第4章APR全通径测试工具及工艺Word格式.docx
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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
组装长度
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)
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
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)
1.93
615.41133
118.9(45/8)
2.65
99.06(37/8)
2.14
615.41107
77.7(3)
1.52
615.41175
表4-3密封件包
常温密封件包
高温密封件包
615.41739
615.22768
615.41735
615.41784
615.20934
615.41769
615.22448
表4-2 LPR-N计量阀
计量阀
615.4172
615.41785
615.41775
615.41786
615.4178
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
615.4116
615.411
外径mm(英寸)
127.76
(5.03)
99.57
内径mm(英寸)
57.15
46
组装长度mm(英寸)
914.4
(36.0)
736.6
端部扣型
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
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。
终流动结束后,向环形空间加压,使环空压力大于操作LPR-N阀的压力6.9MPa左右,这个压力作用在动力心轴上,剪断剪销,动力心轴向上运动,使球阀关闭,取到流动时的地层样品,这就是M2取样功能,动力心轴继续向上运动,撞击密封心轴井剪断限定密封心轴的剪销时,回复弹簧就会推动密封心轴向上运动,于是循环孔打开可以进行反循环,这就是M2阀的循环功能。
在关闭取样器的同时,弹性卡箍滑入锁定槽内,使取样器在井下一直保持关闭状态,即测试管柱处于关井状态,这就是M2阀的安全功能。
2.结构
APR-M2阀由循环阀、动力部分、取样器三部分组成。
循环阀由上外筒、循环管、压缩心轴、回复弹簧、循环接头等组成。
动力部分由剪切套外筒、剪切套、剪销、剪切套盖、压差外筒、压差心轴等组成。
取样器是由球阀部分和放样部分组成。
APR-M2阀的底部有一银带槽心轴,又称为下锁管,在下锁管糟的上方套着一个弹性卡箍,如果下锁管向上运动,卡箍就会掉入槽内,将下锁管锁往,使其不能上、下运动。
APR-M2阀的结构见图(4一5A,B)。
3.技术性能
表4一6APR-M2取样循环阀规范
mm
取样体积
ml
端部连接
剪断压力
MPa/只
615.6105
127.76
(5.03)
3444.7
2775
31/2″API内平
3.69
615.602
50.8
3397
2258
31/2″API内平
615.6028
37/8″65A特殊
615.603
45.97
(1.81)
3457
1768
27/8″8牙油管扣
615.604
25.4
(1.00)
2907.3
1000
23/8″8牙油管扣
3.58
表4一7APR-M2循环安全阀规范
615.6019
2294.6
615.6025
2220.7
615.6035
2223.3
615.6041
1573.5
(1)APR-M2取样循环阀卸掉一个球阀就改装为循环安全阀。
4.计算操作压力0
工具下井前应根据井深、泥浆比重来确定APR-M2阀安装的销子个数。
式中n-剪销数,只;
Pj一实际静液柱压力,MPa;
Pp-每只剪销剪切强度,MPa/每只销APR-M2阀操作压力P3=n·
式中 P3一APR一M2阀操作压力
例四
5″APR-M2阀
Pj=40MPaP1=10.2Pp=3.69
计算装剪销数和操作压力
取16只
P3=n·
=16×
3.69-40=19.04MPa
(五)BIGJOHN震击器
BIGJOHN震击器的作用与TR震击器完全相同。
1.结构
BIGJOHN震击器由震击心轴、花键外筒、液压缸、震击锤、计量套、计量锥体、计量调节螺母、压力平衡活塞、下心轴、下接头等组成。
详见结构如图4一6所示。
2.工作原理
B1GJOHN震击器的工作原理与TR震击器的工作原理相似。
所不同的是,操作震击器时,上油室的液压油可以从两条通道流入下油室,一条是计量套与液压缸之间是很小的间隙,另一条通道是计量锥与计量套下部的内圆锥面之间的间隙(可以调节)。
通过计量调节螺母调节计量锥与计量套下部的内圆锥面之间的间隙,可以改变震击器的液压延时时间。
(1)37/8″震击器625.244。
1)最小内径31.75mm。
2)最大外径99.06mm。
3)压缩状态总长度1524mm。
4)行程254.0mm。
5)推荐操作拉力44482-111205.6N。
6)最大操作拉力311375.5N。
7)功能试验拉力177928.9N,重复拉10次,第10次的计量时间应为1一2分钟。
8)上端连接引扣型31/8″8N一3母扣。
9)下端连接引扣型31/8″8N一3公扣。
10)选用接头
625.24404上接头27/8″EuE8牙油管母扣。
625.24414下接头27/8″EuE8牙油管公扣。
625.24407上接头27/8″API正规母扣。
625.24413下接头27/8″API正规公扣。
(2)5″震击器件625.243
1)最小内径44.45mm。
2)最大外径127.76mm。
4)行程254mm。
6)最大操作拉力489304.4N。
7)功能试验拉力222411.1N,重复拉10次,第10次的计量时间应为1一2分钟。
8)上端连接引扣型31/2″API贯眼母扣。
9)下端连接引扣型31/2″API贯眼公扣。
625.24344震击器轴37/8″6牙专用短节齿梯形扣(CAS)公。
625.24345下接头37/8″6牙专用短节齿梯形扣(CAS)母。
625.24351震击心轴31/2″API内平母扣。
625.24352下接头31/2″API内平公扣。
(六)全通径液压循环阀
1.作用原理
全通径液压循环阀可接于测试阀以上或测试阀以下。
当接于测试阀以下时,该工具作为封隔器的上部旁通,在插入生产封隔器时,帮肋释放测试阀下面升高的压力。
当该工具按于测试阀以上时,可在测试后作为循环阀使用。
操作全通径液压循环阀不需要旋转,当对工具施加钻压后,液压计量装置要延时2min,以关闭旁通孔,延时机构保证在旁通孔关闭前使RTTS封隔器坐封或插入生产封隔器。
上提不延时即可打开旁通。
全通径液压循环主要由延时计量系统和旁通部分组成。
见图(4-7)。
计量系统由浮动活塞。
花键外筒、短节、计量套、计量,及加油外筒、锁定活塞和硅油等组成。
旁通部分由循环套、循环外筒和下接头组成。
(1)工具外径118.9mm。
(2)工具内径57.15mm。
(3)组装长度、压缩状态2126.5mm;
拉伸状态2202.7mm。
(4)上端连接扣31/2API内平母扣。
(5)下端连接扣31/2API内平公扣
(6)关闭旁通操作负荷8964.4-13346.7N。
(7)计量系统最大载荷274900N。
表4-8 旁通关闭所需时间
载荷
温度℃(F)
N(1bs)
88964.4
(20000)
111205.6
(25000)
133446.7
(30000)
37.8(100)
3:
15
2:
55
39
93.3(200)
05
31
148.9(300)
36
23
204.4(400)
44
26
13
表4-9 试验压力与计量时间
实验压力
MPa(Psi)
计量时间(分:
秒)min:
s
41.36(6000)
34.47(5000)
27.58(4000)
20.68(3000)
13.79(2000)
6.89(1000)
2:
3:
06
21
52
4:
6:
42
(七)全通径放样阀1.作用为了获得比APR一M2取样器取到更多的样品,就必须用全通径放样阀将APR一M2与LPR一N测试阀之间圈闭的样品放出来,全通径放样阀通常松在测试阀顶端,而回收样品的体积由APR一M2与测试阀之间所加钻铤的多少来确定。
全通径放样阀由本体、放样塞、阀芯、管塞、限位螺母和O形圈组成详见图(4一8)。
3.全通径放样阀技术规范见表12
表4-10全通井放样阀技术规范
外径mm
(英寸)
内径mm
端部扣形
615.2167
615.4129
615.41292
615.2093
127.0
(5.0)
118.87
297.94
304.8
31/2″内平
(八)全通径伸缩接头
1.作用与原理
全通径伸缩接头的作用是在管柱中提供一段伸缩长度以帮助补偿钻井浮船的上、下浮动。
这样,在伸缩接头以下的工具上的钻压就可保持恒定。
该工具也可与常观测试工具管串组合,接在测试器以下进行常规测试。
在测试期间,当操作钻杆使测试阀换位时,提供一段自由行程,有利于开关井的操作。
伸缩接头应用包括:
裸眼测试、套管测试和挤水泥、施行增产措施等。
伸缩接头的工作原理是:
当浮式钻井船向上运动时,钻杆将伸缩接头拉长,于是管柱的内容积增加,同时,在伸缩接头内的一个压差活塞将同样量的流体排入管柱内,结果是净的内容积没有变化。
相反,浮式钻井船向下运动则排出流体。
这是体积平衡型伸缩接头,其压力平衡的特征是最大限度地缩小压力激动。
每个伸缩接头有1.524米的行程。
为了获得较大的自由行程我们可以多用几个伸缩接头,但是,它们必须放在一起,一个接在另一个的顶部,因为工具的液压性能要求伸缩接头只能放在管柱的一个位置。
如果我们使用的伸缩接头不只一个、且不是一个接在另一个顶部,那么,从理论上说,最上部的一个伸缩接头走完它的1.524米行程,然后接着是接在其下面的一个,如此等等,当每个伸缩接头走完行程后,就会发生轻微的碰撞。
见图4一9结构示意图。
如果将伸缩接头和伸缩接头安全阀连接起来使用,万一钻杆折断的话,它们就可以用来帮助控制油井。
2.技术性能
(1)37/8″伸缩接头
1)最大外径99.1mm
2)最小内径45.7mm
3)自由行程1524mm
4)压缩状态组装长度3385.2mm
5)上端连接扣型27/8″EUE8牙油管母扣
6)下端连接扣型27/8″EUE8牙油管公扣
(2)5″伸缩接头
1)最大外径127.00mm
2)最小内径57.2mm
4)压缩状态组装长度4016.7mm。
5)最大抗拉强度1754823.6N。
6)爆破压力115.1MPa。
7)挤毁压力90.3MPa。
8)上端连接扣31/2″API内平母。
9)下端连接扣31/2″API内平公。
(九)RTTS反循环阀
RTTS反循环阀是一种同时可做为循环和旁通阀的锁定开、关型工具。
此阀与RTTS封隔器和RTTS2型封隔器配套使用。
起下钻RTTS循环阀处于打开状态起旁通作用,当封隔器坐封时,RTT
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