工艺技术第章APR全通径测试工具及工艺及培训教材

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1、工艺技术第章 APR 全通径测试工 具及工艺及培训教材 工艺技术第章 APR 全通径测试工 具及工艺及培训教材 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。

2、 （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）Champ封隔器，如果要穿过采油

3、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、

4、结构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

5、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 41LPRN 测试阀规范 总成号外径 mm（英寸

6、） 内径 mm（英寸） 组装长度 mm（英寸） 连接扣 615.417112757.154993.631/2API （5）（2.25）（196.60）内平扣 615.4173118.9 （4.68） 56.8 （2.00） 5132.3 （202.06） 31/2API 内平扣 615.41799.06 （3.90） 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 4LPRN 阀剪销数据 工具外径 mm（英寸）总成号剪断压力 M

7、Pa/只销剪销件号 127(5)615.41711.93615.41133 118.9(45/8)615.41732.65615.41133 99.06(37/8)615.4172.14615.41107 77.7(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)615.4171615.41739615.22768 118.9(45/8)615.4173615.41735615.22768 99.06(37/8)615.417615.41784615.20934 77.7(3)615.4175615.4176

8、9615.22448 表 4LPRN 计量阀 工具外径 mm（英寸）总成号计量阀计量阀 127(5)615.4171615.4172615.41785 118.9(45/8)615.4173615.41775615.41786 99.06(37/8)615.417615.4178 77.7(3)615.4175615.4176 4充氮压力的计算及充氮步骤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

9、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： h La lh CP HH CPCPPn 894 . 6 h La lh CP HH CPCPPn 894 . 6 )( 96.17 894 . 6 47.3440 )96.1719.21( 45 . 3 894 . 6 )( 1 L La lh P PHPH PPP 45 . 3 894 . 6 )( 1 L La lh P PHPH PPP45 . 3 28 . 6

10、894 . 6 47.3440 )28 . 6 86 . 6 ( 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 Ha40MPa 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 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。

11、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

12、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 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

13、，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 38.60.7MPa （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1工作原理 下井

14、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 615.41 16 615.41 1 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 37/8

15、EUE 剪切压力 MPa 每只剪 销 3.34 3.69 3计算操作压力3计算操作压力 P j P PP n 3 . 10 1 1 . 18 34 . 3 3 . 10 2 . 1040 3 . 10 1 P j P PP n 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=nPPPj（14 一 16） 式中 P2APR-A 阀操作压力，MPa； n剪销数。 PP一剪销强度；MPa只； P

16、j一实际静液柱压力； 例三 5APR 一 A 阀 已知：Pj=40MpaP110.2MPaPp=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 nPP=183.34=60.12MPa 68.67MPa 操作压力 P2=nPPPj 183.344020.12MPa 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： 73.87MPa （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