可膨脹管技術(shù)在油田采油中的應(yīng)用

可膨脹管技術(shù)在油田采油中的應(yīng)用

原油全球勘探和勘探主要集中在深水、海灘和海洋開發(fā)，這增加了勘探和開發(fā)石頭的難度。當(dāng)鉆井作業(yè)需要通過更深的過壓地層、枯竭地層或易塌易漏失地層時(shí),現(xiàn)有的技術(shù)是用不同直徑的鉆頭鉆進(jìn),并以不同直徑的套管以套筒的形式層層封固完成。在這種情況下,井越深,套管層次越多,井眼直徑就越大;反之,如果直徑一定,最終的井眼直徑更小,有可能鉆不到目的層或者即使鉆至目的層,但井眼太小,滿足不了開采及后續(xù)修井、增產(chǎn)等重入作業(yè)的要求。石油工作者一直在探尋更好的方法,以便優(yōu)質(zhì)快速、高效地鉆達(dá)目的層,最理想的是用同一種直徑的鉆頭鉆進(jìn),并用同一種直徑的套管完井,采用可膨脹管技術(shù)就可實(shí)現(xiàn)這一要求。可膨脹管技術(shù)可應(yīng)用于鉆井、完井、采油、修井等作業(yè)中,既能解決井眼變徑問題,又能大量節(jié)約作業(yè)成本,被認(rèn)為是21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)之一。擴(kuò)展工藝和主要用途1.膨脹管鋪設(shè)工藝可膨脹管分為可膨脹式割縫管和可膨脹式實(shí)體管兩大類。前者有一系列串聯(lián)的,互相交錯(cuò)的軸向割縫,割縫的布置使管柱易于膨脹;后者對選材要求更加嚴(yán)格,以利于膨脹。無論是割縫管還是實(shí)體管都是以常規(guī)的尺寸下到井內(nèi)預(yù)定位置,固定后注入水泥,在水泥候凝時(shí),利用驅(qū)動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)膨脹管產(chǎn)生永久變形,待水泥凝固后即完成固井或達(dá)到其它不同目的?？膳蛎浌芊夤碳夹g(shù)用于常規(guī)套管井段的工藝流程:擴(kuò)眼→下入膨脹管→注水泥→膨脹割縫管→候凝→鉆水泥塞及鉆進(jìn)。在實(shí)施工藝過程中應(yīng)注意以下幾方面的要求:(1)擴(kuò)眼時(shí)應(yīng)依據(jù)地層的壓力體系、地質(zhì)條件來確定擴(kuò)眼工具的類型和外徑。一般在異常壓力地層,擴(kuò)眼直徑應(yīng)大些,宜使用管下擴(kuò)眼工具;對于一般的易漏、易塌地層,擴(kuò)眼直徑可小些,選用雙心或偏心鉆頭即可。(2)可膨脹管是通過驅(qū)動(dòng)頭及與之相連的鉆柱送至井下的,驅(qū)動(dòng)頭與膨脹管用剪銷連接。當(dāng)膨脹管被送至預(yù)定位置,加力剪斷剪銷就可促使可膨脹管膨脹。膨脹管之間的可膨脹連接及可膨脹式套管附件是關(guān)鍵技術(shù),可膨脹管附件包括:①可膨脹引鞋,其作用一是引導(dǎo)可膨脹管的順利下入;二是幫助將膨脹管膨脹到底部。②不可膨脹扶正器,其作用是在斜井中使可膨脹管居中,以利于注水泥和固井?？膳蛎浌苤g為特殊螺紋連接,其基本原理是保證在膨脹前、膨脹過程中及膨脹后保持連接強(qiáng)度及密封的完整性,對于可膨脹割縫管需保持連接及抗拉、抗壓強(qiáng)度的完整性。因此,它要求驅(qū)動(dòng)時(shí)從外螺紋開始,以免脫扣。(3)在注水泥時(shí),對于可膨脹式割縫管只能應(yīng)用平衡塞注水泥技術(shù),為保證完全頂替水泥漿,必須在膨脹割縫管之前注水泥,并且割縫必須預(yù)先用樹脂類物質(zhì)予以填充。(4)鉆水泥塞,所用的鉆頭必須是欠尺寸的,以免破壞膨脹管。2.管柱及管柱的安裝可膨脹管技術(shù)還可應(yīng)用于鉆井、完井及開采、修井等作業(yè)過程中,既能解決井眼變徑問題,又節(jié)約大量成本。(1)可膨脹管用作應(yīng)急套管為了有效地解決復(fù)雜井段的井壁穩(wěn)定問題,最初人們試圖利用軟心水泥塞來封固井壁,但純水泥塞在后續(xù)作業(yè)中會(huì)由于鉆柱的劇烈沖擊震動(dòng)和摩擦而破碎、掉塊,從而失去封固效果。因此,人們就開發(fā)利用可膨脹管技術(shù)。其中可膨脹割縫管是金屬加強(qiáng),主要承受沖擊、磨損,配套使用的纖維水泥,具有耐磨性強(qiáng),摩擦系數(shù)低和抗應(yīng)力/應(yīng)變能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此,可膨脹管或割縫管纖維水泥封固技術(shù)得到了普遍肯定。對于可膨脹實(shí)體管,其本身與常規(guī)套管基本一致,因此,除了在驅(qū)動(dòng)和懸掛上存在一些技術(shù)難題之外,其他與尾管固井基本相同,其重點(diǎn)集中在管柱的選材、懸掛及膨脹等三方面。(2)可膨脹實(shí)體管用作尾管懸掛器可膨脹管用作尾管懸掛器,比常規(guī)尾管懸掛器和尾管上封隔器更簡單、經(jīng)濟(jì)。膨脹時(shí),其驅(qū)動(dòng)頭不是讓整個(gè)尾管膨脹,而僅膨脹一小段尾管(約10m)來形成尾管懸掛器,同時(shí),這一小段尾管還充當(dāng)尾管上封隔器?？膳蛎浳补軕覓炱骷补軕覓旌臀补苌厦芊夤δ苡谝簧?因而可最大限度地減少尾管頂部的擠水泥作業(yè)。與常規(guī)尾管懸掛器和尾管上封隔器相比,可膨脹尾管懸掛器可延長平均故障間隔時(shí)間,減少維修費(fèi)用。(3)可膨脹割縫管用于砂控北海南部殼牌公司對裸眼可膨脹防砂篩管進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。膨脹式防砂篩管下入到井中,當(dāng)驅(qū)動(dòng)頭穿過篩管時(shí),防砂篩管能夠膨脹直接緊貼井壁。由于研制了可膨脹連接,因而可將任意長度的篩管下入井中,膨脹后使其形成完整的防砂篩管。該防砂篩管共有3層,內(nèi)層是可膨脹割縫基管,中間用覆蓋片狀過濾材料纏繞,外層是可膨脹基管罩。膨脹式防砂篩管膨脹后會(huì)緊貼井壁,使篩管獲得良好的支撐,同時(shí)由于篩管和井壁之間沒有環(huán)空,減少砂粒的移動(dòng)、微粒的運(yùn)移和與之相關(guān)的篩管堵塞,還可最大限度地減少砂粒撞擊和沖蝕,增大濾砂面積,并且可以對儲(chǔ)層做進(jìn)一步的作業(yè)處理和控制。兩種可擴(kuò)展性管道的優(yōu)點(diǎn)1.管井的管井結(jié)構(gòu)可膨脹割縫管的優(yōu)點(diǎn):膨脹性能好,直徑可達(dá)原來的3倍;驅(qū)動(dòng)力小,容易實(shí)施作業(yè);選材要求不太苛刻,可借用常規(guī)套管或焊管;成本較低;可用作水平井完井的割縫篩管;可用作防砂篩管?？膳蛎浉羁p管的缺點(diǎn):不能用作生產(chǎn)套管,只能用作技術(shù)套管或應(yīng)急套管;不能用頂替方法注水泥固井,只能用平衡塞的方法;機(jī)械性能較差,抗內(nèi)壓主要依靠水泥環(huán)的強(qiáng)度和質(zhì)量;為了保證水泥環(huán)的厚度,必須擴(kuò)眼,對水泥漿性能也有特殊要求,一般使用纖維水泥。2.生產(chǎn)套管抗拉設(shè)備可膨脹實(shí)體管的優(yōu)點(diǎn):可用常規(guī)的頂替注水泥固井方法;機(jī)械性能較好,抗內(nèi)壓、外壓及抗拉應(yīng)力大,尤其抗內(nèi)壓的性能與未膨脹前基本一致;可用作生產(chǎn)套管;可用作尾管懸掛器?？膳蛎泴?shí)體管的缺點(diǎn):膨脹性能差,最大膨脹率約25%;膨脹力大,約為可膨脹割縫管的30倍;對選材的要求高;成本較高。具有廣泛的應(yīng)用可膨脹管技術(shù)是一項(xiàng)富有生命力的新興技術(shù),所涉及的研究內(nèi)容較多,是一個(gè)系統(tǒng)工程,其應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛?？膳蛎浖夹g(shù)研究主要集中在以下幾個(gè)方面。1.懸掛器的機(jī)械性能除要求良好的膨脹性能外,還必須對膨脹后管材的綜合機(jī)械性能進(jìn)行研究,尤其是實(shí)體管,必要時(shí)用作生產(chǎn)管柱或尾管懸掛器,其材料必須具有足夠的強(qiáng)度、良好的塑性、沖擊韌性和抗腐蝕、磨損及斷裂的性能。國外在這方面做了大量的研究工作,并對K-55和L-80兩種5英寸套管膨脹20%以后的機(jī)械性能進(jìn)行了測試,其機(jī)械性能有所降低,尤其是抗外壓性能下降30%。經(jīng)工藝改進(jìn)后,抗外壓性能大大提高,使綜合機(jī)械性能滿足APISpec5CT鋼的性能要求。2.膨脹管柱的連接要使可膨脹管技術(shù)真正應(yīng)用到石油鉆采行業(yè)中,連接技術(shù)非常關(guān)鍵,尤其是實(shí)體管,必須保證膨脹前后膨脹管管柱連接及密封的完整性和可靠性,這一方面國外做了大量的工作,設(shè)計(jì)出特殊的連接螺紋,對加工制造和現(xiàn)場施工都做了嚴(yán)格的規(guī)定。3.驅(qū)動(dòng)頭的選擇驅(qū)動(dòng)頭的作用是促使可膨脹管膨脹,其作用力的大小與管柱的幾何尺寸、壁厚及機(jī)械性能有關(guān)。目前研究應(yīng)用的有固定式驅(qū)動(dòng)頭和可變徑驅(qū)動(dòng)頭兩種,固定式結(jié)構(gòu)簡單,但工藝性較差;可變徑能保證膨脹管的膨脹,操作也簡便。為減少驅(qū)動(dòng)時(shí)的摩阻,驅(qū)動(dòng)頭上應(yīng)涂覆氧化鋯涂層。4.相關(guān)技術(shù)的研究應(yīng)根據(jù)可膨脹管的具體應(yīng)用情況來完善相關(guān)工藝可行性及工藝實(shí)施過程,如擴(kuò)眼、注水泥、鉆塞等都不同于常規(guī)的鉆井技術(shù)。工業(yè)意義重(1)可膨脹管技術(shù)能減小井眼錐度,簡化深井及深探井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在鉆井過程中能節(jié)約鉆井設(shè)備及材料費(fèi)用,為開