新興尾管完井工具研究現(xiàn)狀

新興尾管完井工具研究現(xiàn)狀

隨著國內(nèi)油田的快速發(fā)展，尾管固井井尾水井技術(shù)也取得了迅速發(fā)展。固井和井壓形成了幾種形式和發(fā)展趨勢。作為側(cè)井、井壓、超井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井和特殊技術(shù)井的不可或缺的井壓方法之一。隨著尾管固井完井技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)尾管懸掛器和回接裝置等尾管完井工具也不斷成熟和完善,能滿足不同井況條件固井和特殊尾管懸掛要求,為尾管完井提供了技術(shù)手段。目前,由于深井、超深井、小間隙井等復(fù)雜井采用尾管固井完井技術(shù)優(yōu)勢明顯,該技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。因此,全面分析國內(nèi)尾管固井完井方式及尾管完井工具的特點(diǎn)和現(xiàn)狀,為復(fù)雜條件下的尾管固井完井提供技術(shù)參考。1尾管固井完井技術(shù)大力發(fā)展近年來,除常規(guī)尾管完井方式外,針對復(fù)雜條件下的特殊井況,逐步形成尾管防砂完井、旋轉(zhuǎn)尾管固井和膨脹套管完井等系列新興尾管固井完井技術(shù),極大推動了我國尾管固井完井技術(shù)的發(fā)展。1.1小井眼固井質(zhì)量的改善小井眼一般指穿過目的層的井段是用小于ue54f177.8mm鉆頭鉆成的井眼,多采用尾管懸掛方式進(jìn)行完井,面臨井眼環(huán)空間隙小、扶正器下入困難和水泥環(huán)薄等困難,造成固井質(zhì)量差,后期作業(yè)困難。為了提高小井眼固井質(zhì)量,針對小井眼窄間隙固井的難點(diǎn),可采取4項(xiàng)技術(shù)措施:1)優(yōu)化隔離液和水泥漿體系性能,提高頂替效率。2)進(jìn)行下套管模擬通井和模擬分析,保障井眼暢通。3)進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè),增大井眼尺寸,下入小尺寸扶正器,提高固井質(zhì)量。4)下入非API特殊套管,優(yōu)選環(huán)空間隙,以解決制約小井眼射孔和修井的問題。1.2篩管完井技術(shù)逐步完善隨著近年來篩管完井的興起,篩管類型系列不斷完善,形成包括打孔篩管、割縫篩管、精密濾砂管、控流篩管、膨脹割縫管和膨脹篩管等系列類型,尾管防砂技術(shù)也得到迅速發(fā)展。針對不同地質(zhì)、防砂及采油要求,可進(jìn)行尾管篩管完井、篩管頂注完井、管內(nèi)防砂完井、尾管分段完井和免鉆塞尾管完井等防砂完井方式,尾管先期防砂完井技術(shù)逐步完善。懸掛常規(guī)篩管完井工藝已較為成熟,采用封隔器進(jìn)行篩管頂部注水泥,并可在油層段下入管外封隔器,實(shí)現(xiàn)地層卡封、分層,以滿足油井分層處理、分段開采的要求。免鉆塞工具和膨脹篩管等國內(nèi)最新研發(fā)的工藝,在勝利油田應(yīng)用取得較好效果,2010-07,膨脹篩管尾管完井首次在套管內(nèi)實(shí)現(xiàn)套損井管內(nèi)防砂應(yīng)用。1.3尾管回接設(shè)備尾管回接技術(shù)就是當(dāng)尾管重疊段封固質(zhì)量不合格發(fā)生油氣水竄或上層套管發(fā)生套管損壞,為滿足生產(chǎn)需要,使用回接裝置將套管從井內(nèi)某個位置回接到井口。近年來,隨著特殊井、復(fù)雜井的不斷增多,現(xiàn)場出現(xiàn)了越來越多的難題,尾管回接裝置可以滿足特殊套管的回接問題。目前,尾管回接固井技術(shù)已在復(fù)雜深井、探井、高壓氣井和修井補(bǔ)救中廣泛應(yīng)用,技術(shù)較為成熟。1.4提高固井質(zhì)量針對尾管下入過程中摩阻大和水泥漿頂替效率低等問題,旋轉(zhuǎn)尾管能解決斜井和水平井尾管難下到位和尾管偏心的問題,活動套管固井可以提高固井質(zhì)量。旋轉(zhuǎn)尾管固井必須采用旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器和旋轉(zhuǎn)水泥頭,所旋轉(zhuǎn)的尾管應(yīng)選用高扭矩套管。目前,國外技術(shù)在我國各海上油田和新疆、四川等地區(qū)應(yīng)用達(dá)數(shù)百口井,國內(nèi)旋轉(zhuǎn)尾管固井技術(shù)也逐步發(fā)展,已在勝利、新疆、四川等地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。應(yīng)用表明,該工藝是尾管順利下到位和取得優(yōu)良固井質(zhì)量的有力保證,能夠提高第二膠結(jié)面固井質(zhì)量以及頂替效率,防止氣竄的發(fā)生。1.5ue54f139.7mm套管側(cè)鉆井技術(shù)膨脹套管技術(shù)能有效地擴(kuò)大完井內(nèi)徑和改善側(cè)鉆井的固井質(zhì)量,以達(dá)到實(shí)現(xiàn)最大完井直徑的一種新興的工程技術(shù),該技術(shù)均采用尾管完井方式。利用膨脹套管作為技術(shù)套管,封堵裸眼復(fù)雜井段形成“臨時井壁”,優(yōu)化井身結(jié)構(gòu),減少井下復(fù)雜情況,以解決深井和特殊工藝井鉆遇高壓層、漏失層等復(fù)雜地層鉆井難題。針對國內(nèi)ue54f139.7mm套管側(cè)鉆井因完井尾管內(nèi)徑小而影響后期生產(chǎn)作業(yè)的問題,采用膨脹套管作為完井尾管,有效增大完井套管內(nèi)徑,從而可下入常規(guī)修井工具,實(shí)施分層開采和機(jī)械防砂等系列措施,如圖1。目前,勝利油田鉆井院研發(fā)的膨脹套管技術(shù)已在勝利、新疆等地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用,創(chuàng)造并保持國內(nèi)膨脹套管應(yīng)用新紀(jì)錄,取得良好的應(yīng)用效果。1.6尾管鉆井技術(shù)簡介尾管鉆井技術(shù)是鉆進(jìn)和下套管作業(yè)同時進(jìn)行,主要用于對相鄰地層存在很大壓差的困難井段進(jìn)行短距離快速鉆進(jìn),是套管鉆井技術(shù)的一種類型,能有效降低鉆井成本,減少井下事故,尤其對存在井壁坍塌等復(fù)雜異常情況的深井意義重大。尾管鉆井時,尾管作為鉆柱的一部分,尾管和鉆桿同時入井,鉆進(jìn)和下尾管作業(yè)同時完成,如圖2。國外已經(jīng)完成尾管鉆井技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用,國內(nèi)尾管鉆井技術(shù)研究才剛起步,尚未進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)。2尾管懸掛器及尾管回接裝置隨著尾管完井技術(shù)的不斷發(fā)展,作為尾管完井至關(guān)重要的工具,尾管懸掛器和尾管回接裝置也不斷得到完善。常規(guī)尾管懸掛器一般都采用卡瓦式懸掛,統(tǒng)稱為卡瓦式懸掛器;近年來興起的膨脹式懸掛器采用橡膠擠壓懸掛密封,自研發(fā)后迅速占領(lǐng)市場份額。2.1旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器卡瓦式懸掛器按照功能分,可分為常規(guī)卡瓦懸掛器、封隔式尾管懸掛器、旋轉(zhuǎn)式尾管懸掛器、內(nèi)嵌卡瓦式尾管懸掛器和防腐蝕式尾管懸掛器等。經(jīng)過多年的發(fā)展,常規(guī)卡瓦懸掛器已經(jīng)較為成熟和完善,包括機(jī)械式尾管懸掛器、液壓式尾管懸掛器和機(jī)械-液壓雙作用尾管懸掛器,現(xiàn)已形成系列化產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于各類尾管完井中。下面簡單介紹幾種近年來研發(fā)的最新懸掛器產(chǎn)品。在漏失井、高溫/高壓井等特殊井中,尾管重疊段固井質(zhì)量差,不能形成有效密封,容易引起油氣水竄。封隔式尾管懸掛器兼?zhèn)鋺覓烀芊夤δ?可解決尾管頭密封難題,防止套管重疊段密封不嚴(yán)而發(fā)生水(氣)竄,適合氣井尾管固井和漏失井、水平井等的復(fù)雜井況,該型封隔式尾管懸掛器已進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)場應(yīng)用,如圖3。旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)尾管下入和旋轉(zhuǎn)尾管固井,解決尾管下入遇阻問題,提高尾管固井質(zhì)量。國內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)出系列規(guī)格的旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器,如圖4,并已進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn),已在勝利、新疆等地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),完成了固井期間尾管的全程旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了坐掛、丟手及旋轉(zhuǎn)功能,有效提高尾管固井質(zhì)量。為解決常規(guī)尾管懸掛器不適宜超深井、大位移井和小間隙井等復(fù)雜井的問題,研發(fā)了內(nèi)嵌卡瓦式尾管懸掛器,利用卡瓦側(cè)面承載的坐掛機(jī)構(gòu),獨(dú)立的雙液缸、雙錐體、雙排卡瓦結(jié)構(gòu)使坐掛能力更強(qiáng),坐掛成功率更高,提高了承載能力,如圖5?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,內(nèi)嵌卡瓦尾管懸掛器對懸掛尾管長、井下易漏失等復(fù)雜井況具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。對于富含腐蝕性氣體的油氣井,尾管及完井工具需選用抗腐蝕性的特殊材料或特殊鋼級。因此,防腐蝕式尾管懸掛器優(yōu)選出抗腐蝕的金屬和橡膠材料,如圖6所示,具有良好抗H2S和CO2氣體腐蝕性能及較好力學(xué)性能,解決了高溫高壓腐蝕環(huán)境下密封技術(shù)難題。該懸掛器已在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用,滿足了高含酸性氣井固井工具防腐蝕技術(shù)要求。2.2回接處與密封總成分離其密封組件在插入回接筒后實(shí)現(xiàn)密封功效,主要用于尾管重疊段或整個尾管環(huán)空無水泥的情況?；亟友b置和插頭均帶有封隔功能,尾管回接及固井后,重新建立新的密封,尾管頂部和底部環(huán)空受水泥和橡膠雙重密封。具有回接和密封雙重功能,回接插頭與密封總成之間可根據(jù)現(xiàn)場需要連接不同長度的套管,固井后送入鉆具與密封總成分離。通過液壓作用,套管被持久地擴(kuò)張膨脹進(jìn)入到打撈器中,提供嚴(yán)密的金屬密封和機(jī)械強(qiáng)度,回接處具有可與原套管相比的機(jī)械完整性,能與井下鋼管重新連接而不減小原來的內(nèi)徑。該裝置由Read修井公司研發(fā),已于2002年首次應(yīng)用。2.3倡導(dǎo)環(huán)空漏失的價值膨脹式懸掛器是一種基于膨脹套管技術(shù)發(fā)展而來的新型膨脹管膨脹坐掛、多種密封相結(jié)合的尾管固井工具。采用橡膠膨脹擠壓懸掛,具有雙向承載、小間隙、大通徑等特點(diǎn),解決了常規(guī)卡瓦單向懸掛、無密封的缺陷,滿足后期完井壓裂要求;且懸掛點(diǎn)穩(wěn)定,消除了套管重疊段的環(huán)空漏失問題,因而極具推廣應(yīng)用價值,如圖7。膨脹式懸掛器根據(jù)功能,可分為套管膨脹懸掛器、篩管膨脹懸掛器和旋轉(zhuǎn)尾管膨脹懸掛器3類產(chǎn)品。主要懸掛套管,并能夠完成固井要求,通過尾管管柱承壓形成壓力腔,懸掛器本體的膨脹坐掛;可以懸掛長段、與懸掛器本體等徑的大口徑尾管。用于懸掛篩管,依靠懸掛器自身形成的獨(dú)立密封腔進(jìn)行膨脹坐掛,同時,也可用于修井作業(yè)中的懸掛小套管。可旋轉(zhuǎn)尾管,提高頂替效率和固井質(zhì)量,坐掛后提供尾管頭密封,兼顧膨脹懸掛器和旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的優(yōu)勢。目前,國外許多公司相繼研發(fā)了多種各具特色的膨脹尾管懸掛器,自2001年投入商業(yè)應(yīng)用以來,獲得廣泛應(yīng)用。國內(nèi)方面,勝利石油管理局研發(fā)的膨脹懸掛器自2009年首次應(yīng)用以來,已在側(cè)鉆井和加深井等尾管完井中產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。3特殊尾管完井技術(shù)為了提高油井產(chǎn)能和效益,尾管完井方式日趨多樣化。在深井超深井、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井和特殊工藝井中,對特殊尾管及工具的需求也較為迫切。國內(nèi)尾管固井完井技術(shù)及工具與國外先進(jìn)水平相比,仍存在差距,可在以下3方面深化研究。1)應(yīng)用特殊尾管,引入新興完井方式。目前,國內(nèi)逐步研發(fā)出膨脹套管、膨脹篩管及控流篩管等特殊尾管,且多采用尾管完井方式,在今后的尾管完井中,特殊尾管也將發(fā)揮越來越大的作用。此外,像免鉆塞完井、分段完井和分段控流完井等新興完井方式也將在尾管完井中大放異彩。2)多手段提高尾管固井質(zhì)量。目前,尾管完井特別是深井小井眼和側(cè)鉆井,其固井質(zhì)量難以保證,需要從尾管、懸掛器和水泥漿等各方面綜合考慮,進(jìn)行特殊水泥漿及固井工藝研究,采用擴(kuò)眼或液壓膨脹扶正器等方式,應(yīng)用旋轉(zhuǎn)尾管或膨脹套管等特殊工藝,多方面、多手段提高尾管固井質(zhì)量。3)尾管懸掛器向多功能化、簡單化和可靠性發(fā)展。特殊井況下對懸掛器功能及可靠性要求較為苛刻,尾管懸掛器應(yīng)具備多功能性,