；具体操作包括：将有机材料连续管的最下部与作业电缆或管柱固定连接后，通过重力作用向井筒深部下行时，同步下压牵引有机材料连续管进入井筒内，该操作保证了持续焊接成型的连续管有足够长度，可以覆盖纵向上不同长度的套损井段。

其中，所述作业电缆或管柱为可输送电流的测井电缆，或常规钢制油管、连续油管。作业电缆或管柱的规格符合采油气行业内的相关测井、修井作业要求。

在以上所述的方法中，优选地，步骤(4)中，利用高温介质或者所述作业电缆或管柱上的加热设备对所述复合材料带持续加热。

本发明中，当目标井的套破位置距离井口较近(如50-150m)时，可以通过从井口连续注入高温介质的方式对所述复合材料带持续加热。

在以上所述的方法中，优选地，所述高温介质包括沸水或者高温硅油。

在本发明较为优选的实施方式中，所述高温硅油为200℃的硅油。

在以上所述的方法中，优选地，所述加热设备包括加热电阻、电加热棒或电加热丝中的一种或几种。

在以上所述的方法步骤(4)中，可利用高温介质或者所述作业电缆或管柱上的加热设备对所述复合材料带持续加热，由于所述复合材料带为采用具有形状记忆效应的复合材料制成，且所述具有形状记忆效应的复合材料在受热时会发生膨胀，复合材料带在受热时会膨胀，解除所述复合材料带对有机材料连续管的绑扎束缚作用，由于解除捆扎束缚后的有机材料连续管扩径后外径恢复至原始状态，即其外径不小于待补贴套管的内径状态；此时，外径恢复至原始状态后的有机材料连续管会对套管破损位置产生一定的挤压、支撑作用，结合粘合胶的化学粘合作用，与待补贴套管的破损段形成完整的贴合层，达到封堵破漏点、补贴修复套管破损段、恢复油水井正常生产的目的。

在以上所述的方法步骤(4)中，利用所述作业电缆或管柱上的加热设备对所述复合材料带持续加热是指：所述作业电缆或管柱在有机材料连续管内部加热，电缆通电后，加热设备加热有机材料连续管内的空气或液体，进而通过热传导模式，加热有机材料连续管体；或者连续油管内持续通入高温介质，加热有机材料连续管体。

在以上所述的方法中，下井时，复合材料带对有机材料连续管的形状起到固定作用，以保证有机材料连续管顺利下井；下入指定位置后，复合材料带受热，进行形状恢复，此时有机材料连续管、用于绑扎固定的复合材料带和粘合胶等在物理变形扩张、化学粘合固化等作用下，与套管内壁形成一个完整的贴合层，与套管破损段紧密贴合，实现对长段套损井的补贴修复。

在以上所述的方法中，优选地，所述加热温度高于所述具有形状记忆效应的复合材料中形状记忆聚合物的形变温度，低于所述形状记忆聚合物的玻璃化转变温度。

本发明所提供的长段套损井的复合材料补贴方法可取得如下所示的有益技术效果：

(1)本发明所提供的补贴方法采用有机材料连续管及具有形状记忆效应的复合材料带，所述有机材料连续管有较高的本体强度(抗拉强度)和变形强度，并且耐腐蚀，可避免出现采用碳钢等材质补贴管进行补贴所存在的二次腐蚀套损等问题；

(2)本发明可根据套管规格、内径和破损段的长度等情况，在野外的现场井口实现将有机材料板材连续熔融焊接成有机材料连续管，避免了在工厂预制过程，效率较高；

(3)本发明所采用的有机材料连续管在作业电缆或管柱外成型，并通过作业电缆或管柱下入到套损段，可实现连续长度在数百米以上，易于保证长段套损井的补贴修复；

(4)本发明所采用具有形状记忆效应的复合材料带对有机材料连续管的绑扎固定，缩小了有机材料连续管的外径，可保证其顺利下井；

(5)在本发明所提供的该方法中，有机材料连续管、复合材料带、粘合胶等通过物理变形扩张、化学粘合固化等作用可与套管内壁形成一个完整的贴合层，与套管破损段贴合紧密。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中长段套损井的复合材料补贴方法工艺流程示意图。

图2为本发明实施例中复合材料带绑扎示意图。

图3为本发明实施例中复合材料带挷扎剖面示意图。

图4为本发明实施例中补贴管膨胀后封堵套管破损点示意图。

图5为本发明实施例中长段套损井自膨胀补贴方法的具体工艺流程示意图。

主要附图标号说明：

101-电缆车；

102-作业电缆；

103-电缆导向及固定装置；

201-板材卷筒；

202-有机材料板材；

301-全自动热熔对接焊机；

401-有机材料连续管；

402-复合材料带；

501-电缆作业工具；

601-套管破损点。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例对X-3井实施长段套损井的复合材料补贴方法，其中，X-3井井深为1883m，套管规格外径×壁厚＝139.7mm×7.72mm，套管破损位置在1051-1059m，套管破损段的井温约为40℃，所述长段套损井的复合材料补贴方法的操作示意图如图1及图5所示，从图1及图5中可以看出，其包括以下具体步骤：

依据套管规格、井温、套管破损等工况环境，确定套管补贴工艺参数：

根据套管破损位置1051-1059m，确定补贴管长度为10m，厚度为3mm；

根据套管规格外径×壁厚＝139.7mm×7.72mm，计算出套管内壁周长为390mm，根据套管内壁周长确定聚乙烯板材(有机材料板材202)的横向宽度为410mm，以保证熔融焊接成型后的补贴圆管(有机材料连续管401)外径略大于X-3井套管内径，有利于补贴圆管与套管内壁的贴合密封，保证补贴效果；

根据套管破损段的井温约为40℃，按照所选用的形状记忆聚合物的玻璃化转变温度应比套管破损段的井温高30℃以上的原则，确定采用玻璃化转变温度为63-78℃的苯乙烯系形状记忆聚合物制作复合材料带，其形变温度为45-50℃，电缆加热温度为55℃，采用绑扎形状为4花瓣形的复合材料带每隔3米对聚乙烯圆管进行捆扎。

复合材料带402加工及形状记忆训练：

将苯乙烯系形状记忆聚合物与碳纤维增强材料采用模压成型方式固化成型，并开展形状记忆训练：首先将固化成型后的苯乙烯系形状记忆聚合物复合材料加热至100℃，高于苯乙烯系形状记忆聚合物的玻璃化转变温度(63-78℃)，使其呈现结晶态熔融具有可移动性；然后通过赋形模具施加外力约束使其发生收缩变形，收缩变形完成后，保持外力约束的条件下，降温冷却至玻璃化转变温度以下；待形状记忆聚合物复合材料硬化后，撤去外力约束，实现苯乙烯系形状记忆聚合物复合材料带保持收缩状态而不恢复，完成形状记忆训练；训练后的复合材料带为4花瓣形，参见图3。

制作有机材料连续管及采用复合材料带对其进行绑扎：

现场施工时，将聚乙烯板材从板材卷筒201牵引至套损井井口，通过塑形装置实现10米长的聚乙烯板材横向物理卷曲，采用全自动热熔对接焊机301，沿缝口两边对焊成型为聚乙烯圆管，并采用4花瓣形复合材料带每隔3米对聚乙烯圆管进行捆扎赋形，捆扎前聚乙烯圆管外径为126mm，捆扎后聚乙烯圆管捆扎处的外径为108mm，复合材料带绑扎示意图及复合材料带挷扎剖面示意图分别如图2-图3所示。

涂覆粘合胶：

将捆扎后的聚乙烯圆管外表面涂覆2-3mm厚的粘合胶。

补贴作业：

电缆车101提供作业电缆102，作业电缆102前端悬挂有电缆作业工具501(电缆作业工具501起牵引及扶正作用，引导作业电缆102及聚乙烯圆管顺利下井)。作业电缆102通过电缆导向及固定装置103，牵引涂胶后的10m长聚乙烯圆管至套管破损位置1051-1059m，电缆通电后，电阻丝加热聚乙烯圆管内的空气或液体，进而通过热传导模式，将聚乙烯圆管加热到55℃，此时4花瓣形复合材料带在形状记忆效应的作用下会逐渐膨胀恢复至形状记忆训练前状态，失去捆扎作用，聚乙烯圆管在无外力约束的环境下会逐渐恢复至外径为126mm的状态；待粘合胶完全固化后，上提作业电缆完成套损段补贴作业。

由于X-3井套管内径为124.26mm，而补贴管膨胀后外径为126mm，补贴管对套管破损位置会产生一定的挤压、支撑作用，同时结合粘合胶的化学粘合作用，可与套管内壁形成一个完整的贴合层，最终实现封堵套管破损点601(如图4所示)，恢复油水井正常生产的目的。

实施例2

本实施例对Y-3井实施长段套损井的复合材料补贴方法，其中，Y-3井井深为2208m，套管规格外径×壁厚＝139.7mm×9.17mm，套管破损位置在1420-1580m，套管破损段的井温约为55℃，所述长段套损井的复合材料补贴方法具体包括以下步骤：

依据套管规格、井温、套管破损等工况环境，确定套管补贴工艺参数：

根据套管破损位置1420-1580m，确定补贴管长度为180m，厚度为4mm；

根据套管规格外径×壁厚＝139.7mm×9.17mm，计算出套管内壁周长为381mm，根据套管内壁周长确定聚四氟乙烯板材的横向宽度为400mm，以保证熔融焊接成型后的补贴圆管外径略大于Y-3井套管内径，有利于补贴圆管与套管内壁的贴合密封，保证补贴效果；

根据套管破损段的井温约为55℃，按照所选用的形状记忆聚合物的玻璃化转变温度应比套管破损段的井温高30℃以上的原则，确定采用玻璃化转变温度为90-110℃的环氧树脂系形状记忆聚合物制作复合材料带，其形变温度为65-70℃，电缆加热温度为80℃，采用绑扎形状为6花瓣形的复合材料带每隔2米对聚四氟乙烯圆管进行捆扎。

复合材料带的加工及形状记忆训练：

将环氧树脂系形状记忆聚合物与芳纶纤维增强材料采用模压成型方式固化成型，并开展形状记忆训练：首先将固化成型后的环氧树脂系形状记忆聚合物复合材料加热至130℃，高于环氧树脂系形状记忆聚合物的玻璃化转变温度(90-110℃)，使其呈现结晶态熔融具有可移动性；然后通过赋形模具施加外力约束使其发生收缩变形，收缩变形完成后，保持外力约束的条件下，降温冷却至玻璃化转变温度以下；待形状记忆聚合物复合材料硬化后，撤去外力约束，实现环氧树脂系形状记忆聚合物复合材料带保持收缩状态而不恢复，完成形状记忆训练；训练后的复合材料带为6花瓣形。

制作有机材料连续管及采用复合材料带对其进行绑扎：

现场施工时，将聚四氟乙烯板材从板材卷筒牵引至套损井井口，通过塑形装置实现横向物理卷曲，采用全自动热熔对接焊机，沿缝口两边对焊成型为聚四氟乙烯圆管，并采用6花瓣形复合材料带每隔2米对聚四氟乙烯圆管进行捆扎赋形，捆扎前聚四氟乙烯圆管的外径为124mm，捆扎后聚四氟乙烯圆管捆扎处的外径为108mm。

涂覆粘合胶：

将捆扎后的聚四氟乙烯圆管外表面涂覆2-3mm厚的粘合胶。

补贴作业：

电缆车提供作业电缆，作业电缆前端悬挂有电缆作业工具(电缆作业工具起牵引及扶正作用，引导作业电缆及聚乙烯圆管顺利下井)。作业电缆通过电缆导向及固定装置，牵引聚四氟乙烯圆管逐渐进入套损井井筒，每次热熔对接焊、捆扎、涂胶、牵引为一个循环过程，每个循环过程可以完成2m长的聚四氟乙烯圆管的热熔对接焊、捆扎、涂胶、牵引，直至180m长的聚四氟乙烯圆管达到1420-1580m套损破损位置；给电缆通电，电阻丝加热圆管内的空气或液体，进而通过热传导模式，将聚四氟乙烯圆管加热到80℃，此时6花瓣形复合材料带在形状记忆效应的作用下会逐渐膨胀恢复至形状记忆训练前状态，失去捆扎作用，聚四氟乙烯圆管在无外力约束的环境下会逐渐恢复至外径为124mm的状态；待粘合胶完全固化后，上提作业电缆完成套损段补贴作业。

由于Y-3井套管内径为121.4mm，而补贴管膨胀后外径为124mm，补贴管对套管破损位置会产生一定的挤压、支撑作用，同时结合粘合胶的化学粘合作用，可与套管内壁形成一个完整的贴合层，最终实现封堵破漏点、补贴修复套管破损段、恢复油水井正常生产的目的。

实施例3

本实施例对JY-3井实施长段套损井的复合材料补贴方法，其中，JY-3井井深为2208m，套管规格外径×壁厚＝139.7mm×9.17mm，套管破损位置在1433-1593m，套管破损段的井温约为55℃；

本实施例与实施例2的区别仅在于：本实施例采用的复合材料带由双马来酰亚胺形状记忆聚合物与碳纤维增强材料经模压固化成型制得，双马来酰亚胺形状记忆聚合物的玻璃化转变温度为95-123℃，形变温度为70-75℃，电缆加热温度85℃。

实施例4

本实施例对某油田WX-2井实施长段套损井的复合材料补贴方法，其中，某油田WX-2井井深为2155m，套管规格外径×壁厚＝114.3mm×7.37mm，套管破损位置在1823-1887m，套管破损段的井温约为65℃，所述长段套损井的复合材料补贴方法具体包括以下步骤：

依据套管规格、井温、套管破损等工况环境，确定套管补贴工艺参数：

根据套管破损位置1823-1887m，确定补贴管长度为70m，厚度为5mm；

根据套管规格外径×壁厚＝114.3mm×7.37mm，计算出套管内壁周长为313mm，根据套管内壁周长确定聚氯乙烯板材的横向宽度为330mm，以保证熔融焊接成型后的补贴圆管外径略大于WX-2井套管内径，有利于补贴圆管与套管内壁的贴合密封，保证补贴效果；

根据套管破损段的井温约为65℃，按照所选用的形状记忆聚合物的玻璃化转变温度应比套管破损段的井温高30℃以上的原则，确定采用玻璃化转变温度为90-120℃的聚酰亚胺形状记忆聚合物制作复合材料带，聚酰亚胺形状记忆聚合物的形变温度为70-75℃，电缆加热温度为85℃，采用绑扎形状为8花瓣形的复合材料带每隔2米对聚氯乙烯圆管进行捆扎。

复合材料带加工及形状记忆训练：

将聚酰亚胺形状记忆聚合物与玻璃纤维增强材料采用模压成型方式固化成型，并开展形状记忆训练：首先将固化成型后的聚酰亚胺形状记忆聚合物复合材料加热至140℃，高于聚酰亚胺形状记忆聚合物的玻璃化转变温度(90-120℃)，使其呈现结晶态熔融具有可移动性；然后通过赋形模具施加外力约束使其发生收缩变形，收缩变形完成后，保持外力约束的条件下，降温冷却至玻璃化转变温度以下；待形状记忆聚合物复合材料硬化后，撤去外力约束，实现聚酰亚胺形状记忆聚合物复合材料带保持收缩状态而不恢复，完成形状记忆训练；训练后的复合材料带为8花瓣形。

制作有机材料连续管及采用复合材料带对其进行绑扎：

现场施工时，将聚氯乙烯板材从板材卷筒牵引至套损井井口，通过塑形装置实现横向物理卷曲，采用全自动热熔对接焊机，沿缝口两边对焊成型为聚氯乙烯圆管，并采用8花瓣形复合材料带每隔2米对聚氯乙烯圆管进行捆扎赋形，捆扎前聚氯乙烯圆管的外径为102mm，捆扎后聚氯乙烯圆管的外径为86mm。

涂覆粘合胶：

将捆扎后的聚氯乙烯圆管外表面涂覆2-3mm厚的粘合胶。

补贴作业：

采用作业电缆牵引聚氯乙烯圆管逐渐进入套损井井筒，每次热熔对接焊、捆扎、涂胶、牵引为一个循环过程，每个循环过程可以完成2m长的聚氯乙烯圆管的热熔对接焊、捆扎、涂胶、牵引，直至70m长的聚氯乙烯圆管达到1823-1887m套损破损位置；给电缆通电，电阻丝加热圆管内的空气或液体，进而通过热传导模式，将聚氯乙烯圆管加热到80℃，此时8花瓣形复合材料带在形状记忆效应的作用下会逐渐膨胀恢复至形状记忆训练前状态，失去捆扎作用，聚氯乙烯圆管在无外力约束的环境下会逐渐恢复至外径为102mm的状态；待粘合胶完全固化后，上提作业电缆完成套损段补贴作业。

由于WX-2井套管内径为99.56mm，而补贴管膨胀后外径为102mm，补贴管对套管破损位置会产生一定的挤压、支撑作用，同时结合粘合胶的化学粘合作用，可于套管内壁形成一个完整的贴合层，最终实现封堵破漏点、补贴修复套管破损段、恢复油水井正常生产的目的。

实施例5

本实施例对X-1井实施长段套损井的复合材料补贴方法，其中，X-3井井深为1043m，套管规格外径×壁厚＝139.7mm×7.72mm，套管破损位置在62-66m，套管破损段的井温约为25℃；

本实施例与实施例1的区别仅在于：

由于X-1井套破位置距离井口仅有60余米，选用从井口连续注入高温流体(100℃的沸水或者200℃的硅油)的方式对复合材料带持续进行加热，作业电缆只起牵引作用，不起加热作用。

综上所述，本发明实施例所提供的长段套损井的复合材料补贴方法可取得如下所示的有益技术效果：

(1)本发明所提供的补贴方法采用有机材料连续管及具有形状记忆效应的复合材料带，所述有机材料连续管有较高的本体和变形强度，并且耐腐蚀，可避免出现采用碳钢等材质补贴管进行补贴所存在的二次腐蚀套损等问题；

(2)本发明可根据套管规格、内径和破损段的长度等情况，在野外的现场井口实现将有机材料板材连续熔融焊接成有机材料连续管，避免了在工厂预制过程，效率较高；

(3)本发明所采用的有机材料连续管在作业电缆或管柱外成型，并通过作业电缆或管柱下入到套损段，可实现连续长度在数百米以上，保证长段套损井的补贴修复；

(4)本发明所采用具有形状记忆效应的复合材料带对有机材料连续管的绑扎固定，缩小了有机材料连续管的外径，可保证其顺利下井；

(5)在本发明所提供的该方法中，有机材料连续管、复合材料带、粘合胶等通过物理变形扩张、化学粘合固化等作用可与套管内壁形成一个完整的贴合层，与套管破损段贴合紧密。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (16)

1.一种长段套损井的复合材料补贴方法，其中，所述长段套损井的复合材料补贴方法包括：

(1)采用复合材料带按一定间距对有机材料连续管进行缩径绑扎固定；其中，所述复合材料带为采用具有形状记忆效应的复合材料制成，且所述具有形状记忆效应的复合材料在受热时会发生膨胀；所述有机材料连续管的外径不小于待补贴套管的内径；

其中，所述有机材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯及聚碳酸酯中的一种或几种的组合；

所述具有形状记忆效应的复合材料是由形状记忆聚合物与增强材料复合而成的材料，所述形状记忆聚合物包括环氧树脂系形状记忆聚合物、苯乙烯系形状记忆聚合物、双马来酰亚胺形状记忆聚合物、氰酸酯形状记忆聚合物或聚酰亚胺形状记忆聚合物；

(2)在采用复合材料带缩径绑扎固定后的有机材料连续管外表面涂覆粘合胶；

(3)将步骤(2)中所得有机材料连续管下入到套损段；

(4)对所述复合材料带持续加热使其膨胀，进而解除复合材料带对有机材料连续管的绑扎作用并使有机材料连续管扩径后外径恢复至原始状态，外径恢复至原始状态后的有机材料连续管与待补贴套管的破损段形成贴合层，完成长段套损井的复合材料补贴。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机材料的相对分子质量≥100×10⁴且<200×10⁴，拉伸屈服强度≥20MPa，断裂伸长率≥200％，简支梁缺口冲击强度≥30MPa，纵向回缩率<3％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机材料连续管是将有机材料板材沿横向物理卷曲后，再采用熔融焊接方式将其纵向长度方向的两条边对焊成型后制得。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述有机材料板材的长度为5-1000m，宽度不小于待补贴套管的内周长，厚度为2-8mm。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述有机材料连续管的长度比待补贴套管的破损段长1m以上。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增强材料包括玻璃纤维、碳纤维及有机纤维中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述有机纤维包括芳纶纤维和/或丙纶纤维。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间距为2-5m。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料带的绑扎形状为收缩形状，其最大外径小于待补贴套管的内径。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述收缩形状包括4花瓣、6花瓣或8花瓣。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机材料连续管的外径比待补贴套管的内径大1.5-3mm。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中所涂覆的粘合胶的厚度为2-3mm。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热温度高于所述具有形状记忆效应的复合材料中形状记忆聚合物的形变温度，低于所述形状记忆聚合物的玻璃化转变温度。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，利用高温介质或者作业电缆或管柱上的加热设备对所述复合材料带持续加热。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述高温介质包括沸水或者高温硅油。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述加热设备包括加热电阻、电加热棒或电加热丝中的一种或几种。