可膨胀管技术在油田采油中的应用

可膨胀管技术在油田采油中的应用

原油全球勘探和勘探主要集中在深水、海滩和海洋开发，这增加了勘探和开发石头的难度。当钻井作业需要通过更深的过压地层、枯竭地层或易塌易漏失地层时,现有的技术是用不同直径的钻头钻进,并以不同直径的套管以套筒的形式层层封固完成。在这种情况下,井越深,套管层次越多,井眼直径就越大;反之,如果直径一定,最终的井眼直径更小,有可能钻不到目的层或者即使钻至目的层,但井眼太小,满足不了开采及后续修井、增产等重入作业的要求。石油工作者一直在探寻更好的方法,以便优质快速、高效地钻达目的层,最理想的是用同一种直径的钻头钻进,并用同一种直径的套管完井,采用可膨胀管技术就可实现这一要求。可膨胀管技术可应用于钻井、完井、采油、修井等作业中,既能解决井眼变径问题,又能大量节约作业成本,被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。扩展工艺和主要用途1.膨胀管铺设工艺可膨胀管分为可膨胀式割缝管和可膨胀式实体管两大类。前者有一系列串联的,互相交错的轴向割缝,割缝的布置使管柱易于膨胀;后者对选材要求更加严格,以利于膨胀。无论是割缝管还是实体管都是以常规的尺寸下到井内预定位置,固定后注入水泥,在水泥候凝时,利用驱动头驱动膨胀管产生永久变形,待水泥凝固后即完成固井或达到其它不同目的。可膨胀管封固技术用于常规套管井段的工艺流程:扩眼→下入膨胀管→注水泥→膨胀割缝管→候凝→钻水泥塞及钻进。在实施工艺过程中应注意以下几方面的要求:(1)扩眼时应依据地层的压力体系、地质条件来确定扩眼工具的类型和外径。一般在异常压力地层,扩眼直径应大些,宜使用管下扩眼工具;对于一般的易漏、易塌地层,扩眼直径可小些,选用双心或偏心钻头即可。(2)可膨胀管是通过驱动头及与之相连的钻柱送至井下的,驱动头与膨胀管用剪销连接。当膨胀管被送至预定位置,加力剪断剪销就可促使可膨胀管膨胀。膨胀管之间的可膨胀连接及可膨胀式套管附件是关键技术,可膨胀管附件包括:①可膨胀引鞋,其作用一是引导可膨胀管的顺利下入;二是帮助将膨胀管膨胀到底部。②不可膨胀扶正器,其作用是在斜井中使可膨胀管居中,以利于注水泥和固井。可膨胀管之间为特殊螺纹连接,其基本原理是保证在膨胀前、膨胀过程中及膨胀后保持连接强度及密封的完整性,对于可膨胀割缝管需保持连接及抗拉、抗压强度的完整性。因此,它要求驱动时从外螺纹开始,以免脱扣。(3)在注水泥时,对于可膨胀式割缝管只能应用平衡塞注水泥技术,为保证完全顶替水泥浆,必须在膨胀割缝管之前注水泥,并且割缝必须预先用树脂类物质予以填充。(4)钻水泥塞,所用的钻头必须是欠尺寸的,以免破坏膨胀管。2.管柱及管柱的安装可膨胀管技术还可应用于钻井、完井及开采、修井等作业过程中,既能解决井眼变径问题,又节约大量成本。(1)可膨胀管用作应急套管为了有效地解决复杂井段的井壁稳定问题,最初人们试图利用软心水泥塞来封固井壁,但纯水泥塞在后续作业中会由于钻柱的剧烈冲击震动和摩擦而破碎、掉块,从而失去封固效果。因此,人们就开发利用可膨胀管技术。其中可膨胀割缝管是金属加强,主要承受冲击、磨损,配套使用的纤维水泥,具有耐磨性强,摩擦系数低和抗应力/应变能力强等优点,因此,可膨胀管或割缝管纤维水泥封固技术得到了普遍肯定。对于可膨胀实体管,其本身与常规套管基本一致,因此,除了在驱动和悬挂上存在一些技术难题之外,其他与尾管固井基本相同,其重点集中在管柱的选材、悬挂及膨胀等三方面。(2)可膨胀实体管用作尾管悬挂器可膨胀管用作尾管悬挂器,比常规尾管悬挂器和尾管上封隔器更简单、经济。膨胀时,其驱动头不是让整个尾管膨胀,而仅膨胀一小段尾管(约10m)来形成尾管悬挂器,同时,这一小段尾管还充当尾管上封隔器。可膨胀尾管悬挂器集尾管悬挂和尾管上密封功能于一身,因而可最大限度地减少尾管顶部的挤水泥作业。与常规尾管悬挂器和尾管上封隔器相比,可膨胀尾管悬挂器可延长平均故障间隔时间,减少维修费用。(3)可膨胀割缝管用于砂控北海南部壳牌公司对裸眼可膨胀防砂筛管进行了现场试验。膨胀式防砂筛管下入到井中,当驱动头穿过筛管时,防砂筛管能够膨胀直接紧贴井壁。由于研制了可膨胀连接,因而可将任意长度的筛管下入井中,膨胀后使其形成完整的防砂筛管。该防砂筛管共有3层,内层是可膨胀割缝基管,中间用覆盖片状过滤材料缠绕,外层是可膨胀基管罩。膨胀式防砂筛管膨胀后会紧贴井壁,使筛管获得良好的支撑,同时由于筛管和井壁之间没有环空,减少砂粒的移动、微粒的运移和与之相关的筛管堵塞,还可最大限度地减少砂粒撞击和冲蚀,增大滤砂面积,并且可以对储层做进一步的作业处理和控制。两种可扩展性管道的优点1.管井的管井结构可膨胀割缝管的优点:膨胀性能好,直径可达原来的3倍;驱动力小,容易实施作业;选材要求不太苛刻,可借用常规套管或焊管;成本较低;可用作水平井完井的割缝筛管;可用作防砂筛管。可膨胀割缝管的缺点:不能用作生产套管,只能用作技术套管或应急套管;不能用顶替方法注水泥固井,只能用平衡塞的方法;机械性能较差,抗内压主要依靠水泥环的强度和质量;为了保证水泥环的厚度,必须扩眼,对水泥浆性能也有特殊要求,一般使用纤维水泥。2.生产套管抗拉设备可膨胀实体管的优点:可用常规的顶替注水泥固井方法;机械性能较好,抗内压、外压及抗拉应力大,尤其抗内压的性能与未膨胀前基本一致;可用作生产套管;可用作尾管悬挂器。可膨胀实体管的缺点:膨胀性能差,最大膨胀率约25%;膨胀力大,约为可膨胀割缝管的30倍;对选材的要求高;成本较高。具有广泛的应用可膨胀管技术是一项富有生命力的新兴技术,所涉及的研究内容较多,是一个系统工程,其应用领域也日益广泛。可膨胀技术研究主要集中在以下几个方面。1.悬挂器的机械性能除要求良好的膨胀性能外,还必须对膨胀后管材的综合机械性能进行研究,尤其是实体管,必要时用作生产管柱或尾管悬挂器,其材料必须具有足够的强度、良好的塑性、冲击韧性和抗腐蚀、磨损及断裂的性能。国外在这方面做了大量的研究工作,并对K-55和L-80两种5英寸套管膨胀20%以后的机械性能进行了测试,其机械性能有所降低,尤其是抗外压性能下降30%。经工艺改进后,抗外压性能大大提高,使综合机械性能满足APISpec5CT钢的性能要求。2.膨胀管柱的连接要使可膨胀管技术真正应用到石油钻采行业中,连接技术非常关键,尤其是实体管,必须保证膨胀前后膨胀管管柱连接及密封的完整性和可靠性,这一方面国外做了大量的工作,设计出特殊的连接螺纹,对加工制造和现场施工都做了严格的规定。3.驱动头的选择驱动头的作用是促使可膨胀管膨胀,其作用力的大小与管柱的几何尺寸、壁厚及机械性能有关。目前研究应用的有固定式驱动头和可变径驱动头两种,固定式结构简单,但工艺性较差;可变径能保证膨胀管的膨胀,操作也简便。为减少驱动时的摩阻,驱动头上应涂覆氧化锆涂层。4.相关技术的研究应根据可膨胀管的具体应用情况来完善相关工艺可行性及工艺实施过程,如扩眼、注水泥、钻塞等都不同于常规的钻井技术。工业意义重(1)可膨胀管技术能减小井眼锥度,简化深井及深探井的井身结构设计,在钻井过程中能节约钻井设备及材料费用,为开