摘要
辽河油田是一个有着40多年开发历史的老油田，其稠油产量占据原油产量的半壁江山，其稠油开采工艺主要为蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD和火驱。以加热原油温度降低其粘度的方法，在多轮次生产之后套管都会不同程度地受到损坏。套管整形技术是套管修复主体技术之一。针对梨形胀管器整形技术难应用于近井口井段、液压整形技术单次整形的长度有限等问题，研制了一种新型的机械液压复合套管整形工具。新型机械液压复合套管整形工具主要由高强度合金钢多级胀头、加长管柱（选配）、液压增力器、水力锚、安全泄压装置等部分组成。通过理论计算，给出了胀头的材料强度、液压增力器推力、水力锚锚爪数量及压力阀值等建议值，通过梨形胀管器技术和复合套管整形技术现场应用对比，证实使用机械液压复合套管整形技术，可将作业时间大幅度缩短，具有良好的应用前景和推广价值。
关键词
随着油田开发时间的增长，套管容易发生变形。为了保证油田的产量，须通过套管整形技术来修复套管。梨形胀管器整形技术，主要依靠管柱自身的重力对变形井段进行修复，由于管柱重力有限，特别当变形井段离井口较近时，管柱较轻，无法实施整形施
新型机械液压复合套管整形工具主要由高强度合金钢多级胀头、加长管柱（选配）、液压增力器、水力锚、安全泄压装置等部分组成（见
图1 机械液压复合套管整形工具
Fig.1 Mechanical‑hydraulic compound casing shaping tool
高强度合金钢多级胀头结构如
图2 高强度合金钢多级胀头
Fig.2 Multistage expansion head of high strength alloy steel
液压增力器也叫增力液缸。遵循帕斯卡定律，液压作用在活塞截面积上通过活塞杆输出载荷，通常采用多级液缸串联的形式以达到输出较大载荷的效
图3 液压增力器结构示意
Fig.3 Structure diagram of the hydraulic booster
水力锚的结构如
图4 水力锚结构示意
Fig.4 Structure diagram of the hydraulic anchor
安全泄压装置结构如
图5 安全泄压装置示意
Fig.5 Structure diagram of the safety relief device
根据帕斯卡定律，密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传播，即液压增力器每个液缸获得了相同大小的压强。液压缸提供的推力由液体作用面积决定。推力大小由
| （1） |
式中：F——增力器推力，kN；P——泵车提供的压力，MPa；N——增力器液缸级数，无量纲；R——增力器液缸内圆半径，mm；r1——增力器活塞通孔半径，mm；ri-i≥2，增力器活塞外圆半径，mm。
7 in（1 in=25.4 mm，下同）的液压增力器，液缸7级，外径150 mm，壁厚15 mm，则内径为120 mm；活塞外圆半径70 mm，活塞通孔直径20 mm。假设每一级液缸结构参数相同，当泵车提供1 压力时，产生的推力F≈55.7 kN。
由欧拉公式得活塞杆的临界力：
| （2） |
式中：Fcr——活塞杆临界力，N；E——活塞杆材料弹性模量，Pa；I——惯性矩，
5½ in液缸活塞杆长度600 mm，活塞杆外径50 mm，活塞杆内孔内径15 mm。活塞杆材料弹性模量E取为200 GPa。活塞杆横截面惯性，其中D为活塞杆外径，d为活塞杆通孔内径。
将以上数据代入
图6 活塞杆变形
Fig.6 Piston rod deformation
待修井换封作业时，下Ø105 mm通井规通至1398.68 m遇阻。该井油层套管钢级为P110，套管内径121.36 mm，套管壁厚为9.17 mm。测井解释结果见
梨形胀管器主要依靠管柱的重力产生的冲击力对变形套管进行修复，对于井深不到2000 m、管柱悬重有限、套管钢级高及套管变形幅度大的问题梨形胀管器工艺技术尚无在此井况下实施成功的先例。
液压整形工艺技术要求液压整形作业时，水力锚不能位于射孔井段。待修井的井况为：射孔井段1377.70~1434.80 m，缩径井段1395.00~1399.00、1432.00~1435.00 m。如果使用液压整形工艺技术，水力锚必然位于射孔井段。液压整形工艺技术就是牺牲作业时间赢得大的作用力。单次行程200 mm，一次液压整形施工时间10 min左右。严重变形井段反复整形次数为10次左右。对于7 m长的缩径井段需要的整形时间大约为58.3 h。
将梨形胀管器工艺和套管液压整形工艺相结合创立机械液压复合套管整形工艺技术。利用
采用机械液压复合套管整形工艺技术，分别下入Ø110、114、116 mm机械液压复合套管整形工具。3次整形后，Ø114 mm2 m整筒式通井规顺利通过变形井段通至人工井底1527 m。作业时间缩短3 d，缩短幅度37.5%。针对套管钢级高壁厚的特点，研制了专门针对高钢级整形的高强度合金钢多级胀头。现场使用2种胀头（见
图7 改进前的胀头
Fig.7 Expansion head before improvement
图8 改进后的胀头
Fig.8 Improved expansion head
（1）机械液压复合套管整形工艺技术成功解决了P110以上钢级高强度套管长变形段整形问题，快速高效。
（2）机械液压复合套管整形工艺技术压力阀值公式的提出提高了该套管整形技术理论化程度。
（3）机械液压复合套管整形工艺技术目前已成功应用10井次，表明机械液压复合套管整形工艺技术具有较好的推广价值。
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