57、胜利钻井院]实体膨胀管技术在套管补贴中的应用.doc

第六届全国石油钻井院所长会议论文集实体膨胀管技术在套管补贴中的应用何育荣 朱海波 唐 明 马建忠（胜利石油管理局钻井工艺研究院石油完井研究所，山东东营，257000）【摘 要】 随着油田开发后期的到来，套损井越来越多。而目前采用的常规套管补贴技术无法满足长井段、高井温的要求以及施工工艺复杂、工序多、修复后井眼内径变化较大的问题，提出了膨胀管套管补贴技术。本文介绍了膨胀管补贴的原理及在王70-63、辛109-40、梁38-1等多口井上进行套管补贴的应用情况。应用结果证明，该技术克服了以往套管补贴技术存在的不足，具有施工工艺简单、套管修复后能产生永久性密封且井眼尺寸变化小等特点，具有广阔的推广应用前景。【关键词】 膨胀管 套管 补贴前言实体膨胀管技术就是将管柱下入井底，用膨胀锥以液力或机械力的方法使管材永久变形，从而达到增大井眼内径的目的。该技术可应用于钻井、完井及修井等作业过程，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。目前在国外有多家石油技术服务公司，如Enventure公司、Weatherford公司等，可以提供膨胀管的技术服务，其中最有名的是壳牌和哈里伯顿合资的Enventure公司。从2000年至2005年，该公司共在全球20个国家为72个客户完成313口井次膨胀管施工，累计使用膨胀管106000m，2003年、2004年每年施工的井次达到100口以上。国内西南石油学院开展了“钻井实体膨胀管技术研究”，对实体膨胀管的膨胀进行了塑性变形有限元分析；成都钢铁公司引进了成套的实体膨胀管生产线；胜利石油管理局钻井工艺研究院正在承担中石化课题“膨胀管技术研究及应用”，目前该项目有了实质性的进展，已进行了多次地面试验及井下模拟试验，并成功地在王70-63、辛109-40、梁38-1井进行了套管补贴的现场应用。随着油田开发时间的延长，特别是到油田开发的中、晚期，油水井井下套管的损坏将越来越严重，套管故障井的数目将越来越多。这已成为各油田普遍存在的严重问题，其中胜利油田套管损坏井已占总井数的1/10。套管损坏，不仅使油水井无法正常生产(尤其是分层开采井)，给井下作业(尤其是分层作业)造成困难，而且直接降低井的使用寿命，影响油田开发井网的完善和最终采收率，给整个油田开发的综合经济效益带来严重影响。针对这个问题，最简单有效的方法就是对损坏套管进行补贴作业。以往的补贴方法，如水力、波纹管补贴技术，均对管柱的密封性有较高的要求，波纹管补贴技术用环氧类胶与套管粘接、密封，其固定力度低，易于脱落，并且耐高温性差，不适合注汽热采井。爆炸焊接补贴技术只能用于套管外约束力较大的井段，不适合对埋藏浅、地层胶结疏松、固井质量未作评价的井进行修复。而膨胀管补贴技术能够胜任各种条件下的套管补贴作业。1 膨胀管技术概况1.1 膨胀管技术膨胀管是用API标准序列的套管下入技术套管内，然后用特殊工具和工艺将下入的套管膨胀与上层技术套管内壁紧贴。在裸眼部分可注水泥，在套管内重叠部分具有悬挂和密封元件。两层套管之间的内径差仅仅是膨胀后套管的壁厚。膨胀管技术的最大优点在于，管柱在井下径向膨胀以后，其外壁可以紧贴上层管柱内壁，节省了两层套管之间的环形空间，也就相当于节省了井眼直径。（见图1）实体膨胀管技术是通过机械的或液压的方式使膨胀锥受压或受拉从管柱中穿过，使管柱永久变形，增大井眼内径的技术。1.2 膨胀管的应用1.2.1 钻井方面图1 膨胀管技术（1）优化井身结构。在套管程序设计上应用膨胀管技术，可减少套管层次，在保证下部井径尺寸不变的情况下，可使上部井眼采用较小尺寸的技术套管，从而提高机械钻速和降低钻井成本。对于超深井，可减少井眼锥度，提高处理井下突发事故的能力，从而钻更深的井眼，以便顺利达到勘探开发目的。（2）封隔缩径、坍塌、井漏或高压层。对于在钻井设计中没有预料到的井眼缩径、井壁坍塌、地层漏失或高压，如果通过处理和调整钻井液性能的方法仍难以凑效，常规的方法是通过补下一层技术套管来封隔。由此缩小了井径，给下一步施工带来了潜在的风险。应用膨胀管技术，可在保持与同层技术套管尺寸不变的情况下来封隔上述复杂层段，为下一步施工创造条件。1.2.2 套管修补作业方面（1）修复补贴。适用于套管腐蚀穿孔、破裂裂纹裂缝、螺纹漏失的修复以及误射孔的补救等，与爆炸整形、磨铣打通道等工艺结合，可解决套管错断、坍塌、长井段弯曲等复杂套管变形井的修复问题。（2）调整补贴。由于地层的非均质性，经过一段时间的开发，出现层间矛盾恶化的现象。为充分挖掘层间潜力往往需要分层开采，利用补贴技术可实现此目的，使调整开发层系的工艺取得更理想的施工效果。（3）封堵高含水层段。利用补贴工艺对油井的高含水油层实施补贴，减少高含水井段的干扰，挖掘低动用层的潜力。实体膨胀管补贴技术具有以下特点：（1）膨胀管可满足长井段的补贴需求，连接简便，且膨胀后也不影响螺的密封性能。（2）对漏失部位进行有效封堵的同时也加固了老井套管，提高了套管的抗外挤强度。（3）膨胀管串两端的密封橡胶件具有耐压、耐高温、耐腐蚀等特性，可保证较长的有效期限。2 膨胀管技术在王70-63井的应用2.1 井况胜利油田王70-63井是王70断块一口改层射孔井，上作业后发现在735750m处套管破裂。经过井下电视系统的检测，确定在深度744.65m处有一高度为3cm的破裂带，压力较高，并伴随着大量的出砂现象，造成油井下部砂埋，砂面高度998.83m。由于存在套管漏失现象，采油厂无法对下部砂柱进行处理，决定套管补贴后再进行冲砂作业。2.2 应用效果王70-63井采用了108mm实体膨胀管，壁厚为7mm，长度为8.43m，在该膨胀管两端分别有三块橡胶筒，下端有可膨胀螺纹连接至膨胀启动器。本次作业采用机械与液压相结合的方式进行膨胀施工。补贴后，膨胀管外径为119.6mm，内径为106.2mm，壁厚为6.7mm。在清水15MPa的条件下进行套管试压，5min压力不降，证明该段套管补贴成功。王70-63井应用实体膨胀管技术进行套管补贴后，经过测试悬挂及密封合格，为下一步采油和修井作业提供了更多选择。3 膨胀管技术在辛109-40井的应用3.1 井况辛109-40井在239.32240.10m井段处由于套管漏失，目前停产，为了恢复生产，经过多方论证，决定采用实体膨胀管对井深239.32240.10m处的漏失点进行补贴。该井224.41m以上套管为139.7mm9.17mm，而224.412317.75m井段为139.7mm7.72mm，因此在补贴段的上方套管存在变径的情况，给膨胀工具的下入带来了极大的困难。3.2 套管补贴管柱结构示意图辛109-40套管补贴管柱结构示意图如图2所示。图2 辛109-40井补贴管柱结构示意图3.3 施工过程（1）采用131刮管器刮管，采用118.5mm1000mm通井规通井至260m以下；（2）采用封隔器分别对239.32240.10m处的漏失段上下方采用清水试压15MPa，确认稳压5min不降为合格；（3）实体膨胀管补贴组合下入井内；（4）通过液压使井内的实体膨胀管完成膨胀；（5）补贴后试压。在钻塞之前，首先对补贴井段上部密封进行试压，要求清水15MPa，5min不降；（6）钻塞。使用平底磨鞋钻穿球座。3.4 应用效果（1）相关数据套管漏失段深度：239.32240.10m，漏失段长：0.78m；套管漏失处套管规格：139.7mm7.72mm，深度：239.32m；补贴井段：234.8243.93m；膨胀后膨胀管所在井段：235.2243.93m。实体膨胀管膨胀前后数据对照表膨胀管长度 m膨胀管外径 mm膨胀管内径 mm膨胀前10.87108.394.1膨胀后10.49120.3106.2伸缩率3.49%11.1%12.8%（2）本井采用了108mm实体膨胀管，壁厚为7mm，长度为9.13m，在该膨胀管两端分别有两块橡胶筒，下端有可膨胀螺纹连接至膨胀启动器。因膨胀过程非常顺利没有采用机械方式来辅助膨胀，完全采用液压的方式进行膨胀施工。施工过程中，膨胀压力均匀，施工非常顺利。（3）该井224.41m以上套管为139.7mm9.17mm，224.412317.75m井段为139.7mm7.72mm，因此在补贴段的上方套管存在变径的情况，给膨胀工具的下入带来了极大的困难，经过我们的努力和技术改进，最终使膨胀管顺利下到预定深度。（4）改进后的工具经受住了复杂情况的考验。该井施工所用的膨胀工具及膨胀管是在王70-63井现场应用以及随后的多次地面试验的基础上进行改进后的产品，在这次补贴施工中，改进后的工具经受住了套管变径等复杂情况的考验，膨胀工具的改进获得了成功。（5）关封井器，套管试压10MPa，5min不降，套管补贴获得成功。辛109-40井套管补贴的成功，是钻井院自主研发的膨胀管技术继王70-63井现场应用后的再次成功应用。该次现场应用的成功，表明钻井院实体膨胀管技术日趋成熟，为该技术的进一步推广应用打下了坚实的基础。4 膨胀管技术在梁38-1井的应用4.1 井况梁38-1井在井深190280m处由于套管漏失，目前井漏停产，为了恢复生产，经过多方论证，决定采用实体膨胀管对井深190280m处的漏失点进行补贴。4.2 应用效果（1）相关数据套管漏失段深度：240250m，漏失段长：10m；套管漏失处套管规格：139.7mm7.72mm，深度：240m；套管严重腐蚀段深度：190280m；本井采用了108mm实体膨胀管，壁厚为7mm，总长度为101.03m；补贴井段：190280m；膨胀后膨胀管所在井段：187.02282.23m。实体膨胀管膨胀前后数据对照表膨胀管长度 m膨胀管外径 mm膨胀管内径 mm膨胀前10.87108.394.1膨胀后10.49120.3106.2伸缩率3.49%11.1%12.8%（2）该井的施工克服了极大的困难。该井同辛109-40井一样，在补贴段的上方存在着变径，同时，该井又是在近百米的井段进行补贴，因此给膨胀工具的下入带来了极大的困难，经过广大技术人员的努力和技术改进，最终使膨胀管顺利下到预定深度。（3）在这次补贴施工中，膨胀工具及膨胀管经受住了套管变形、膨胀连接螺纹多等复杂情况的考验，证明这套膨胀工具在技术上成功的。（4）膨胀连接螺纹经受住考验。在101.03m的补贴长度内，共有12个膨胀连接螺纹，施工的风险极大。如果有一个螺纹的水力密封性能和机械完整性能达不到要求，就会造成整个施工的失败，12个连接螺纹在膨胀施工过程没有出现任何异常情况，表明钻井院已经完全掌握了较为成熟的膨胀管连接螺纹技术，该技术是膨胀管关键技术之一。（5）关封井器，套管试压10MPa，5min不降，套管补贴获得成功。梁38-1井施工的成功，是国产膨胀管技术第一次在超过百米井段上的套管补贴应用，标志着钻井院实体膨胀管套管补贴技术已完全成熟，下一步的工作就是膨胀管补贴的推广应用以及实现膨胀管在侧钻井领域的应用。5 结论（1）实体膨胀管套管补贴技术操作方便简单，用橡胶筒密封，悬挂力度大，不易松动脱落，密封可靠，可耐高温，适用套管损坏类型广，如变形套管整形后的加固、套管断错但没有位移或位移量不大时的加固、破裂套管的修复、误射孔井段的封堵、已射开水层的封堵等。（2）实体膨胀管与原井套管形成双层套管，提高了套管的强度，延长套管的使用寿命。（3）实体膨胀管技术适用套管损坏的任意井深，能将补贴管在井下对接至所需长度，是修复套损井的一项切实可行、值得推广的修井技术。（4）王70-63、辛109-40及梁38-1井套管补贴的应用实践证明，钻井工艺研究院自主研发的膨胀管技术是成熟的，这将为其他方面的应用如优化井身结构、解决钻井生产中的井壁稳定、井漏等复杂情况和完井作业方面的某些技术难题提供新的技术方法。参考文献1 Wood E T, Dobson A W.Down Hole Pipe Expansion Apparatus and Method. 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