液压整形技术

1、SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE水平井变形套管液压修复技术水平井变形套管液压修复技术SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套损井数据统计套损井数据统计井下事故井井下事故井5091

2、5091口口，其中套损，其中套损38863886口，占井下事故井的口，占井下事故井的76.3%76.3%。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套损井分类套损井分类SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 套损部位主要集中在射孔井段附近，位于射孔井段及套损部位主要集中在射孔井段附近，位于射孔井段及其上下界其上下界5050米米以内的套损井占以内的套损

3、井占81%81%。套损部位套损部位SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 在平面上，套损井多分布于在平面上，套损井多分布于断层附近、地层倾断层附近、地层倾角大角大的区块，占套损井总数的的区块，占套损井总数的30。 套损井分布套损井分布SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE胜利油田套损井套管使用年限饼状图胜利油田套损井套管使用年限饼状图23%31%

4、24%11%7%3%1%小于等于5年6-10年11-15年16-20年21-25年26-30年31-35年5年之内的套损井占年之内的套损井占236-10年的套损井占年的套损井占3111-15年的占年的占2415年以上的占年以上的占22套损井的平均正常生产年限仅为套损井的平均正常生产年限仅为11 11年年SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE钻井设计钻井设计 对油藏地质认识不充分对油藏地质认识不充分 在断层预测、地层倾角等方面认识不足，导致钻井设在断层预测、地层倾角等方面

5、认识不足，导致钻井设计过程中没有考虑相关的套管保护措施。计过程中没有考虑相关的套管保护措施。 井身结构没有考虑后期方案调整的需要，导致部分油水井身结构没有考虑后期方案调整的需要，导致部分油水井在多年开采或开发方案调整后出现套损。井在多年开采或开发方案调整后出现套损。 SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE钻井井身轨迹对套管寿命的影响十分明显钻井井身轨迹对套管寿命的影响十分明显 井身轨迹存在严重狗腿，井身轨迹存在严重狗腿，除了会造成生产过程中的除了会造成生产过程中的杆管偏

6、磨外，同样可以造杆管偏磨外，同样可以造成作业过程中套管磨损，成作业过程中套管磨损，从而增加套损发生的机率。从而增加套损发生的机率。单14-305井井身轨迹三维投影 钻完井施工钻完井施工SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管质量直接影响到油水井的寿命套管质量直接影响到油水井的寿命 套管材质不良、管体圆度、壁厚均匀度套管材质不良、管体圆度、壁厚均匀度达不到要求等问题均可以影响套管使用寿达不到要求等问题均可以影响套管使用寿命。命。 螺纹加工质量达不到螺纹加工质量达不到AP

7、IAPI标准要求或施标准要求或施工中上扣扭矩过大，均能造成螺纹接头或工中上扣扭矩过大，均能造成螺纹接头或接箍损坏。接箍损坏。 SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE钻井过程中的钻具磨损，可以直接造成套管损坏钻井过程中的钻具磨损，可以直接造成套管损坏 钻井过程中，钻压大造成钻钻井过程中，钻压大造成钻具弯曲；钻井时使用防磨钻具，具弯曲；钻井时使用防磨钻具，只是考虑到钻杆的防磨，未对只是考虑到钻杆的防磨，未对套管进行较有效的保护，在钻套管进行较有效的保护，在钻进中偏磨套管造成

8、套管的损坏。进中偏磨套管造成套管的损坏。 车古车古204-1204-1井，三开采用防磨钻具，使套管在井，三开采用防磨钻具，使套管在1550-1620m1550-1620m处处磨损严重，并在磨损严重，并在1582m1582m处磨穿。处磨穿。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE固井质量不良可以加速套管的损坏固井质量不良可以加速套管的损坏 水泥环出现缺陷时，会引起套管有效应力明显提高水泥环出现缺陷时，会引起套管有效应力明显提高水泥环空水泥环空270270时套管应力分布时套管

9、应力分布水泥环空水泥环空210210时套管应力分布时套管应力分布 固井质量完好时，套管截面上的有效应力是均匀的，当固井质量完好时，套管截面上的有效应力是均匀的，当水泥环出现缺陷时，套管壁的有效应力剧增水泥环出现缺陷时，套管壁的有效应力剧增, , 相应的应力集相应的应力集中系数也增加。中系数也增加。固井质量不好会造成的套管承载能力下降。固井质量不好会造成的套管承载能力下降。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE0204060801001200204060801001201

10、40160180200220240水泥环 有效 应力 /MPa套 管内压 /MPa 偏心 居中 理论分析表明：在相同的内压和地应力条件下，套管居中与套管理论分析表明：在相同的内压和地应力条件下，套管居中与套管偏心时的有效应力相差偏心时的有效应力相差10%-15%10%-15%，固井时套管不居中明显降低了套管的，固井时套管不居中明显降低了套管的承载能力。承载能力。 固井时套管不居中，明显降低了套管、水泥环的承载能力固井时套管不居中，明显降低了套管、水泥环的承载能力SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RES

11、EARCH INSTITUTE3 3、生产过程中的套损原因分析、生产过程中的套损原因分析出砂造成疏松砂岩油藏套管损坏出砂造成疏松砂岩油藏套管损坏 主力油层埋藏浅，胶结疏松，主力油层埋藏浅，胶结疏松，地层出砂严重。出砂造成近井地地层出砂严重。出砂造成近井地带形成带形成“空洞空洞”。 过度出砂，套管侧向丧失支过度出砂，套管侧向丧失支撑，在上部地层压实作用力下失撑，在上部地层压实作用力下失稳，导致套管发生弯曲、变形、稳，导致套管发生弯曲、变形、错断。错断。 油层出砂顶部形成空洞 射孔孔眼处出砂示意图 上覆层出现坍塌变形压实 上覆层出现坍塌形成空洞 SHENGLI OIL PRODUCTION RES

12、EARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 注入水侵入岩注入水侵入岩层中的软弱结构面，层中的软弱结构面，使得在断层面两侧使得在断层面两侧发生不同程度的相发生不同程度的相对错动，导致套管对错动，导致套管弯曲变形或错断。弯曲变形或错断。注水开发造成油水井套管损坏注水开发造成油水井套管损坏0 X 17520104SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE泥岩吸水软化，在相同外部载荷作用下，套泥岩吸水软化，在相同

13、外部载荷作用下，套管承受的有效应力急剧增加管承受的有效应力急剧增加 井壁泥岩蠕变径向载荷分布井壁泥岩蠕变径向载荷分布套管缩径变形模拟结果图套管缩径变形模拟结果图有限分析元显示：有限分析元显示： 最大水平地应力方向泥岩蠕变附最大水平地应力方向泥岩蠕变附加载荷最大，最小水平地应力方向泥加载荷最大，最小水平地应力方向泥岩蠕变附加载荷较小。岩蠕变附加载荷较小。 泥岩蠕变引起的附加载荷挤压套泥岩蠕变引起的附加载荷挤压套管，可以使套管发生缩径变形：管，可以使套管发生缩径变形： 最大水平地应力方向缩径最大，最大水平地应力方向缩径最大， 最小水平地应力方向缩径最小。最小水平地应力方向缩径最小。SHENGLI

14、OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE注蒸汽热采是稠油井套管损坏的主要原因注蒸汽热采是稠油井套管损坏的主要原因单二块热采井套损点分布单二块热采井套损点分布 从单二块热采井发生套损的层从单二块热采井发生套损的层位来看，位来看，62.562.5的套损发生在油层的套损发生在油层上部附近。结合该区块套损井资料上部附近。结合该区块套损井资料可以发现，套损部位均发生在热采可以发现，套损部位均发生在热采封隔器以下。封隔器以下。 SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INST

15、ITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 套管的腐蚀主要由地层水引起的套管的腐蚀主要由地层水引起的电化学电化学腐蚀、硫酸还原菌腐蚀、二氧化碳腐蚀和硫腐蚀、硫酸还原菌腐蚀、二氧化碳腐蚀和硫化氢腐蚀化氢腐蚀等多种情况。等多种情况。 主要油田有：广利、商河等油田。该类主要油田有：广利、商河等油田。该类油田存在高矿化度水层，矿化度油田存在高矿化度水层，矿化度2.7-2.7-111110104 4mg/Lmg/L，会对套管造成严重腐蚀。套，会对套管造成严重腐蚀。套管损坏类型以穿孔漏失、破裂漏失为主，广管损坏类型以穿孔漏失、破裂漏失为主，广利油田因腐蚀造

16、成的套损占油水井总数的利油田因腐蚀造成的套损占油水井总数的 41.8。 腐蚀造成套管损坏腐蚀造成套管损坏SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE压裂、酸化及修井等工艺措施造成套管损坏压裂、酸化及修井等工艺措施造成套管损坏SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE以胜采厂为例，以胜采厂为例，“十一五十一五”以来，套损井呈现爆发性增长，对比以来，套损井呈现

17、爆发性增长，对比“十五十五”期间，年平均新增套损井增加期间，年平均新增套损井增加100100口。目前共有套损井口。目前共有套损井19231923口口，占总井数的占总井数的41.8%41.8%，套损开井，套损开井10331033口口，占开井数的，占开井数的34%34%。2001-2011年套损井统计柱状图年套损井统计柱状图十五年均十五年均6161口口十一五年均十一五年均161161口口SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套损形态：套损形态：带病生产套损井带病生产套损井主

18、要表现为主要表现为弯曲、缩径、套漏和错弯曲、缩径、套漏和错断断，其中多处变形井，其中多处变形井455455口口，占生产套损井，占生产套损井23.6623.66。带病生产井套损类型分布柱状图带病生产井套损类型分布柱状图SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管漏失套管漏失SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管错断套管错断SHENGLI OIL

19、PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管缩径套管缩径SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管弯曲套管弯曲SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE顿击式预处理整顿击式预处理整形形强制扶正滚压整强制扶正滚压整形形 形成了顿击式预处理整形、强制扶正滚

20、压整形工艺。形成了顿击式预处理整形、强制扶正滚压整形工艺。 该工艺适用缩径井套管整形。优点：工艺简单、施工方便缺点：单次整形量小，整形效率低；容易发生二次事故。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 套管变形量超过套管内套管变形量超过套管内径的径的12%时，采用爆炸整时，采用爆炸整形工艺修复，利用火药燃形工艺修复，利用火药燃爆瞬间产生的巨大能量，爆瞬间产生的巨大能量，使套管向外扩张膨胀。使套管向外扩张膨胀。存在问题：存在问题： 药量难易掌握，整形效药量难易掌握，整形效果

21、不稳定。果不稳定。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE活动式导引磨鞋磨铣活动式导引磨鞋磨铣强制扶正磨铣强制扶正磨铣 发展了强制扶正磨铣、发展了强制扶正磨铣、活动导引磨铣工艺。活动导引磨铣工艺。解决了非坍塌型错断井、套管变形井打通道的难题。 存在问题： 弯曲变形井在磨铣过程中容易发生开窗事故。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE一、项目概况 胜

22、利油田自1990年完钻第一口水平井以来，通过不断攻关研究，水平井技术已成为老区调整挖潜提高采收率、新区高效开发的主要手段。截止到2009年6月，累计投产水平井1391口，累计产油1317.8104t。水平井应用规模不断扩大水平井应用规模不断扩大SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 采用两维井眼中修井管柱受力分析模型进行分析采用两维井眼中修井管柱受力分析模型进行分析 水平井井下管柱受力分析水平井井下管柱受力分析sin12cos11222qRqRCeTSHENGLI OI

23、L PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE水平井井下管柱受力分析水平井井下管柱受力分析l经过造斜段和水平段的摩擦力影响，轴向负荷损失1/32/3。l经过造斜段和水平段的摩擦力影响，扭据损失的值和上提力有关，损失为1/2。 井号：井号： 孤东孤东7-P47-P4井井 鱼顶深度：鱼顶深度： 1833.35m1833.35m 造斜点：造斜点： 918.06m918.06m 滤砂管长度：滤砂管长度：184m184m SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTESH

24、ENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE水平井变形套管液压修复技术SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE23415目录SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE 目前的套变井整形技术存在很多缺陷，存在安全系数低、整形效率低等问题，为了克服这些缺陷，我中心开展了变形套管液压修复技术的研究，研制成功液压动力总成和系列系列整形工具。 该技术采用液压方式在轴向产生大负荷推力，实现变形套管的整形恢复；具备分级连续整形、可靠泄压功能；解决了变形套管整形恢复造成工具遇卡的技术难题。 该技

25、术适用于直井及水平井5 1/2和7变形无破损套管 。施工前，需冲洗套管保证工具下入到变形位置。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE套管锚定装置套管锚定装置 套管锚定装置配有多级锚爪，在工作时固定工艺管柱，靠液压锚定在套管壁上承担油缸的反作用推力。液压动力总成液压动力总成 液压动力总成将液压力转化成机械推力，可实现连续平稳胀管。它具有连续工作的能力，就是在一个工作行程完成后能够通过一定的动作可靠地转入下一个工作行程，从而实现长井段连续整形的需要。 整形工具整形工具 整形工具由六部分组成，采用双锥体设计，实现自行解卡；工具前端的角度通过理论计算与实验进

26、行优化设计得到，可将水平力最大化转化为轴向力。SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE下放就位地面打压液缸前行推杆下移整形工具膨胀变形处复位液压总成泄压重重复复整整形形实实验验SHENGLI OIL PRODUCTION RESEARCH INSTITUTE名称Name液压涨管器Hydraulic pressure pipe expander规格型号Type51/2in7in技术技术参数参数Technical parameter工具最大外径Max outside diameter（mm）105140工具总长Total length（mm）26572711接头扣型上/下The screw type of jointup/down27/8UPTBG/NC3131/2UPTBG/NC38胀头尺寸系列Dimension serial of expansion head（mm）112；118；121145；156压力系数Pressure coefficient23.3KN/MPa52.9KN/MPa额定工作压力Rated