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1、n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
2、;(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)Champ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
3、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
4、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,
5、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41 LPRN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615.4171127(5)57.15(2.25)4993.6(196.60)31/2API内平扣615.4173118.9(4.68)56.8(2.00)5132.3(202.06)31/2API内平扣615.41799.06(3.
6、90)45.72(1.80)5026.2(197.88)27/8EUE8牙油管扣615.417577.7(3.06)28.4(1.12)4241.03(166.97)23/8EUE8牙油管扣表4 LPRN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)615.41711.93615.41133118.9(45/8)615.41732.65615.4113399.06(37/8)615.4172.14615.4110777.7(3)615.41751.52615.41175表43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)615.41
7、71615.41739615.22768118.9(45/8)615.4173615.41735615.2276899.06(37/8)615.417615.41784615.2093477.7(3)615.4175615.41769615.22448 表4 LPRN计量阀工具外径mm(英寸)总 成 号计量阀计量阀127(5)615.4171615.4172615.41785118.9(45/8)615.4173615.41775615.4178699.06(37/8)615.417615.417877.7(3)615.4175615.4176 4充氮压力的计算及充氮步骤 (1)充氮压力的计算
8、 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,MP
9、a 例一 静液柱压力Ha40MPa 井温160 地面温度 15 计算充氮压力Pn 查附表2(6) CPh =21.19 CPL=17.96 HL=34.47 2055MPa (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
10、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PHa40MPa 井底温度 1
11、60 用5 LPR一N阀测试,计算操作压力 查附表1(3) Ph =6.86 PL =6.28 PHL =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35.50.7MPa)稳压10分钟,氮气压力应增至38.60.
12、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33.80.7MPa,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43所示。表45API-A阀技术规范总成号615.4116615.411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31/2API内平37/8EUE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 PPPj (14一16) 式中P2APR-A阀操作压力,MPa; n剪销数。 P