可膨脹管技術(shù)在國外的應(yīng)用

可膨脹管技術(shù)在國外的應(yīng)用

地層填充技術(shù)油氣井的井鉆和井鉆成本在油田勘探和開發(fā)的總成本中所占相當(dāng)大的比例。可膨脹管技術(shù)是國外正在大力發(fā)展的可降低鉆井完井成本的一項(xiàng)新技術(shù)。從20世紀(jì)80年代起,殼牌公司就開始研究膨脹管技術(shù)。目前,提供膨脹管服務(wù)的公司有哈里伯頓公司、貝克石油工具公司和斯倫貝謝公司等國外石油公司,其中,研發(fā)速度較快的是殼牌和威德福公司。該技術(shù)投入商業(yè)應(yīng)用后取得了顯著的效果,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)通過膨脹,有效地解決了復(fù)雜井段的井壁穩(wěn)定問題;2)減少上部井眼的尺寸和套管層數(shù),甚至在幾年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)從井口到井底以同一尺寸(MonoDiameter)鉆井,這樣可以鉆更深的直井和大位移井;3)修復(fù)老井被損壞的套管;4)大大降低了鉆井成本;5)可取代礫石充填降低完井成本?？膳蛎浌馨膳蛎泴?shí)體管(SET)和可膨脹割縫管(ExpandableSandScreen)兩種。它們可應(yīng)用于鉆井、完井及采油、修井等作業(yè)過程,被認(rèn)為是“21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)”之一。該項(xiàng)技術(shù)的幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域在國外均投入到工業(yè)實(shí)施,表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭,正日益引起業(yè)界的關(guān)注。1可擴(kuò)展性secess結(jié)構(gòu)和防砂機(jī)1.1“零環(huán)空”作業(yè)或防砂要求在油層段下入膨脹篩管,用膨脹工具進(jìn)行膨脹作業(yè)后,篩管的外壁緊緊地貼在生產(chǎn)套管的內(nèi)壁或者裸眼井的井壁,實(shí)現(xiàn)“零環(huán)空”的作業(yè)或防砂要求,見圖1。由于“零環(huán)空”的存在,大大降低了生產(chǎn)過程中地層微粒的重新排列程度,防止膨脹篩管堵塞,且近井地層壓降減小,從而降低了地層表皮系數(shù),提高了產(chǎn)能。無論是裸眼完井還是套管內(nèi)完井,其管柱的基本組成為:引鞋+膨脹底部接頭+膨脹篩管+膨脹頂部接頭+管掛。1.2膨脹篩管防砂系統(tǒng)膨脹篩管主要包括可膨脹的基管(BasePipe)、濾網(wǎng)(FiltrationMedia)、可膨脹的鎧裝(OuterProtectionShroud)和可膨脹的整體式接頭(IntegralExpandableConnector)4個(gè)基本部分組成,見圖2?？膳蛎浀幕苁且环N可膨脹的割縫管,通過提高過濾面積可較大幅度地降低生產(chǎn)過程中的篩管堵塞,根據(jù)不同的管子選材,膨脹后的割縫管的內(nèi)徑可以擴(kuò)大為原來內(nèi)徑的1.80倍,膨脹過后的過流面積比膨脹之前的過流面積增大30%～60%。濾網(wǎng)是由不銹鋼材料316L和鎳合金編織而成的一種金屬濾網(wǎng),濾網(wǎng)的尺寸規(guī)格為110～270um,可根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的防砂篩布。濾網(wǎng)的兩個(gè)端面經(jīng)重疊后包繞在基管本體上,通過點(diǎn)焊處理同基管固定為一體。在膨脹作業(yè)中,濾網(wǎng)的重疊寬度減少,膨脹后濾網(wǎng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,起到防止防砂失效的作用。可膨脹的鎧裝在下膨脹篩管防砂完井管柱的過程中,起到了保護(hù)濾網(wǎng)的作用;在膨脹作業(yè)的過程中,可防止由于內(nèi)部濾網(wǎng)重疊部分張開而導(dǎo)致的防砂失效?？膳蛎浀恼w式接頭用于單根膨脹篩管之間的連接,具備機(jī)械式內(nèi)鎖結(jié)構(gòu),其過流面積等效于膨脹篩管本體的過流面積。在膨脹過后該接頭仍具有優(yōu)良的防砂效果。在安裝過程中,一個(gè)圓錐體或心軸由頂部向下穿過可膨脹防砂篩管的內(nèi)側(cè),使篩管內(nèi)層和外層膨脹,從而使其整體達(dá)到所要求的直徑尺寸。膨脹后,套管同井壁接觸,可以起到對井壁的穩(wěn)定作用。篩管系統(tǒng)的連接采用了可膨脹接頭,見圖3。這種接頭不存在可阻擋液流的接頭連接區(qū),每節(jié)可膨脹篩管的接頭處都有內(nèi)外螺紋。這種設(shè)計(jì)使得整個(gè)系統(tǒng)在下井安裝和膨脹過程中具備機(jī)械連鎖效應(yīng),確保其具有所要求的強(qiáng)度。接頭中的Prtroweave濾砂裝置將各單節(jié)防砂篩管連接在一起之后會相互搭接在一起,使得接頭處同樣具有防砂效果。防砂篩管的頂部接頭除罩形膨脹錐外,還能使轉(zhuǎn)換接頭同隔管和封隔器或尾管懸掛器連接在一起。2擴(kuò)張工具的結(jié)構(gòu)和原理2.1膨脹環(huán)的選擇和制作錐形膨脹工具(FixedConeExpansionTool)由上下心軸和膨脹環(huán)組成。三者通過絲扣連接在膨脹管柱的最底端。膨脹環(huán)根據(jù)井狀和套管內(nèi)徑進(jìn)行選擇,其材質(zhì)為碳化鎢硬質(zhì)合金;心軸上設(shè)計(jì)有循環(huán)孔,必要時(shí)可循環(huán)沖洗膨脹環(huán)。膨脹部分最下端為錐形引鞋。錐形膨脹管柱下至膨脹篩管以上時(shí),加壓緩慢下放,利用管柱重量和膨脹環(huán)進(jìn)行膨脹作業(yè),最后緩慢起出錐形膨脹工具。一次膨脹后,篩管與套管之間還存在有一定間隙,通過液壓膨脹工具進(jìn)行二次膨脹可徹底將篩管膨脹在套管內(nèi)壁或裸眼井壁上。2.2ntool膨脹調(diào)控液壓膨脹工具(AxialCompliantExpansionTool)主要由本體、膨脹滾珠和可調(diào)節(jié)噴嘴組成。膨脹原理是在地面通過鉆井泵打壓,膨脹滾珠在液壓的作用下向外膨脹,完成膨脹篩管的膨脹。根據(jù)不同情況選擇噴嘴直徑,可調(diào)節(jié)膨脹滾珠的側(cè)向力。3膨脹篩除砂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)3.1管井沖蝕技術(shù)1)膨脹篩管緊貼在井壁,對防止井壁垮塌,起到了有效的支撐作用;同時(shí)還可防止地層砂在近井范圍內(nèi)的運(yùn)移,降低了因砂粒運(yùn)移對防砂管的沖蝕,提高了滲流能力。2)施工工藝簡單,地面設(shè)備少,有利于在水平井、大斜度井和分支井中的應(yīng)用。3)防砂段內(nèi)徑大、過流面積大,降低了油流阻力,有利于后續(xù)的措施作業(yè)。4)節(jié)省一次油層套管作業(yè)和減少,固井、射孔步驟,能減輕地層傷害程度,提高了完井時(shí)效。5)利用管外封隔器實(shí)現(xiàn)分層開采和卡堵水作業(yè),見圖4。6)與繞防相比,能有效地降低表皮系數(shù)。3.2段“零間隙”防砂效果難以保證1)對于井眼不規(guī)則井,膨脹篩管在膨脹后,無法對整個(gè)防砂段實(shí)現(xiàn)“零間隙”,防砂效果難以得到保證。2)在膨脹過程中對井下條件要求較高,膨脹一旦中斷,難以得到有效處理。3)膨脹篩管本身的抗拉強(qiáng)度較低,處理井下阻、卡時(shí)受到限制。4防砂方式和完井方式的優(yōu)選1)與其它幾種防砂工藝相比,可膨脹篩管防砂完井技術(shù)具有現(xiàn)場操作簡單、防砂效果好等優(yōu)點(diǎn)。有資料顯示,與常規(guī)礫石充填防砂完井相比,產(chǎn)能約提高50%。2)該防砂工藝并不是適合所有的出砂地層,應(yīng)根據(jù)不同情況,優(yōu)選防砂方式。對于八面河油田來說,采用此類防砂方式可消除繞絲管礫石充填防砂所引發(fā)的產(chǎn)能降低,同時(shí)可提高稠油井防砂后的導(dǎo)流能力;與裸眼段緊貼,減少了井壁坍塌的機(jī)會,其效果應(yīng)大大優(yōu)于TBS篩管或金屬錦濾砂管防砂。3)膨脹篩管防砂完井方式的先進(jìn)性和優(yōu)越性不容質(zhì)疑,但其在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)間短,防砂