CN205445522U - 一种井下可控式自膨胀套管补贴管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种井下可控式自膨胀套管补贴管，包括补贴管本体和可控式井下工具释放装置；补贴管本体由橡胶内胆、记忆合金环、堵漏橡胶筒组成，堵漏橡胶筒的内表面与橡胶内胆的外表面通过耐温粘合剂粘结；可控式井下工具释放装置至少包括一温控仪、电缆、热管、发热绕线、不锈钢保护管、热电偶、扶正筒、锥形限位筒；不锈钢保护管位于扶正筒的内部，热管位于不锈钢保护管的内部，发热绕线均匀缠绕在热管的外部，热电偶固定在扶正筒的内壁上；热电偶和发热绕线分别与温控仪通过电缆电连接；补贴管本体套设在扶正筒外，且卡在锥形限位筒的上方。无需通过液压扩张或火药爆炸等手段就可完成套管补贴作业，操作方便，施工安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及油井套管修复技术领域，具体涉及一种井下可控式自膨胀套管补贴管。
背景技术
油水井因各种原因套管破损后，地层水倒灌入油层造成油水井关井、井网破坏和剩余油无法采出等问题，是影响油井正常生产的一个重要因素。
美国及中东产油国的许多油田从上世纪五十年代开始出现套管腐蚀损坏问题，主要采取的治理措施有胀管补贴、侧钻、机械堵水等。从上世纪七十年代开始，我国吉林、江汉和大庆、长庆等油田相继出现套管变形、盐岩蠕动和电化学腐蚀等造成的套管损坏。
对套破井治理的方法有隔水采油、二次固井、套管补贴加固、小套管修井和化学堵漏等技术。套管膨胀补贴技术又可以分为波纹管和实体膨胀管的两类补贴技术。
波纹管补贴技术原理是将低碳钢波纹管下入套管漏失部位，通过液压动力或燃气动力工具产生轴向力，使波纹管胀圆，借助粘结剂挤贴在漏失套管内表面，形成密封层，封堵漏失套管。上世纪九十年代，美国HOMCO（霍姆克）公司等曾在美国、中国进行应用试验。
实体膨胀管由1991年壳牌（Shell）公司提出技术构想，1997年壳牌与哈里伯顿能源公司合伙成立亿万奇（Enventure）公司，膨胀管工艺于1999年达到了商业应用水平。亿万奇（Enventure）公司已为全球45家公司在超过215口井上进行了膨胀管应用。E2TECH公司主要从事膨胀筛管（EST）的研究与制造，主要解决井壁坍塌、防砂问题。Petroline公司推出了可膨胀防砂筛管（ESS）技术，在裸眼井和替代管外砾石充填防砂的油气井中应用。威德福、哈里伯顿、贝克等公司均有该技术，形成了各自的产品和技术系列。
自本世纪初，膨胀管技术进入中国开始应用，得到迅速发展，在大庆、华北、河南、中原、青海、大港、江苏等油田均有应用。国内目前有中石油勘探总院采油气装备所、上海管力卜石油设备有限公司、胜利油田胜机石油装备有限公司、大港油田钻采工艺研究院等多家单位开展膨胀管技术的应用研究、技术服务或产品制造，研究形成了多种材料的膨胀管系列和相关实施工艺，产品包括石油钻井、修井、采油用各种规格实体膨胀管、膨胀割缝防砂管、膨胀悬挂器、形状记忆材料等产品及配套工具。据不完全统计，国内利用膨胀管修复套管的总施工井数已超过了550口。国内外有相关的大量文献报道。
《国外油田工程》在2006年12月对“国外膨胀管技术的发展与应用”有相关介绍。CORROSION2000会议在Paper00164“Insituexpansionofcasingandtubing:Effectonmechanicalpropertiesandresistancetosulfidestresscracking”也对实体膨胀管技术研究与应用有相关论述。
目前国内外膨胀管补贴技术的专利有很多项。例如“一种液压变径套管胀压方法及其设备”（CN1807830A），该技术是用比套管内径小、具有一定厚度、且塑性好的钢管下入井下套损段，通过液压胀锥冷挤扩张的方式使钢管发生塑形变形，补贴到损坏套管的内壁上，与损坏的套管紧密粘合，恢复套管完整性，达到修复套管的目的。所用补贴材料主要有无缝钢管和ERW直缝焊管，均为碳钢管材。该方法的缺点是：（1）当液压胀锥向前移动时，着力点要固定在套管内壁上，其锚爪会对套管造成新的损伤。（2）液压冷挤扩张装置比较复杂，在施工中容易出现问题，使胀锥卡在补贴管内，既拔不出来，又不能继续膨胀推进，造成井下事故。（3）该方法工序复杂，费用高，补贴段短，施工风险大。
另一种套管补贴方法为套管爆轰补贴法。例如“油井套管爆轰补贴法”（CN1115827A），采用外径小于套管内径的金属无缝管置于需要补贴的套管内，用炸药或火药在爆炸时所释放出来的巨大能量使无缝管管胀大，发生塑性变形补贴到套管内壁。该方法的缺点是（1）爆炸产生的能量很难控制，过小达不到补贴的目的，过大会造成套管变形或损坏。（2）油井内动火，危险性大，一旦有伴生气存在，很容易发生油井着火等重大安全事故。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服目前存在的缺陷，提供一种补贴管具有自膨胀特性，膨胀触变温度可控，无需通过液压扩张或火药爆炸等手段就可完成套管补贴作业，操作方便，施工安全的井下可控式自膨胀套管补贴管。
为此本实用新型提供一种井下可控式自膨胀套管补贴管，一种井下可控式自膨胀套管补贴管，包括补贴管本体和可控式井下工具释放装置；
所述的补贴管本体由橡胶内胆、记忆合金环、堵漏橡胶筒组成，所述的堵漏橡胶筒的内表面与橡胶内胆的外表面通过耐温粘合剂粘结，且堵漏橡胶筒的外表面也涂覆有耐温粘合剂；所述的记忆合金环位于堵漏橡胶筒与橡胶内胆之间；
所述的可控式井下工具释放装置至少包括一温控仪、电缆、热管、发热绕线、不锈钢保护管、热电偶、扶正筒、锥形限位筒；所述的锥形限位筒连接在扶正筒的下方，所述的不锈钢保护管位于扶正筒的内部，所述的热管位于不锈钢保护管的内部，所述的发热绕线均匀缠绕在热管的外部，热管与不锈钢保护管之间填充有绝缘介质，所述的热电偶固定在扶正筒的内壁上；所述的热电偶和发热绕线分别与温控仪通过电缆电连接；
所述的补贴管本体套设在扶正筒外，且卡在锥形限位筒的上方。
所述的堵漏橡胶筒内壁上均匀布有梯形凹槽，所述的记忆合金环嵌入梯形凹槽内。
所述的记忆合金环是由钛镍合金、铁镍合金、铬镍合金中的一种材料制得。
所述的扶正筒与锥形限位筒由不锈钢材料制成，且扶正筒与锥形限位筒通过焊接固定连接。
所述的可控式井下工具释放装置还包括一用于检测井内压力的压力计。
所述补贴管本体的膨胀温度为80℃。
本实用新型的有益效果：
1、井下可控式自膨胀套管补贴管具有自膨胀特性，膨胀触变温度可根据井况训练设定，一般比对应待补贴套管温度高10-20℃。无需采用液压扩张或火药爆炸等手段，即可实现套管修复，操作方便，施工安全。
2、记忆合金环耐腐蚀能力强，比强度高，套管补贴后，受温度、腐蚀介质等因素影响小，不易脱落，使用寿命长。记忆合金环为丝状材料，加工方便，价格便宜，性价比高。
3、补贴管的膨胀时间可由地面温控仪控制，避免了下入过程中因井温变化导致补贴管突然膨胀等安全隐患，施工方便，安全性强。
4、补贴管壁薄，补贴后套管通径基本不变，不影响后续生产及作业。
5、井下工具释放装置设计巧妙，结构简单，施工方便，能够很准确地判断补贴管的自膨胀状态。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型中补贴管本体的结构示意图；
图3是本实用新型中补贴管本体的剖视结构示意图；
图4是本实用新型中可控式井下工具释放装置的结构示意图。
附图标记说明：1、橡胶内胆；2、记忆合金环；3、堵漏橡胶筒；4、梯形凹槽；5、温控仪；6、电缆；7、热管；8、发热绕线；9、绝缘介质；10、不锈钢保护管；11、热电偶；12、扶正筒；13、锥形限位筒；14、压力计；A、套管破损位置。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种井下可控式自膨胀套管补贴管，包括如图2、3补贴管本体和如图4可控式井下工具释放装置；
如图2所述的补贴管本体由橡胶内胆1、记忆合金环2、堵漏橡胶筒3组成，所述的堵漏橡胶筒3的内表面与橡胶内胆1的外表面通过耐温粘合剂粘结，且堵漏橡胶筒3的外表面也涂覆有耐温粘合剂；所述的记忆合金环2位于堵漏橡胶筒3与橡胶内胆1之间；记忆合金环2由形状记忆合金材料加工而成。形状记忆合金材料经过成分设计、制备和反复训练处理，能够产生形状记忆效果，能够在特定高温下迅速恢复到原来的记忆形状。该形状变形具有不可恢复性；
如图4所述的可控式井下工具释放装置至少包括一温控仪5、电缆6、热管7、发热绕线8、不锈钢保护管10、热电偶11、扶正筒12、锥形限位筒13；所述的锥形限位筒13连接在扶正筒12的下方，所述的不锈钢保护管10位于扶正筒12的内部，所述的热管7位于不锈钢保护管10的内部，所述的发热绕线8均匀缠绕在热管7的外部，热管7与不锈钢保护管10之间填充有绝缘介质9，所述的热电偶11固定在扶正筒12的内壁上；所述的热电偶11和发热绕线8分别与温控仪5通过电缆6电连接；
所述的补贴管本体套设在扶正筒12外，且卡在锥形限位筒13的上方。
在工作中，首先将耐温粘合剂涂覆在堵漏橡胶筒3外壁上，然后将补贴管穿入电缆6及扶正筒12内，后端抵在锥形限位筒13中部。通过修井车带动电缆6将补贴管和可控式井下工具释放装置下至套管破损位置，开启温控仪控制井下加热温度，待记忆合金环2达到训练温度时，会迅速自膨胀，引起外部的堵漏橡胶筒3膨胀，补贴到破损套管的内壁上，此时压力计数值会发生突变，表明补贴成功，从而达到密封堵漏、修复破损套管的目的。耐温粘合剂涂4覆在堵漏橡胶筒外部，具有密封和粘合作用，增强修复效果。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图3的所述的堵漏橡胶筒3内壁上均匀布有梯形凹槽4，所述的记忆合金环2嵌入梯形凹槽4内；堵漏橡胶筒3内壁上均匀布有梯形凹槽4，起到限位作用。记忆合金环2嵌入梯形凹槽4内，橡胶内胆1与堵漏橡胶筒3由耐温粘合剂4粘接牢固；形状记忆合金材料成分主要有钛镍合金、铁镍合金、铬镍合金等。形状记忆合金环2外径一般为Φ38mm-Φ244.5mm。根据待补贴套管规格和强度要求，记忆合金环壁厚在3mm-10mm；所述的扶正筒12与锥形限位筒13由不锈钢材料制成，且扶正筒12与锥形限位筒13通过焊接固定连接；所述的可控式井下工具释放装置还包括一用于检测井内压力的压力计14；扶正筒12和锥形限位筒13由不锈钢焊接而成，可以保证补贴管垂直下入，减少与套管磨损；在补贴管自膨胀后，能够从中穿过，将工具起出地面。压力计14置于地面上，通过电缆6可以准确读取下端悬重。
在工作中，首先将耐温粘合剂涂覆在堵漏橡胶筒3外壁上，然后将补贴管穿入电缆6及扶正筒12内，后端抵在锥形限位筒13中部。通过修井车带动电缆6将补贴管和可控式井下工具释放装置下至套管破损位置，开启温控仪控制井下加热温度，观察压力计变化。待记忆合金环2达到训练温度时，会迅速自膨胀，引起外部的堵漏橡胶筒3膨胀，补贴到破损套管的内壁上，此时压力计数值会发生突变，表明补贴成功，从而达到密封堵漏、修复破损套管的目的。耐温粘合剂涂4覆在堵漏橡胶筒外部，具有密封和粘合作用，增强修复效果。
实施例3：
某油田王X-Y井，井深2130m，套管规格139.7mm×9.17mm，套管破损位置1580～1582m，该处井温约55℃。井下工具释放装置总长10m，扶正筒规格95mm×3mm，锥形限位筒上部外径95mm，下部外径110mm。
首先依据井温等服役环境，加工和训练出符合条件补贴管，补贴管自膨胀前规格106mm×3mm，膨胀后自由状态下外径可变为125mm，长度8米。为了防止补贴管下入时，因井温异常发生突然膨胀等事故，训练时将自膨胀触变温度设定为80℃，远高于套管破损位置井筒温度55℃。
首先将耐温粘合剂涂覆在堵漏橡胶筒3外壁上，然后将补贴管穿入电缆6及扶正筒12内，后端抵在锥形限位筒13中部。通过修井车带动电缆6将补贴管和可控式井下工具释放装置下至套管破损位置，开启温控仪，将井下加热温度控制到90℃，观察压力计14变化。待记忆合金环2达到训练温度80℃时，会迅速自膨胀，引起外部的堵漏橡胶筒3膨胀，补贴到破损套管的内壁上。此时，耐温粘合剂会迅速将损伤套管与堵漏橡胶筒3粘合紧密，保证密封堵漏可靠，增强修复效果。补贴管自膨胀后，内径变成115.36mm，大于锥形限位筒13下端最大外径110mm，此时补贴管的重力将转移至套管上。最后用修井车将电缆1及可控式井下工具释放装置匀速提出地面。
在上述实施例中耐温粘合剂是市场上出售耐高温的粘合剂，是目前最常用的一种粘合剂，在这里不在进一步描述。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (6)
1.一种井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：包括补贴管本体和可控式井下工具释放装置；
所述的补贴管本体由橡胶内胆（1）、记忆合金环（2）、堵漏橡胶筒（3）组成，所述的堵漏橡胶筒（3）的内表面与橡胶内胆（1）的外表面通过耐温粘合剂粘结，且堵漏橡胶筒（3）的外表面也涂覆有耐温粘合剂；所述的记忆合金环（2）位于堵漏橡胶筒（3）与橡胶内胆（1）之间；
所述的可控式井下工具释放装置至少包括一温控仪（5）、电缆（6）、热管（7）、发热绕线（8）、不锈钢保护管（10）、热电偶（11）、扶正筒（12）、锥形限位筒（13）；所述的锥形限位筒（13）连接在扶正筒（12）的下方，所述的不锈钢保护管（10）位于扶正筒（12）的内部，所述的热管（7）位于不锈钢保护管（10）的内部，所述的发热绕线（8）均匀缠绕在热管（7）的外部，热管（7）与不锈钢保护管（10）之间填充有绝缘介质（9），所述的热电偶（11）固定在扶正筒（12）的内壁上；所述的热电偶（11）和发热绕线（8）分别与温控仪（5）通过电缆（6）电连接；
所述的补贴管本体套设在扶正筒（12）外，且卡在锥形限位筒（13）的上方。
2.根据权利要求1所述的一种井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：所述的堵漏橡胶筒（3）内壁上均匀布有梯形凹槽（4），所述的记忆合金环（2）嵌入梯形凹槽（4）内。
3.根据权利要求1所述的一种井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：所述的记忆合金环（2）是由钛镍合金、铁镍合金、铬镍合金中的一种材料制得。
4.根据权利要求1所述的一种井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：所述的扶正筒（12）与锥形限位筒（13）由不锈钢材料制成，且扶正筒（12）与锥形限位筒（13）通过焊接固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：所述的可控式井下工具释放装置还包括一用于检测井内压力的压力计（14）。
6.根据权利要求1所述的井下可控式自膨胀套管补贴管，其特征在于：所述补贴管本体的膨胀温度为80℃。
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