新兴尾管完井工具研究现状

新兴尾管完井工具研究现状

随着国内油田的快速发展，尾管固井井尾水井技术也取得了迅速发展。固井和井压形成了几种形式和发展趋势。作为侧井、井压、超井、复杂结构井和特殊技术井的不可或缺的井压方法之一。随着尾管固井完井技术的发展,国内尾管悬挂器和回接装置等尾管完井工具也不断成熟和完善,能满足不同井况条件固井和特殊尾管悬挂要求,为尾管完井提供了技术手段。目前,由于深井、超深井、小间隙井等复杂井采用尾管固井完井技术优势明显,该技术应用日益广泛。因此,全面分析国内尾管固井完井方式及尾管完井工具的特点和现状,为复杂条件下的尾管固井完井提供技术参考。1尾管固井完井技术大力发展近年来,除常规尾管完井方式外,针对复杂条件下的特殊井况,逐步形成尾管防砂完井、旋转尾管固井和膨胀套管完井等系列新兴尾管固井完井技术,极大推动了我国尾管固井完井技术的发展。1.1小井眼固井质量的改善小井眼一般指穿过目的层的井段是用小于ue54f177.8mm钻头钻成的井眼,多采用尾管悬挂方式进行完井,面临井眼环空间隙小、扶正器下入困难和水泥环薄等困难,造成固井质量差,后期作业困难。为了提高小井眼固井质量,针对小井眼窄间隙固井的难点,可采取4项技术措施:1)优化隔离液和水泥浆体系性能,提高顶替效率。2)进行下套管模拟通井和模拟分析,保障井眼畅通。3)进行扩眼作业,增大井眼尺寸,下入小尺寸扶正器,提高固井质量。4)下入非API特殊套管,优选环空间隙,以解决制约小井眼射孔和修井的问题。1.2筛管完井技术逐步完善随着近年来筛管完井的兴起,筛管类型系列不断完善,形成包括打孔筛管、割缝筛管、精密滤砂管、控流筛管、膨胀割缝管和膨胀筛管等系列类型,尾管防砂技术也得到迅速发展。针对不同地质、防砂及采油要求,可进行尾管筛管完井、筛管顶注完井、管内防砂完井、尾管分段完井和免钻塞尾管完井等防砂完井方式,尾管先期防砂完井技术逐步完善。悬挂常规筛管完井工艺已较为成熟,采用封隔器进行筛管顶部注水泥,并可在油层段下入管外封隔器,实现地层卡封、分层,以满足油井分层处理、分段开采的要求。免钻塞工具和膨胀筛管等国内最新研发的工艺,在胜利油田应用取得较好效果,2010-07,膨胀筛管尾管完井首次在套管内实现套损井管内防砂应用。1.3尾管回接设备尾管回接技术就是当尾管重叠段封固质量不合格发生油气水窜或上层套管发生套管损坏,为满足生产需要,使用回接装置将套管从井内某个位置回接到井口。近年来,随着特殊井、复杂井的不断增多,现场出现了越来越多的难题,尾管回接装置可以满足特殊套管的回接问题。目前,尾管回接固井技术已在复杂深井、探井、高压气井和修井补救中广泛应用,技术较为成熟。1.4提高固井质量针对尾管下入过程中摩阻大和水泥浆顶替效率低等问题,旋转尾管能解决斜井和水平井尾管难下到位和尾管偏心的问题,活动套管固井可以提高固井质量。旋转尾管固井必须采用旋转尾管悬挂器和旋转水泥头,所旋转的尾管应选用高扭矩套管。目前,国外技术在我国各海上油田和新疆、四川等地区应用达数百口井,国内旋转尾管固井技术也逐步发展,已在胜利、新疆、四川等地区进行现场试验。应用表明,该工艺是尾管顺利下到位和取得优良固井质量的有力保证,能够提高第二胶结面固井质量以及顶替效率,防止气窜的发生。1.5ue54f139.7mm套管侧钻井技术膨胀套管技术能有效地扩大完井内径和改善侧钻井的固井质量,以达到实现最大完井直径的一种新兴的工程技术,该技术均采用尾管完井方式。利用膨胀套管作为技术套管,封堵裸眼复杂井段形成“临时井壁”,优化井身结构,减少井下复杂情况,以解决深井和特殊工艺井钻遇高压层、漏失层等复杂地层钻井难题。针对国内ue54f139.7mm套管侧钻井因完井尾管内径小而影响后期生产作业的问题,采用膨胀套管作为完井尾管,有效增大完井套管内径,从而可下入常规修井工具,实施分层开采和机械防砂等系列措施,如图1。目前,胜利油田钻井院研发的膨胀套管技术已在胜利、新疆等地区进行现场应用,创造并保持国内膨胀套管应用新纪录,取得良好的应用效果。1.6尾管钻井技术简介尾管钻井技术是钻进和下套管作业同时进行,主要用于对相邻地层存在很大压差的困难井段进行短距离快速钻进,是套管钻井技术的一种类型,能有效降低钻井成本,减少井下事故,尤其对存在井壁坍塌等复杂异常情况的深井意义重大。尾管钻井时,尾管作为钻柱的一部分,尾管和钻杆同时入井,钻进和下尾管作业同时完成,如图2。国外已经完成尾管钻井技术的商业化应用,国内尾管钻井技术研究才刚起步,尚未进入现场试验。2尾管悬挂器及尾管回接装置随着尾管完井技术的不断发展,作为尾管完井至关重要的工具,尾管悬挂器和尾管回接装置也不断得到完善。常规尾管悬挂器一般都采用卡瓦式悬挂,统称为卡瓦式悬挂器;近年来兴起的膨胀式悬挂器采用橡胶挤压悬挂密封,自研发后迅速占领市场份额。2.1旋转尾管悬挂器卡瓦式悬挂器按照功能分,可分为常规卡瓦悬挂器、封隔式尾管悬挂器、旋转式尾管悬挂器、内嵌卡瓦式尾管悬挂器和防腐蚀式尾管悬挂器等。经过多年的发展,常规卡瓦悬挂器已经较为成熟和完善,包括机械式尾管悬挂器、液压式尾管悬挂器和机械-液压双作用尾管悬挂器,现已形成系列化产品,广泛应用于各类尾管完井中。下面简单介绍几种近年来研发的最新悬挂器产品。在漏失井、高温/高压井等特殊井中,尾管重叠段固井质量差,不能形成有效密封,容易引起油气水窜。封隔式尾管悬挂器兼备悬挂密封功能,可解决尾管头密封难题,防止套管重叠段密封不严而发生水(气)窜,适合气井尾管固井和漏失井、水平井等的复杂井况,该型封隔式尾管悬挂器已进行产业化现场应用,如图3。旋转尾管悬挂器能够实现旋转尾管下入和旋转尾管固井,解决尾管下入遇阻问题,提高尾管固井质量。国内现已开发出系列规格的旋转尾管悬挂器,如图4,并已进入现场试验,已在胜利、新疆等地区进行现场试验,完成了固井期间尾管的全程旋转,实现了坐挂、丢手及旋转功能,有效提高尾管固井质量。为解决常规尾管悬挂器不适宜超深井、大位移井和小间隙井等复杂井的问题,研发了内嵌卡瓦式尾管悬挂器,利用卡瓦侧面承载的坐挂机构,独立的双液缸、双锥体、双排卡瓦结构使坐挂能力更强,坐挂成功率更高,提高了承载能力,如图5。现场应用表明,内嵌卡瓦尾管悬挂器对悬挂尾管长、井下易漏失等复杂井况具有较强的适应能力。对于富含腐蚀性气体的油气井,尾管及完井工具需选用抗腐蚀性的特殊材料或特殊钢级。因此,防腐蚀式尾管悬挂器优选出抗腐蚀的金属和橡胶材料,如图6所示,具有良好抗H2S和CO2气体腐蚀性能及较好力学性能,解决了高温高压腐蚀环境下密封技术难题。该悬挂器已在现场得到广泛应用,满足了高含酸性气井固井工具防腐蚀技术要求。2.2回接处与密封总成分离其密封组件在插入回接筒后实现密封功效,主要用于尾管重叠段或整个尾管环空无水泥的情况。回接装置和插头均带有封隔功能,尾管回接及固井后,重新建立新的密封,尾管顶部和底部环空受水泥和橡胶双重密封。具有回接和密封双重功能,回接插头与密封总成之间可根据现场需要连接不同长度的套管,固井后送入钻具与密封总成分离。通过液压作用,套管被持久地扩张膨胀进入到打捞器中,提供严密的金属密封和机械强度,回接处具有可与原套管相比的机械完整性,能与井下钢管重新连接而不减小原来的内径。该装置由Read修井公司研发,已于2002年首次应用。2.3倡导环空漏失的价值膨胀式悬挂器是一种基于膨胀套管技术发展而来的新型膨胀管膨胀坐挂、多种密封相结合的尾管固井工具。采用橡胶膨胀挤压悬挂,具有双向承载、小间隙、大通径等特点,解决了常规卡瓦单向悬挂、无密封的缺陷,满足后期完井压裂要求;且悬挂点稳定,消除了套管重叠段的环空漏失问题,因而极具推广应用价值,如图7。膨胀式悬挂器根据功能,可分为套管膨胀悬挂器、筛管膨胀悬挂器和旋转尾管膨胀悬挂器3类产品。主要悬挂套管,并能够完成固井要求,通过尾管管柱承压形成压力腔,悬挂器本体的膨胀坐挂;可以悬挂长段、与悬挂器本体等径的大口径尾管。用于悬挂筛管,依靠悬挂器自身形成的独立密封腔进行膨胀坐挂,同时,也可用于修井作业中的悬挂小套管。可旋转尾管,提高顶替效率和固井质量,坐挂后提供尾管头密封,兼顾膨胀悬挂器和旋转尾管悬挂器的优势。目前,国外许多公司相继研发了多种各具特色的膨胀尾管悬挂器,自2001年投入商业应用以来,获得广泛应用。国内方面,胜利石油管理局研发的膨胀悬挂器自2009年首次应用以来,已在侧钻井和加深井等尾管完井中产业化应用。3特殊尾管完井技术为了提高油井产能和效益,尾管完井方式日趋多样化。在深井超深井、复杂结构井和特殊工艺井中,对特殊尾管及工具的需求也较为迫切。国内尾管固井完井技术及工具与国外先进水平相比,仍存在差距,可在以下3方面深化研究。1)应用特殊尾管,引入新兴完井方式。目前,国内逐步研发出膨胀套管、膨胀筛管及控流筛管等特殊尾管,且多采用尾管完井方式,在今后的尾管完井中,特殊尾管也将发挥越来越大的作用。此外,像免钻塞完井、分段完井和分段控流完井等新兴完井方式也将在尾管完井中大放异彩。2)多手段提高尾管固井质量。目前,尾管完井特别是深井小井眼和侧钻井,其固井质量难以保证,需要从尾管、悬挂器和水泥浆等各方面综合考虑,进行特殊水泥浆及固井工艺研究,采用扩眼或液压膨胀扶正器等方式,应用旋转尾管或膨胀套管等特殊工艺,多方面、多手段提高尾管固井质量。3)尾管悬挂器向多功能化、简单化和可靠性发展。特殊井况下对悬挂器功能及可靠性要求较为苛刻,尾管悬挂器应具备多功能性,