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4－1LPR－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615.4171127（5）57.15（2.25）4993.6（196.60）31/2″API内平扣hLalhCPHHCPCPPn894.6hLalhCPHHCPCPPn894.6)(615.4173118.9（4.68）56.8（2.00）5132.3（202.06）31/2″API内平扣615.41799.06（3.90）45.72（1.80）5026.2（197.88）27/8″EUE8牙油管扣615.417577.7（3.06）28.4（1.12）4241.03（166.97）23/8″EUE8牙油管扣表4－２LPR－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)615.41711.93615.41133118.9(45/8)615.41732.65615.4113399.06(37/8)615.4172.14615.4110777.7(3)615.41751.52615.41175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)615.4171615.41739615.22768118.9(45/8)615.4173615.41735615.2276899.06(37/8)615.417615.41784615.2093477.7(3)615.4175615.41769615.22448表4－２LPR－N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)615.4175615.41764．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=34.4796.17894.647.3440)96.1719.21(45.3894.6)(1LLalhPPHPHPPP45.3894.6)(1LLalhPPHPHPPP45.328.6894.647.3440)28.686.6(＝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=10.2MPa6．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。PjPPPn3.1011.1834.33.102.10403.101PjPPPn（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4－5API-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31/2″API内平37/8″EUE剪切压力MPa每只剪销3.343.693．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=3.347″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＝20.12MPa4．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pjPPPn9.61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取样循环阀规范总成号外径mm（英寸）内径mm（英寸）组装长度mm取样体积ml端部连接剪断压力MPa/只615.61