膨胀管补贴工艺技术的应用与认识

1、膨胀管补贴工艺的应用与认识膨胀管补贴工艺技术的应用与认识摘要：近几年以来，江苏油田套损井数量不断增加，每年套损井增加的数量呈上升趋势，套损井治理成为油田开发的重要课题。目前在套损井治理过程中，对于破漏井段长，破损严重的井采取了多种修复手段，膨胀管补贴工艺技术是集团公司2005年新技术推广项目之一，该工艺在江苏油田应用解决了一部分复杂套损井的修复，并取得了较好的效果，本文介绍了膨胀管补贴施工实施过程、施工难点和认识。关键词：膨胀管 补贴 工艺 应用 认识一、前言目前油田有各类套损井200多口井，套损形式主要有错断、缩径、变形、穿孔和破裂等，其中穿孔和破裂的套损井占套损井总井数的48%，目前修复此

2、类套损井通常采用悬挂小套管和挤灰进行修复。悬挂小套管修复后井眼内径缩小，对后期的措施生产带来了一定的难度；挤灰修复套管的局限性大，一是不能对较长的破漏段进行封堵，二是封堵的效果不理想，挤灰施工的成功率不高。2005年，集团公司引进了一项套损井修复工艺技术膨胀管补贴技术，该技术是国外发展的一项新工艺，是套损井修复的有效手段之一，目前已应用6口井。二、膨胀管补贴工艺原理1、结构组成膨胀系统由膨胀管组合和内部膨胀工具组成，膨胀管下部有一个可钻式铝合金底塞，膨胀管上、下各有五道密封胶圈，起到悬挂和密封的作用。膨胀管有内镀层，用以减少膨胀过程中的阻力，补贴管接头为平接型的左旋螺纹，在安装过程中用特制提升

3、接头（见图1）；内部工具由膨胀器、刮泥器和工作管柱组成。 图1膨胀管提升接头2、工艺原理膨胀管补贴原理是将SLX-80型钢材制造的膨胀管与在地面预先安装好的膨胀器一起，下到设计井深后（欲补贴井段），在地面向工作管柱内加液压，使膨胀器内的膨胀盘片爆破，膨胀锥脱离浮鞋，依靠液压力和钻杆的提升力实现膨胀管膨胀。膨胀管悬挂器分别坐封于欲破漏井段或射孔井段的上、下的完好套管上，同时起到密封的作用，从而封隔破漏井段或射孔井段。（见图2）a 下井b 膨胀234567811、原井筒套管2、可钻式底塞3、实体膨胀管4、膨胀管密封胶圈5、膨胀锥6、刮泥器7、膨胀工作管柱8、原套管破漏位置图2膨胀管补贴工艺原理示意

4、图3、井筒要求进行膨胀管施工的井要求套管技术规格清楚， 现有技术措施能检测清楚套损情况，套损位置清楚；井筒通井顺畅无阻，对于51/2套管，通径要求达到120mm以上；套管补贴井段狗腿度最大不能超过12度/30米。 4、性能特点该技术是ENVENTURE公司的专利技术，用于套管内补贴、裸眼井补贴及裸眼井尾管悬挂等。套管补贴深度：0-4000米；套管补贴长度：20米-2000米；71/2套管补贴后井眼内通径大于135mm，51/2套管补贴后井眼内通径大于103mm，在51/2套管补贴段的耐压值：抗外压大于20MPa，抗内挤压大于35MPa，补贴段清水试压大于15MPa，耐温大于180，有效期5年以

5、上。三、施工工艺研究1、前期调研为了在油田开展好膨胀管补贴施工，我们相关人员到胜利油田进行调研，目的是了解现场施工前的准备工作及施工过程中技术关键控制点，通过前期调研，发现胜利油田在施工中存在以下问题：一是管柱密封问题，由于在施工时最高压力达到30-40MPa，常用的2-7/8钻杆是靠钻杆节箍端面密封，试压时在压力达到28MPa时管柱就会出现刺漏，使工作管柱内压降过快，导致膨胀打压时影响补贴效果；二是专用工具准备不充分，施工周期长。膨胀管补贴施工所用工具有些是非常规修井用工具，任何一专用工具准备不到位都会影响施工进度。2、施工工序及入井安装要求(1)、 井筒准备，用专用120mm柱式铣刀或12

6、0mm梨形磨鞋清除补贴段的毛刺、铁锈、结垢等杂物，并循环清洗至地面。并用120mm通井规通井，遇阻不超过12kN为合格，对用于补贴的管柱进行试压40MPa。(2)、找出破漏井段，采用工程测井和双级封隔器找出破漏井段准确位置。(3)、现场装配膨胀器，膨胀器安装在最下部一根膨胀管底部，其顺序依次为：膨胀锥、膨胀扶正器和安全接头。安装好膨胀器后管鞋用可钻铝合金底塞封堵好，并用铆钉对角固定。(4)、用专用接头下入所有的膨胀管。使用专用提升接头，依次下入膨胀管柱，实体膨胀管为特制的左旋扣，平接型，在下入井内时公头向上。井口采用套管卡瓦与安全卡瓦双保险坐挂膨胀管管柱，膨胀管上扣时采用带式扳手上扣，紧扣时采

7、用链钳或12B的大钳紧扣，接头上扣扭拒不得低于0.056KN.m，最大扭矩为1.22kN.m，并在每根膨胀管内充入干净的入井液。下完全部膨胀管后，在最后一根膨胀管公扣上安装作业小平台。（5）、下入内部工作管柱内部工作管柱，依次为安全对扣接头、刮泥器、短节、23/8钻杆。对扣接头是与膨胀器上部对扣打捞的工具，刮泥器是防止钻台上的杂物被带入井内。当对扣接头下至膨胀管底部膨胀器安全接头外时，下转管柱10圈对扣，对扣后上提工作管柱，若工作管柱与膨胀管能够整体上提，说明对扣成功，卸掉工作小平台和套管卡瓦与安全卡瓦，续下入上部工作管柱(平式油管或27/8外加厚油管)，将膨胀管下至预定补贴井段。(6)、补贴

8、施工接上由壬头，用高压软管连接水泥车和钻杆，地面管线试压40MPa。把膨胀锥上提到第一个密封圈要安装的深度，上提管柱负荷至工作管柱负荷，水泥车向工作管柱加压到膨胀器内膨胀盘片爆破的压力，该膨胀盘片爆破的额定压力为27.6MPa。盘片爆破后，增加排量到80L/min，当指重表指示整个管柱重量有所减少时，司钻提起整个管柱，保持大约管柱的50%悬重。继续膨胀直到膨胀锥通过第一个密封圈。释放压力进行上提测试到90kN左右，如果发现膨胀管被上提，马上停止上提测试，重新打压。膨胀完第一根立柱，直到钻杆的接头已高出钻井平台，位于合适的卸扣高度，停泵泄压。卸掉起出的钻杆，接上由壬及高压软管，重复上述步骤继续膨

9、胀，至到膨胀完整个管柱。膨胀结束后，循环洗井作业，整个膨胀管可以根据操作方的需要进行压力测试，最高测试压力为15MPa。然后起出井内工具。磨铣浮鞋、用钻杆下入103mm平底磨鞋，将补贴管下端的浮鞋磨掉，再下入103mm柱式铣刀修整膨胀管管鞋，同时大排量洗井，清除碎屑。起出井内工具，补贴完毕。3、施工技术准备本次引进应用的是51/2套管内膨胀补贴工艺，用于封堵套管穿孔、破漏、破裂及炮眼封堵等。(1)、工作管柱选择由于钻杆为台阶密封，施工压力较高，稍有不慎易泄漏，而补贴时上提负荷较大，从管柱密封性能，管柱强度以及接头强度来考虑，通过分析对比，选用3油管来代替钻杆，保证其密封效果，同时也能达到施工中

10、的抗拉、抗压的要求。(2)、工具的配套对XJ350大修机进行相关性能的测量，发现补心卡瓦座处的斜面过短，坐挂高度(h)过小，不能满足套管卡瓦安全坐挂的要求，针对这一情况，我们设计加工了可取式专用补心卡瓦座，将该装置坐于大修车方补心卡瓦座之上，这样可方便地坐套管卡瓦，解决了膨胀管在井口的悬挂问题。可取式专用补心卡瓦座HXJ350补心卡瓦座套管卡瓦膨胀管hhXJ350补心卡瓦座 a 安装前 b 安装后 图3 坐挂补心使用前后对比(3)、提升设备的选择由于膨胀补贴要实施钻磨施工，提升负荷较大，井口操作高度比常规作业高，因此选择了XJ350修井机作为提升设备。(4)、施工的地面控制 膨胀管施工中，上提

11、拉力与水泥车的泵压的配合至关重要，在泵压与上提拉力的控制需要同时进行，为了便于地面指挥操作，对700型压裂井口的高压四通进行改造，通过高压胶管把压力表连接至大修车拉力表一侧的位置，这样可以同时看到施工过程中的压力与拉力，给地面指挥者提供最直接的判断依据。同时，在四通一侧安装泄压阀，当施工压力大于安全压力时，泄压阀自动泄压，保证了施工安全。拉力压力四通泄压阀钻台工作管柱图4 地面控制示意图四、施工过程中的难点与对策1、验套采用硼中子等测井方法，可大致找出套管破漏井段，而膨胀管补贴需要更准确的破漏位置，为准确确定破漏段的上下限，在补贴前需用封隔器再次确认。真166井找漏时，开始选用Y211-114

12、封隔器和Y111-114封隔器组合找漏，两次找漏均失败，经过分析原因，认为Y211-114和Y111-114封隔器组合在解封前不能沟通油套空间，如果井筒为满井筒液状况下，解封时需要克服套管静液柱压力，解封拉力较大，解封易造成胶筒损坏(见图4)，而找漏施工往往要多次座封解封，因此就更容易损坏，为此选用了井下作业处自行研制的WJK跨隔测试封隔器和PT封隔器组合，该封隔器组合胶筒耐磨性强，旁通阀可防止提活塞，能满足多次座封施工，下井后准确地找出了漏失井段，找漏一次成功。 静液压力Y111封隔器筛管Y211封隔器丝堵PT封隔器平衡通道 筛管WJK封隔器平衡通道 解封前沟通油套空间静液压力静液压力压力平

13、衡筛管静液压力 a Y111/Y211组合 b WJK/PT组合图5 封隔器组合对比2、补贴长度膨胀过程使得膨胀管轴向上缩短(约4%)，因此对于补贴井段较长的井，经过认真计算，精确地考虑膨胀管的使用长度，结合测井结果留出膨胀管安全余量长度，避免施工失败或有效期短。膨胀管长度计算：H（DL1L2）×（14%）式中：H膨胀管长度，m；D破漏井段长度，m； L1膨胀管胶圈整体长度，m；L2安全余量，m3、井筒影响对于井斜超过40°的井，由于井斜因素的影响，管柱在井筒上消耗的磨阻大，使膨胀施工的启动压力、施工压力和上提拉力参数都大大增加(见表2)，给施工带来不安全因素，为此，对于大

14、斜度井施工时，充分考虑因斜度大而造成的相关施工压力的增加，同时，在选井上，尽量避免选大斜度井。井号最大井斜补贴井段(m)坐封测试拉力(t)启动压力(MPa)过提拉力(t)平均施工压力(MPa)真16642º×2304、2390.4m1793.17-1820.147303-1025新富8337.33°×2075.00m2102.64-2119.292145.00-2205.008827272-103-101820永73.75º×2900.00m1844.00-1873.007326-815闵35-654.03º×14

15、50m1193.00-1214.009345-2522庄2-2115 º×515.6m1687.10-1747.508326-1015范42.45º1436.50-1441.007285-1016表1 膨胀管补贴井施工参数表4、工序优化在施工准备中，通井、刮削、管柱验封是必需的施工工序，通过优化施工工序，采用投棒试压球座，把刮削管柱和试压管柱合二为一，既缩短了施工时间，同时又保证了施工环保的要求，降低施工费用。管柱磁力投棒试压球座刮削器a 刮削状态 b 试压状态 c 起钻状态图6 刮削、试压二合一管柱示意图 另外，在井筒前期准备过程中，对于井筒不复杂的井，前期除通

16、刮井外无其它工序时，直接上大修车后起出的管柱要从钻台上倒单根到地面，费时费力，采用通井机进行前期作业更为合理，而对于井筒较复杂的井，可直接上大修车进行处理。5、钻磨浮鞋由于膨胀后内通径为103mm，钻磨浮鞋时，必须使用23/8钻杆，应用小钻杆钻磨时，对钻磨参数的控制要求高，在第一口井钻磨浮鞋过程中，我们按照ENVENTURE设计上要求的钻压和钻速进行钻塞，钻压15-20KN，转速60转/分，钻塞用时2.5小时(外方提供时间为40分钟)，起出钻塞管柱后，检查磨鞋，磨鞋底部外围有轻度磨损，后来，我们对磨鞋进行改进，把磨鞋底部外围改为钨钢柱齿，同时在施工中加大钻压至20-30KN，提高转速至70-8

17、0转/分，目前钻塞时间只用40-50分钟就可以完成，提高了施工效率。五、现场应用1、典型井例(1)、油井实例真166井因产液全水于2005年8月停产，2006年4月，用Enventure实体膨胀管补贴技术对真166井破漏井段1793.17-1820.14m进行了补贴，补贴井段，补贴后试压15MPa，稳压30分钟不降，补贴合格。恢复生产后日产液3.3m3，油2.1m3，含水36.36%。(2)、水井实例永7井由于注水层段上部套管在1844.0-1873.0m破漏，无法正常注水，破漏段曾进行挤灰封堵，但效果不好，2006年7月采用Enventure实体膨胀管补贴技术对破漏段进行封堵，封堵井段186

18、3.95-1875.86m，补贴后试压12 MPa，稳压30分钟不降，补贴合格。恢复注水后日注水30 m3，注水压力19.5 MPa。2、应用效果2006年4-12月，江苏油田运用Enventure实体膨胀管补贴技术修复套损井6口7个漏失段，成功率100%。实践证明，该工艺技术在封堵套管穿孔、破漏、破裂及射孔段上，技术先进、可靠，操作简单，一次补贴长度大，成本低，成功率高，补贴效果明显。较好地利用了油井资源，提高油水井利用率。井号井别破漏（射孔）段m补贴井段m试压情况备注真166油1793.17-1820.141788.03-1824.57试压15MPa合格恢复采油新富83油2102.64-2

19、119.292093.66-2123.45试压11.9MPa合格恢复采油2145.00-2205.002143.38-2207.45永7水1844.00-1873.001863.95-1875.86试压12MPa合格恢复注水闵35-6油1193.00-1214.001183.96-1221.93试压10MPa合格恢复采油庄2-21油1687.10-1747.501683.92-1753.96试压12MPa合格恢复采油范4油1436.50-1441.001425.54-1448.03上下有射孔段，未试压恢复采油表2膨胀管补贴井施工数据表六、认识与建议1、几点认识(1)、膨胀管补贴与常规套管修复相

20、比具有明显的优势：膨胀管可满足长井段的补贴需求，连接简便，且膨胀后也不影响丝扣的密封性能；老井套管与膨胀管间无需填充其它介质，通过金属与金属弹性膨胀，接触面整合良好，两层套管间通过密封胶圈达到坐挂和密封的要求； 膨胀管补贴套管，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；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)、膨胀管技术先进、高效，补贴后井眼内径变化很小，膨胀管补贴后套管内通径变为103.02mm（见表3），如果要打开补贴后的下部油水层，可用89弹射孔，而悬挂小套管只能用73弹射孔，相比之下可提高射孔完善性，满足常规开采的

21、需要，有利于后续生产措施的实施。名称膨胀前膨胀后 原套管外径139.7 mm内径124.26 mm补贴管外径107.95 mm116.76 mm内径95.25 mm104.52 mm通径92.08 mm103.02 mm壁厚6.35 mm6.12 mm管体抗内压56.8MPa50.6 MPa表3 补贴前后膨胀管参数变变化情况(3)、膨胀管补贴施工前用封隔器验套、找漏措施是必不可少的，一是可以核实补贴井段上部的套管是否完好，二是可以进一步核实测井结果，准确确定破损段，使补贴施工更具有针对性，既可以防止漏补破损段，又可以节省昂贵的膨胀管管材。如在新富83井施工中，该井是一口新井封堵射孔段，补贴前按

22、相关部门要求未进行找漏，补贴完射孔段后试压不合格，重新找漏后，发现上部套管还有破漏段，又进行第二次补贴；南15井补贴前用封隔器进行找漏，经试压证实套管未破漏，避免了一次无效的补贴。应用井下自行研制的WJ跨隔测试封隔器和P-T封隔器找漏，其使用寿命长，可以满足多次坐封的要求，同时密封性能可靠，既保证前期的找漏，也满足后期的验套。(4)、对于膨胀管补贴的专用工具，进行保养后，大部分可重复使用，节约施工成本，在施工的6口井中，如套管吊卡、套管卡瓦、安全卡瓦和各种磨鞋等专用工具均重复使用。2、下步建议(1)、膨胀管补贴修复的油水井大多是年限较长、破损较严重的井，目前补贴施工井段的依据主要是封隔器找漏的结果，但对于腐蚀、穿孔的套管，破漏段附近的井筒状况都不理想，建议补贴前采用生产测井与封隔器找漏相结合，综合评价井筒状况，使补贴长度及补贴位置更加合理。(2)、江苏油田地处水乡地带，油水井大多数为定向井，加之地