0 引言

截至2014年年底，胜利油田套损井数达到5 000余口，占总井数的14.3%，其中套破和套漏井占套损井数的28%。套破和套漏井的形成原因是：①注水和注气造成地层矿化度高或者应力变化;②固井质量差。套管补贴技术通过油管将补贴管下入到破漏段(点)，借助专用工具将补贴管进行膨胀，使补贴管悬挂在破漏套管内壁，实现对破漏点的封堵^[1-2]。受井架等作业设备高度的限制以及当前补贴工艺的局限，目前补贴管长度只有8 m，且1次只能下入1根，即每次只能补贴8 m的套管破漏段^[3-4]。随着油田的不断开发，老井的套损问题日益复杂，套破和套漏井段的长度也日益增加，达到二三十米，甚至更长。对于这种连续破漏和较长距离井段破漏点，1次补贴无法完成，而分段补贴又不能保证破漏段的全覆盖。针对这一问题，研究了长距离套破井液压补贴加固工艺技术。

长距离套破井液压加固补贴工艺的一大难点是管柱的下入。由于井架的限制，每次只能下入1根油管、套管或者长度相当的工具，内管柱下端大于外管柱内径，不能实现顺次下入，同时无法实现内、外管交替下入，所以设计了连接内、外管的连接装置和脱接总成。通过两端锚定、双向补贴、双向增力的方式实现长距离套破井的补贴。管柱结构如图 1所示。

图 1 长距离套破井液压补贴加固工艺管柱 Fig.1 The hydraulic remedy and reinforcement string for long section casing damaged well 1— 中 心 管 ；2 — 上 补 贴 增 力 器 ；3 — 上 胀 头 ；4 — 上 胀 管 ；5 — 上 密 封 管 ；6 — 上 水 力 锚 ；7 —中心杆 ；8 —下水力锚 ；9 —下补贴增力器 ；10 —内 、外管脱接总成 ；11 —脱接器 ；12 —内、外管连接装置；13—球座；14 —锁球；15 —补贴丢手总成 ；16 —下密封管 ；17 —下胀管 。

图选项

利用上、下2个水力锚将补贴管的上、下两端分别锚定；上、下2个增力器分别实现补贴管上、下两端的悬挂密封；2组增力器分别增力、分别补贴，相对独立。

管柱下入时先下入外管、再下入内管，内管与外管通过内、外管脱接总成实现内、外管的连接；上、下2组水力锚分别实现补贴管上端和下端的锚定；锁球实现管柱下入时的内、外管连接，当管柱完成下入开始补贴后，锁球脱开内、外管的连接，实现上、下胀管的独立胀封和上、下密封管的悬挂密封；上补贴增力器对上胀管进行胀大，下补贴增力器对下胀管进行胀大；在上密封管和下密封管的外部有紫铜圈和橡胶圈，在补贴挤压力的作用下，上、下密封管与套管壁紧密接触，实现补贴管与套管之间的强力悬挂和密封^[5-7]；上补贴增力器和下补贴增力器均为内管不动，外管分别拖动上胀管向下和下胀管向上运动。补贴增力器采用多级串联结构，使补贴力可以根据实际的补贴需要进行调整；补贴管根据补贴段长度的长短进行调节，2根补贴管之间通过无接箍管螺纹进行连接和密封；补贴丢手总成的球座实现补贴增力器的增力以及补贴完成后的泄压丢手操作^[8-9]，实现内、外管的分离，在补贴完成后顺利将内管起出。

该工艺可应用于φ177.8 mm(7 in)套管井的补贴加固，补贴长度不限，补贴丢手力21 MPa，补贴管内径139 mm，补贴后管柱的密封压力大于25 MPa，悬挂力大于450 kN。

内、外管连接锁定机构结构如图 2所示。

图 2 内、外管连接锁定机构示意图 Fig.2 Schematic diagram of the inner and outer tube connection assembly 1—上接头；2—补贴管；3—挡套；4—弹簧；5—中心管；6—锁球座 ；7—还原套；8—锁球；9—锁球套；10—密封圈；11—下接头。

图选项

下入管柱时，首先通过锁定机构保证内管柱的下半部分与外管连接并被下入井内。当内管和外管全部下入之后，由中心管加液压，液压推动还原套，压缩弹簧，当还原套的凹槽对准锁球时，锁球脱开内管与外管之间的连接，然后继续加压则可以实现内管运动，拖动分瓣爪运动，并实现下密封管与原套管内壁的密封悬挂。内、外管连接总成的弹簧预压缩力为200 N，液压力大于5 MPa，即可将还原套向前推动，锁球脱开内、外管的连接，外管被挂在下端的下胀管上。

内、外管插入机构结构如图 3所示。管柱下入时，分瓣爪和下接头连接后再与外管柱连接。当外管柱下入后，下入内管，内管柱下到位之后，内管施加压力，向下推动插入杆前端的锥面插入到分瓣爪的内部，并将分瓣爪张开，使插入杆进入到分瓣爪内部；弹簧保证动作冲力减小，实现内管平稳插入。通过内、外管连接总成的设计和内、外管插入机构的设计，完成了内、外管的可靠连接，后续可以开始实施补贴管柱工艺。分瓣爪结构使内管插入力较小(10 kN)，便于插入；插入杆和分瓣爪之间的台肩可保证内管柱的抗拉能力(550 kN)。

图 3 插入机构示意图 Fig.3 Schematic diagram of the stab in mechanism 1 — 上接头 ；2 — 插入杆 ；3 — 弹簧 ；4 — 顶帽 ；5 —密封圈 ；6 —分瓣爪 ；7 —下接头 。

图选项

补贴丢手总成结构如图 4所示。补贴时，丢手下端的丝堵提供球座功能，保证补贴增力器中心管内压力，补贴完成后继续增压至21 MPa左右，液压推动活塞剪断剪钉，活塞带动内衬和端帽下行，分瓣爪被释放，此时上提中心管，起出补贴内管柱。

图 4 补贴丢手总成示意图 Fig.4 Schematic diagram of the remedy and release assembly 1—上接头；2—补贴管；3—分瓣爪；4—中心管；5—活塞；6 —剪钉；7—下密封管；8—下胀头；9—内衬；10 —端帽 ；11—护套；12—挡套；13—下帽；14—密封圈；15—丝堵 。

图选项

长距离套破井液压补贴加固工艺技术研究成功后，通过室内试验对管柱的性能进行了验证和完善，并在现场开展了应用。截至目前，该工艺在胜利油田各大采油厂共应用8井次，施工成功率100%，补贴后套管耐压达到20 MPa，为油井尽快恢复生产起到了促进作用。胜利油田滨南5X14井作业时发现泵漏，经检测，在1 014.82~1 027.84 m存在套破，应用长距离套破井液压补贴加固工艺对套破段进行补贴加固，施工顺利。施工后试压20 MPa，30 min压降小于1 MPa，密封合格。该井套管补贴后连续生产了6个月，生产正常。

随着油田的不断开发，胜利油田老井的套损井问题日益复杂，套破和套漏井段的长度也日益增加。对于连续破漏和较长距离井段破漏点，采用1次下入1根补贴管的方法不能完成补贴，而分段补贴又不能保证破漏段的全覆盖。鉴于此，笔者研究了长距离套破井液压补贴加固工艺技术。长距离套破井液压补贴加固工艺管柱包含内管和外管，内管和外管通过锁球连接和脱接插入方式下入，补贴采用两端锚定、两端补贴加固的方式实现，补贴后承压25 MPa，悬挂力450 kN。胜利油田8井次的应用结果表明：长距离套破井液压补贴加固工艺管柱施工成功率100%，补贴后套管耐压达到20 MPa，30 min压降小于1 MPa，密封合格。研究结果对油井尽快恢复生产起到了很好的促进作用。