第4章APR全通径测试工具及工艺.docx

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第4章APR全通径测试工具及工艺

第四章APR全通径测试工具及工艺

压控测试工具适用于海上浮船，自升式钻井平台，固定平台或陆地大斜度井的测试。

压控测试工具又可分为常规PCT，全通径PCT和全通径APR。

这类型的工具只在套管内使用，在测试管柱不动的情况下，由环形空间压力控制测试阀，实现多次开关井。

一、APR测试工具

APR测试工具有如下特点：

（1）操作压力低而方便简单。

（2）全通径，对高产量井的测试特别有利，有效地利用时间。

（3）可以对地层进行酸洗或挤注作业。

（4）可以进行各种绳索作业。

（一）APR工具测试管柱

图4一1是APR测试工具的几种管柱配合示意图。

中间管柱从上至下是：

（1）水下测试树，坐于水下防喷器组内；

（2）钻杆；（3）大通径安全阀；（4）伸缩接头；（5）钻杆或钻铤；（6）APR-M2取样器安全阀；（7）RTTS反循环阀；（8）钻杆或钻铤；（9）LPR-N测试阀；（10）震击器；（11）RTTS反循环阀；（12）RTTS安全接头；（13）RTTS封隔器；（14）大通径记录仪托筒。

这套管柱主要用于一般的测试。

如果要向井内挤酸液，射孔-测试就用左边的管柱；（15）APR-A循环阀；（16）ChampⅢ封隔器，如果要穿过采油树或下EZ-SV挤塞进行测试，就采用右边的管柱；（17）大通径旁通；（18）采油封隔器或EZ-SV封隔器，要根据具体用途和下步打算来选择和设计管柱，也要根据操作者运用井下工具的熟练程度和经验来拟定。

（二）LPR-N测试阀

1、原理

LPR-N测试阀是整个管柱的主阀。

地面预先充好氮气，球阀处在关闭位置。

工具下井过程中，在补偿活塞作用下，球阀始终处于关闭位置。

封隔器坐封后，向环空加预定压力，压力传到动力芯轴，使其下移，带动动力臂使球阀转动，实现开井。

测试完后释放环空压力，在氮气压力作用下，动力芯轴上移带动动力臂，使球阀关闭。

如此反复操作，从而实现多次开关井。

2、结构

测试阀主要由球阀、动力和计量三部分组成（图4一2）。

球阀部分主要由上球阀座、偏心球、下球阀座、控制臂、夹板、球阀外筒组成。

动力部分由动力短节、动力心轴、动力外筒、氮气腔、充氮阀体、浮动活塞等组成。

根据地面温度、井底温度及静液柱压力，在地面对氮气腔充氮到预定压力，此压力作用在动力芯轴上，使球阀在工具下井时处在关闭状态。

封隔器座封后，环空加压，压力作用在动力芯轴上，压缩氮气，动力芯轴下移带动动力臂使球阀转动开井。

释放环空压力，在氮气作用下，动力芯轴上移带动动力臂使球阀转动关闭实现关井。

计量部分主要由伸缩芯轴，计量短节，计量阀，计量外筒，硅油腔，平衡活塞组成。

平衡活塞一端连通硅油腔，另一端与环空相通。

下钻时，当液柱压力逐渐增加到大于下硅油腔压力时，平衡活塞上移使下硅油腔压力增高，当下油腔压力增加到比上油腔压力大2.8MPa时，计量阀开始延时导通，上油腔体积增大，浮动活塞上行，氮气腔体积缩小，使氮气压力增高，通过动力芯轴传递给动力臂使球阀保持关闭，工具下井过程中氮气腔与上硅油腔压力平衡，上硅油腔始终比下硅油腔小2.8MPa压力，处于动平衡状态。

封隔器座封后，环空加压，由于计量阀延时导通的作用，在上下硅油腔压力形成压差还未平衡时，动力芯轴下移带动动力臂，使球阀转动打开。

3．技术性能

表4－1　LPR－N测试阀规范

总成号

外径

mm（英寸）

内径

mm（英寸）

组装长度

mm（英寸）

连接扣

615.4171

127

（5）

57.15

（2.25）

4993.6

（196.60）

31/2″API

内平扣

615.4173

118.9

（4.68）

56.8

（2.00）

5132.3

（202.06）

31/2″API

内平扣

615.417

99.06

（3.90）

45.72

（1.80）

5026.2

（197.88）

27/8″EUE8

牙油管扣

615.4175

77.7

（3.06）

28.4

（1.12）

4241.03

（166.97）

23/8″EUE8

牙油管扣

表4－２　LPR－N阀剪销数据

工具外径mm（英寸）

总成号

剪断压力MPa/只销

剪销件号

127（5）

615.4171

1.93

615.41133

118.9（45/8）

615.4173

2.65

615.41133

99.06（37/8）

615.417

2.14

615.41107

77.7（3）

615.4175

1.52

615.41175

表4－3密封件包

工具外径mm（英寸）

总成号

常温密封件包

高温密封件包

127（5）

615.4171

615.41739

615.22768

118.9（45/8）

615.4173

615.41735

615.22768

99.06（37/8）

615.417

615.41784

615.20934

77.7（3）

615.4175

615.41769

615.22448

表4－２　LPR－N计量阀

工具外径mm（英寸）

总成号

计量阀

计量阀

127（5）

615.4171

615.4172

615.41785

118.9（45/8）

615.4173

615.41775

615.41786

99.06（37/8）

615.417

615.4178

77.7（3）

615.4175

615.4176

4．充氮压力的计算及充氮步骤

（1）充氮压力的计算

根据地面温度，静液柱压力和井内泥浆温度查表5确定充氮压力，为了确定精确的充氮正力，需用内插法计算充氮压力值。

1）选定与地面实际温度最接近的地面温度的表格。

2）选定与测试深度的实际泥浆温度最接近的表中泥浆温度。

3）一旦选定了确切表格，且根据表格确定了泥浆温度，即可确定用于实际测试深度液柱压力的确切充氮压力。

如果实际静液柱压力与表格中静液柱压力不符，可应用下列公式去确定与此静液柱压力相应的充氮压力：

充氮压力

式中　Pn――充氮压力，MPa；

　CPh――表中高静液柱压力下的充氮压力，　MPa；

　CPL――表中低静液柱压力下的充氮压力，MPa；

　Ha－一实际静液柱压力，MPa；

　HL――表中低静液柱压力，MPa

例一

静液柱压力Ha＝40MPa井温　　　160℃地面温度15℃

计算充氮压力Pn

查附表2（6）

CPh=21.19CPL=17.96HL=34.47

＝20．55MPa

（2）充氮步骤

1）充氮前，用氧分析仪检查氮气纯度，氮气纯度必须高于99%。

2）连接好氮气瓶与增压泵，增压泵出口管线与增压泵连接，用氮气吹通管线，清除空气及杂物。

3）增压管线与工具连接。

4）用氮气瓶压力向工具内充氮气2.76MPa，然后释放掉，以清除工具中的氧。

5）用增压泵，往工具内充氮直到要求的充氮压力，关掉增压泵，拧紧工具上的氮气注入阀。

5．操作压力的计算

各种LPR-N测试阀，最小操作压力见附表1。

由于此表未考虑摩阻，球阀上下压差及其它可能误差，如泥比重偏差，测试深度偏差、低精度压力表的误差等。

因此最小操作压力附加3.45MPa做为实际操作压力。

（1）选择与所使用规格的LPR-N测试阀相应的表格。

（2）选定实际测试深度的泥浆温度与表中最接近的温度。

（3）如实际静液柱压力介于表中两个静液柱压力之间，则用下列内插法公式计算出操作压力。

操作压力

式中P1一一操作压力，MPa；

Ph一一表中高静液柱压力下的操作压力，MPa；

PL一一表中高静液柱压力下的操作压力，MPa；

PHa一一实际静液柱压力，MPa；

PHL一一表中低静液柱压力，MPa；

例二：

静液柱压力PHa＝40MPa井底温度160℃

用5LPR一N阀测试，计算操作压力

查附表1（3）

Ph=6.86PL=6.28PHL=34.47

=10.2MPa

6．功能试验

（1）试压介质为清水或乳化油。

（2）计量部分加满硅油。

（3）球阀以下试压68.94MPa，稳压5钟。

（4）球阀上部试压34.5MPa，稳压5分钟。

（5）对工具充氮气27.6MPa，稳压3小时为合格。

（6）将四只剪销装入动力接头。

（7）对上下外压孔同时加泵压31MPa，延时5分钟后氮气腔压力应增至28.3MPa。

（8）泵压继续增加到41.4MPa（127mm工具球阀打开压力应为35.5±0.7MPa）稳压10分钟，氮气压力应增至38.6±0.7MPa

（9）将上下传压孔压力释放至31MPa，保持10分钟，氮气压力应为33.8±0.7MPa，球阀关闭。

（10）将压力释放至零，保持10至15分种，计量套上下压力完全平衡。

（三）APR-A反循环阀

1．工作原理

下井时，APR-A反循环阀的剪切心轴的位置被剪销所限定，处于将反循环孔堵塞的位置。

测试结束后，向环空施加泵压，环空压力作用在剪切心轴上，剪断剪销，剪切心轴向下运动，打开反循环孔，实现反循环。

2．结构

API-A反循环阀由上接头、中心短节、下接头、剪切套、销铂和剪切芯轴等组成见图4—3所示。

表4－5　API-A阀技术规范

总成号

615.4116

615.411

外径mm（英寸）

127.76

（5.03）

99.57

内径mm（英寸）

57.15

（2.25）

46

组装长度mm（英寸）

914.4

（36.0）

736.6

端部扣型

31/2″API

内平

37/8″EUE

剪切压力MPa每只剪销

3.34

3.69

3．计算操作压力

工具下井前要根据井深、泥浆比重、套管最大破裂压力数据确定APR-A阀应装的剪销个数。

n－剪销数，个；

Pj－实际静液柱压力，MPa；

P1一LPR-N阀操作压力，MPa；

PP一每只剪销剪切强度，MPa／只；

APR-A阀操作压力

P2=n·PP－Pj（14一16）

式中　　P2－APR-A阀操作压力，MPa；

　　n－剪销数。

PP一剪销强度；MPa／只；

Pj一实际静液柱压力；

例三

　5″APR一A阀

已知：

Pj=40MpaP1＝10.2MPaPp=3.34

7″套管N-80抗内压强度出68.67MPa

计算剪销数和A阀操作压力

取18只

强度校核n·PP=18×3.34=60.12MPa＜68.67MPa

操作压力

P2=n·PP－Pj

＝18×3.34—40＝20.12MPa

4．性能检验

（1）内压试验

工具整体试压68.9MPa，稳压5min为合格，如果稳不住压应拆卸工具，更换有关密封元件后重新试压。

（2）功能试验

如图4一4所示，将下接头上的四个带丝扣的小孔中的三个用塞子堵住，将压力管线接到未堵住的孔上，在中心短节两边丝扣后面的槽内装上O形圈，检验循环阀是否在预定的压力下打开。

安装20只剪销127.76mm工具打开循环阀的压力应为66.9+7MPa；99.57mm工具打开循环阀的压力应为：

73.8±7MPa

（四）APR-M2反循环阀

APR-M2阀是一种可以作为循环阀、安全阀和取样阀的多功能阀。

1．工作原理

终流动结束后，向环形空间加压，使环空压力大于操作LPR－N