膨脹管補貼技術

膨脹管補貼工藝及應用實踐 前言 膨脹管分為割縫膨脹管和實體膨脹管 割縫膨脹管主要用于封隔復雜層段 防砂 實體膨脹管主要用于修補套管和進行多分支井 單一井徑油井的完井等 膨脹管在堵漏 修復 防塌和防砂方面為鉆井和井下作業(yè)提供了一種新的方法和手段 可使用膨脹管來減小上部井眼尺寸 以節(jié)省井口設備 鉆井液 循環(huán)時間 水泥 鉆頭等費用 有較高的推廣價值 提綱 膨脹管補貼技術發(fā)展歷程 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管補貼工藝施工程序 工藝分析與認識 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼技術發(fā)展歷程 可膨脹套管技術是上世紀90年代初由殼牌公司 RoyalDutchShell 提出來的 1993年殼牌公司在挪威的海牙 Hague 完成了第一次概念性實驗 利用一種用于汽車防撞區(qū)的材料 套管之間采用焊接方式 實現(xiàn)了內(nèi)徑膨脹率22 24 1998年開始研究螺紋連接技術 于9月完成了膨脹變形后管材性能仍然符合API標準規(guī)范L 80 K 55 J 55的材料膨脹實驗 為工業(yè)應用做好了準備 同年12月 殼牌和哈里伯頓合作組建了環(huán)球工藝技術公司 Enventure 專門從事可膨脹套管技術的商業(yè)運作 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼技術發(fā)展歷程 1999年3月在美國德州的休斯頓進行了模擬井下實驗 1999年11月在Chevron USA進行了第一次現(xiàn)場應用 目的是裸眼內(nèi)封堵漏層 脹管長度300米 套管內(nèi)壁從 193 7mm 75 8in 膨脹到 244 5mm 95 8in 膨脹率達26 到2007年12月Enventure共為全球70家公司作業(yè)了636口井 膨脹套管總長超過205000英尺 膨脹螺紋接頭7500個 其中2007年一年作業(yè)近100口井 目前可進行工業(yè)應用 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼技術發(fā)展歷程 國內(nèi)于1999年開始觀注這項新技術及其應用 在技術調(diào)研的同時 開展了技術預研工作 2000年完成了概念性實驗 即用一種 219 12的管材實現(xiàn)了內(nèi)徑膨脹率20 利用有限元方法完成了膨脹機理分析 研究確定了膨脹套管對材料性能 管徑與壁厚的基本要求 通過對近十種樣管的篩選 優(yōu)選出二種管材 00Cr19Ni10和20G 實現(xiàn)了預定的膨脹率 膨脹后管材機械性能接近N80套管水平 可進行工業(yè)應用 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼技術發(fā)展歷程 開發(fā)了膨脹變形后達到API標準J55鋼級水平的膨脹管材 可用于133 8 95 8 7 5 套管系列 2003年在大慶進行了首次施工 至目前據(jù)不完全統(tǒng)計 套管修復施工已達到300口井 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管補貼工藝是一種機械膨脹裝置集合體 靠液體壓力推進 下井的膨脹管管件通過膨脹錐體或心軸推進產(chǎn)生冷拔一樣的塑性變形 達到擴大膨脹管管徑形成密封的目的 主要用于封堵漏失層和高壓水層 封隔破裂帶 修補損壞套管和封堵已射孔套管 補貼長度不限 可封堵連續(xù)補孔層位 具有耐壓能力高 有效期長的特點 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 一種由特殊材料制成 具有良好塑性的金屬鋼管 下入井內(nèi)后通過機械或液壓的方法在直徑方向膨脹10 30 左右 以滿足不同工藝的要求 同時 在冷做硬化效應下 管材強度和剛性得到提高 膨脹變形后的機械性能達到API套管鋼級的同等水平 膨脹管 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 當金屬材料受到的應力超過材料的屈服極限應力時 塑性變形開始 應力增大 變形不再隨應力呈線性增加 解除應力時材料保持變形后的形狀 達到強度極限應力時 材料最終破壞 膨脹管基于金屬材料這一特性 選擇了一個膨脹區(qū)間 即膨脹管膨脹過程中 使應力始終保持在材料的屈服點以上合理的范圍 使其適度的膨脹 避免材料的破壞 如圖 膨脹管材料特性 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管材料特性 膨脹管是一種由特殊材料制成的具有良好塑性的金屬鋼管 膨脹管材料性能要求材料延伸率高 易于膨脹變形 變形后機械性能基本達到普通套管水平 即膨脹變形后達到API標準N80鋼級水平 在井下通過機械或液壓的方法使膨脹管在直徑方向上膨脹10 30 左右 同時 在冷做硬化效應下提高自身剛性 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管材料特性 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管核心技術 1 膨脹管材技術 包括管材化學成份 性能 熱處理狀態(tài)和尺寸公差控制標準 膨脹管材料性能要求材料延伸率高 易于膨脹變形 膨脹變形后機械性能基本達到普通套管水平 2 膨脹管連接技術 膨脹螺紋技術 膨脹后的螺紋密封技術 等徑同步膨脹 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管補貼工藝管柱結構 膨脹管補貼工藝管柱結構分為內(nèi)外管柱 各部分組成如下 外管柱組成 浮鞋總成 漲頭 膨脹管 懸掛器 內(nèi)管柱組成 對接器 卡瓦鎖緊 張力桿 或小管柱 扶正器 安全接頭 管柱至地面 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管補貼工藝管柱結構 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管補貼工藝管柱結構 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 膨脹管施工工藝技術原理 對井筒處理后 用管柱將膨脹管及其組件輸送到預定位置后 在地面用高壓泵正注工作液通過油管 連接桿內(nèi)腔 穿過膨脹頭進入膨脹管下部封閉空間 以液體傳遞壓強的特性 迫使膨脹頭上行 膨脹管被膨脹頭擴徑膨脹緊貼在套管壁上產(chǎn)生塑性變形 在高壓上頂力的作用下管柱負荷趨向降低 上提管柱到管柱懸重 持續(xù)打壓并上提管柱 當脹頭上行至膨脹管上端時 油套連通 泵壓下降 膨脹管完成整體膨脹 緊貼于套管并錨定與密封 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 其它膨脹管應用原理 常規(guī)鉆井中是將13 9 7 5 不同尺寸的套管逐次下入井中 從井口到目的層的尺寸是逐漸縮小的 帶來的問題是當未能回接到井口時 產(chǎn)生井內(nèi)臺階 造成下入工具困難 工程結果有可能因為有限的套管程序達不到目的層 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 其它膨脹管應用原理 可膨脹套管技術的最終目標是實現(xiàn)使用同一尺寸套管代替原來的多層套管成為可能 實現(xiàn)一種小尺寸套管鉆到底的目標 使復雜的深井能較順利的鉆到目的層 最大限度降低鉆井工作量 預計可以使鉆井成本下降30 50 可膨脹套管技術應用將使傳統(tǒng)的井身結構發(fā)生重大變革 實現(xiàn)鉆更深的直井和更長的大位移井 更經(jīng)濟地到達儲層 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 其它膨脹管應用原理 可膨脹套管的優(yōu)點是可以封堵任意一個復雜地層 可以從根本上解決多個復雜地層與有限套管程序的矛盾 使復雜的深井能較順利的鉆到目的層 也從根本上解決了大尺寸井眼鉆速慢的問題 可膨脹套管技術是勘探開發(fā)西部及東部深部油氣藏急需的關鍵技術 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼工藝技術原理 其它膨脹管應用原理 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 井筒處理 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 下膨脹管外管柱總坐于井口 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 從外管內(nèi)下入內(nèi)管總成 與膨脹頭對接 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 試壓檢驗 試壓目的是檢驗可膨脹管連接之間的絲扣密封性以及與套管之間的密封性 膨脹補貼管之間的絲扣連接密封性檢驗 可在實施補貼時在脹頭上行到補貼管最上邊暫停 穩(wěn)壓觀察進行檢驗 膨脹補貼管與套管的密封直接井筒試壓驗證 對于上部有打開的層位 則使用封隔器試壓驗證 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工程序 封堵和補貼套管 井筒膨脹完井處理 目的是對膨脹管下堵接頭進行磨銑去除 打通和修整井筒通道 為使補貼后膨脹管的上下端口平滑 規(guī)則 采用上下都有刃齒磨鞋進行磨銑修口 膨脹管補貼工藝及應用實踐 工藝分析與認識 1 膨脹管補貼是一項新穎的套管堵漏 封堵工藝技術 與其他補貼工藝相比具有實現(xiàn)長段 整段密封 能保持較大的通徑 同時具備加固套管 防止出水段套變惡化加劇等優(yōu)點 施工工藝簡單 可實現(xiàn)長井段封堵 實用性強 在修復套管 堵漏 防塌和防砂方面提供了一種新的方法和手段 2 井筒清理 處理是不可缺失的工作 膨脹管補貼施工要求井筒暢通 需進行通井 熱洗 刮削 定徑刮銑等井筒前期處理 為膨脹管順暢下入提供保證 也為封堵后密封創(chuàng)造條件 膨脹管補貼工藝及應用實踐 工藝分析與認識 3 膨脹管之間絲扣密封是技術關鍵 長井段封堵需要接多根膨脹管 關鍵是其絲扣之間的密封 影響絲扣密封的因素有偏扣 未上緊 下鉆過程中管柱旋轉導致松扣等 此外 絲扣上的過緊會導致膨脹管縮徑 致使膨脹器無法通過使施工失敗 4 該項技術完善了華北油田套損井修復技術 為華北油田套損井綜合治理提供低成本 高修復率的實用技術 對提高油田套損井修復率和利用率有著積極的意義 也為油田后期開發(fā)提供了更加廣泛的調(diào)整空間 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 京708井為京11斷塊 套層系的高產(chǎn)井 含水較高且產(chǎn)夜中含有大量粉砂 遂懷疑套管損壞 根據(jù)區(qū)域資料以及產(chǎn)液剖面資料分析 236為主要出水層 因此要求用膨脹管技術補貼堵水控砂 減少無效產(chǎn)水 京708井套管補貼堵水施工示例 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 1 起出井內(nèi)全部抽油桿柱和油管柱等 2 下D118mm通井規(guī)通井硬探并反沖砂到人工井底 3 下刮削器GX T140對套管進行刮削熱洗 對1530 66 1568 80m進行反復多次刮削 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 4 定徑刮銑 下定徑刮銑器位于1537 00m時 開泵循環(huán) 泵車排量達到25m3 h 泵壓5MPa 穩(wěn)定 啟動轉盤 轉速達到16r min 待定徑刮銑器刀片完全張開以后開始刮銑 緩慢下放鉆具 下放速度為0 5m min 負荷在0 0 5t 對井段1539 1563m內(nèi)壁進行刮銑 每根重復刮銑一次 返出有鐵屑 5 下膨脹管柱 按要求的順序下入膨脹管3根 用安全卡瓦和提升短節(jié)將其下入 其中膨脹脹頭預先置入最下端的可膨脹管內(nèi) 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 6 下連桿及油管結構 脹頭連桿 油管D73mm3根 4m短節(jié) 油管下連接桿7 加壓與脹頭對接 8 試提驗證連接牢靠后下油管下管 輸送可膨脹管到預定位置1560 725m9 磁定位校深 調(diào)整數(shù)據(jù) 上提油管0 925m 坐井口 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 10 打壓膨脹 將泵的溢流閥調(diào)至50MPa 管線連接好后調(diào)節(jié)泵使其排量按10L min進行打壓脹管 泵壓40MPa 在脹管過程中 上提管柱保持懸重 每當負荷降低4 5t就繼續(xù)上提管柱 泵壓穩(wěn)定在40MPa 如此操作 直到泵壓突然降為零 上提管柱負荷為油管柱懸重 無卡阻現(xiàn)象 說明膨脹管補貼堵水施工進行完畢 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 11 打通和修整井筒通道磨銑堵頭鉆具結構 下六棱平底磨鞋D104mm 鉆桿D60 3mm的3根 變扣 D73mm鉆桿將磨鞋下到1559 47m 開泵循環(huán)洗井30min 啟動轉盤進行磨銑 緩慢加鉆壓10KN 泵壓0 4MPa 轉速40r min 排量在20m3 h 當鉆進了0 1m時負荷恢復到原懸重 緩慢下放鉆具無遇阻現(xiàn)象 上提無卡鉆現(xiàn)象 于是上提鉆具至磨洗段上部 高速旋轉鉆具 緩慢下放在磨洗段進行劃眼作業(yè)一次 旋轉10min 停泵起鉆 完成修口 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 京708井堵水前 日產(chǎn)液57 1t 日產(chǎn)油3 1t 含水94 6 實施膨脹管堵水后 為了對比其效果 采用與之前相同的工作制度 現(xiàn)日均產(chǎn)液46 7t 產(chǎn)液量下降了10 4t 降低了18 2 日均產(chǎn)油3 9t 含水91 5 含水降低3 1 所以說 補貼后降低了液量 而油量增加 其效果明顯 膨脹管補貼工藝及應用實踐 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 雁50 5井套管補貼固砂施工示例 雁50 5井油層套管D139 7mm 2686 33m 生產(chǎn)井段2571 2632m5層20 1m 由于出砂無法生產(chǎn) 關井至2006年04月 設計要求找出套管破損出砂位置 據(jù)破損情況用膨脹管工藝封補破損井段 恢復生產(chǎn) 膨脹管補貼工藝及應用實踐 1 找套管破損位置 應用PT封隔器驗套找漏 找漏證實1347 15m 1356 75m處井段套管試壓不合格 在1347 15m 1356 75m處多次坐封打壓油套均連通 遂判斷此井段套管有縱向裂口 漏失井段在1347 15 1356 75m 2 定徑刮銑 下入D124mm定徑刮銑器 D73mm鉆桿135根 鉆銑井段1340 00 1366 82m 正循環(huán)洗井一周后提出管柱 3 下膨脹管柱 下D114mm膨脹管2根13 0m D73mm油管142根 每下20根油管 油管灌水一次 4 補貼 第一階段打壓脹管 控制排量10L min 泵壓小于38MPa 保持原懸重上提管柱上行1 0m 第二階段打壓脹管 控制排量20L min 泵壓小于42MPa 保持原懸重上提管柱 總共上行13 0m 泵壓突降 脹管結束 膨脹管補貼施工應用示例 封堵和補貼套管 膨脹管補貼工藝及應用實踐 5 下磨銑管柱 下入D105mm專用磨鞋 D60mm鉆桿2根 上修口器 D73