【摘要】：油氣田現(xiàn)場經(jīng)常憑經(jīng)驗確定旋壓整形器修復(fù)變形套管所需的修復(fù)力和扭矩,而不合理的整形力或扭矩容易造成變形套管和周圍水泥環(huán)的二次損傷及卡鉆事故。為此,在YAW-200壓力試驗機上分別制作了無水泥環(huán)(水泥環(huán)完全損傷)、水泥環(huán)部分損傷和水泥環(huán)未損傷等3種類型的P110SS變形套管,并采用?126 mm和?133 mm的2種旋壓整形器對3種變形套管進行整形測試,得到了變形套管整形所需的整形力和修復(fù)扭矩、變形套管回彈量的測試數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明:(1)修復(fù)過程中整形力與扭矩整形時間的關(guān)系密切——彈性變形階段,隨修復(fù)時間增加環(huán)向應(yīng)變呈線性增加,整形力和扭矩早期呈緩慢增加后期保持不變,塑性變形階段套管開始屈服,隨修復(fù)時間增加環(huán)向應(yīng)變呈非線性增加,整形力和扭矩急劇降低,直到整形工具通過變形套管,直到整形力和扭矩降低到最低為止;(2)修復(fù)后的回彈量不可避免且較大(2.90~3.04 mm),表明水泥環(huán)的損傷程度對變形套管的修復(fù)具有較大影響;(3)水泥環(huán)未損傷的變形套管修復(fù)所需機械載荷大于水泥環(huán)部分損傷變形套管所需機械載荷,帶水泥環(huán)變形套管修復(fù)所需機械載荷大于無水泥環(huán)變形套管所需的機械載荷。
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圖片說明： 裝置及方案在真實井眼環(huán)境下，套管變形后周圍水泥環(huán)可能會出現(xiàn)3種情況：第1種是水泥環(huán)基本未損傷，主要出現(xiàn)在膠結(jié)質(zhì)量好的井，該情況可假設(shè)為水泥環(huán)未損傷；第2種是水泥環(huán)部分損傷，主要出現(xiàn)在膠結(jié)質(zhì)量中等的井；第3種是水泥環(huán)完全損傷，出現(xiàn)在膠結(jié)質(zhì)量極差的井，該情況可假設(shè)為水泥環(huán)已不存在；第1種和第3種均為極端情況，第2種為普遍現(xiàn)象。因此，該實驗主要分為兩個階段：①第一個階段是變形套管的制備，其方法是將理想套管（P110SS的177.8mm×11.51mm）放在YAW-200壓力試驗機上進行壓扁實驗，變形套管的形貌如圖1所示，變形尺寸是基于現(xiàn)場套管變形數(shù)據(jù)，如表1所示，其中，1號和2號水泥環(huán)變形套管，其內(nèi)管為P110SS套管，模擬地層的外管為J55套管（244.5mm×8.94mm），其中1號變形套管周圍的水泥環(huán)在修復(fù)前未被損傷（光套管變形后，再往內(nèi)管與外管之間注入水泥環(huán)），用于模擬第1種情況；而2號變形套管周圍的水泥環(huán)在修復(fù)前即套管變形過程中已被部分損傷，用于模擬第2種情況；3號為無水泥環(huán)變形套管，用于模擬第3種情況即套管周圍無水泥環(huán)的情況。②第2階段是用126mm和133mm的兩種旋壓整形器（錐角為6°，本體上的滾珠外徑為25mm，相對于本體外露2.5mm）對變形套管的整形測試，實驗裝置如圖1所示，具體方案如表1所示。表13種P110SS變形套管的幾何參數(shù)表mm編號套管類型套管最小內(nèi)徑整形工具外徑擬修復(fù)量軸向長度1完整水泥環(huán)119.61266.410002損傷水泥環(huán)125.01338.010003無水泥環(huán)119.61266.41000圖1旋壓整形器修復(fù)變形套管的實驗裝置照片該測試裝置的上卸扣試驗機主要用于安裝并固定水泥環(huán)套管，連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉗主要用于提供修復(fù)套管所需的大扭矩（本次試驗的角速度為0.628rad/s），液壓推力軸承主要用于提供修
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圖片說明： 鉆井工程·75·第37卷第10期圖21號套管環(huán)向應(yīng)變與整形時間的關(guān)系圖圖31號套管整形力及扭矩與整形時間的關(guān)系圖2旋壓整形器對變形套管的整形測試2.1水泥環(huán)變形套管的整形測試結(jié)果及分析2.1.1126mm旋壓整形器的測試結(jié)果及分析修復(fù)后用蛇規(guī)和千分尺測得變形套管的最小內(nèi)徑和最大內(nèi)徑分別為123.10mm和185.98mm，與初始最小內(nèi)徑119.60mm相比增加了3.50mm，基于旋壓整形工具的最大外徑和套管變形段修復(fù)后的最小內(nèi)徑可知：變形套管修復(fù)后的回彈量為2.90mm。基于126mm旋壓整形器對1號水泥環(huán)變形套管整形的測試數(shù)據(jù)，得到了1號水泥環(huán)變形套管（模擬水泥環(huán)未損傷的情況）在整形過程中隨整形時間的變形規(guī)律、整形力與整形時間的關(guān)系、扭矩與整形時間的關(guān)系，如圖2、3所示，下面分別對整形過程中套管變形規(guī)律、整形力和扭矩進行分析。分析圖2、3可知，在整個修復(fù)過程中，旋壓滾珠整形器修復(fù)水泥環(huán)變形套管所需的整形力和扭矩與水泥環(huán)變形套管的變形規(guī)律密切相關(guān)。修復(fù)過程主要分3個階段：彈性變形階段、塑性變形階段、回彈階段。在彈性變形階段（0＜t＜100s），環(huán)向應(yīng)變隨修復(fù)時間的增加而線性增加，整形力和扭矩均隨修復(fù)時間呈緩慢增加的趨勢，，整形力和扭矩的最大值分別為20.6t和9.17kN·m，表明修復(fù)的初始階段整形工具并未完全與套管接觸，而是修復(fù)一段時間后整形工具才與變形套管完全接觸，故整形力和扭矩隨著整形時間呈緩慢增加的趨勢；在彈性變形階段（100s＜t＜500s），環(huán)向應(yīng)變也隨修復(fù)時間的增加而線性增加，整形力和扭矩較大且基本保持不變，整形力始終在18.5～19.5t附近波動，扭矩始終在8.0kN·m與9.0kN·m附近波動，表明該階段整形工具與水泥環(huán)變形套管完全接觸。在塑性變形階段（t＞500s），在時間為500s時，套管開始?
【作者單位】： "油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程"國家重點實驗室·西南石油大學(xué);西南石油大學(xué)·中國石油石油管工程重點實驗室;四川頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目“H2S/CO2溶解度測試、預(yù)測及其與油套管完整性的相關(guān)性研究”(編號:51274170)
【分類號】：TE931.2

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本文編號：2515456