可膨胀管技术在石油工业中的应用

可膨胀管技术在石油工业中的应用

0井段可膨胀管应用技术自1998年以来，这家公司在国外投入大量人力资源，研究了可渗透钻孔技术（ess）技术的预防和沙炮。目前，可渗透管技术已经从地面扩展到海洋，甚至海洋。无论是裸眼井还是固井井，在不同的井中进行钻孔和井压，效果良好，有扩大应用的趋势。可膨胀管分为可膨胀割缝管和实体可膨胀管两大类。本文将综述这两种可膨胀管技术的近期发展概况。1割缝管膨胀能力的提高可膨胀割缝管有一系列串联的,互相交错的轴向割缝。在膨胀作业过程中锥形膨胀工具被推入筛管使筛管膨胀。可膨胀筛管的膨胀能力取决于割缝管材料、割缝的布缝方式,割缝尺寸以及膨胀工具的大小。膨胀后割缝管的直径可高达原始直径的2倍,长度缩短约2%。可膨胀式割缝管(EST)是一种金属-岩石膨胀技术,主要应用在以下三个方面:可膨胀防砂管(ESS)、裸眼井衬管(ABL)、可膨胀完井衬管(ECL)。1.1防砂体系的使用效果可膨胀防砂筛管技术由于其操作简单,防砂可靠性高,已经在工业中得到较广泛的应用。小直径设计使可膨胀筛管能够在各种不同的裸眼井使用,甚至能够在高弯曲井和水平井中使用。可膨胀式割缝管主要包括三个部分:割缝中心管、中间过虑层和保护外套。在膨胀作业过程中,锥形膨胀工具被推入筛管,使可膨胀管膨胀,中心管和保护外套结合在一起紧贴井壁,从而达到要求的筛管外径,消除了筛管和井壁之间的环隙空间。可膨胀防砂筛管的主要优点有:①能够提供较大的过流面积,降低筛管堵塞和腐蚀的几率;②操作简单;③比一般的防砂筛管具有更大的内径,改善了井中尤其是水平井中流体的流动状态,同时易于下入修井工具;④在裸眼井中,能够消除筛管和井壁之间的环隙空间,因此可稳定井壁,减少砂的移动,降低出砂几率。应用实例S.W.Ampa油田(文莱)是许多薄砂层叠加和被页岩分隔的结构。许多油藏都有出砂的现象,且大多砂岩层裸眼完井防砂难度较大。在裸眼井中用盐水进行驱替时页岩垮塌导致砾石填充完井防砂的失败。井径仪测井表明,随裸眼时间增长,页岩段的井径增大而砂段的井径缩小。位于休斯顿的贝壳勘探与开发技术应用实验室做了大量的防砂实验,实验表明可用膨胀防砂筛管进行防砂作业。S.W.Ampa油田SWA-290井防砂面临的问题:①在油藏长2000ft(1ft=0.3048m,下同)的水平井井段,形成钟形剖面;②水平段经过四个含砂带,钻井液压降速度达4kPa/m,13000kPa时地层压力失去平衡;③不同的砂层需要采取相应的区域分隔措施;④页岩分隔砂层的井眼直径为6ft;⑤表皮因子低;⑥生产套管直径为958958ft,举升管为5ft时,井眼清洗难度较大。文莱贝壳石油公司在2001年5月14~16日期间成功地将1841ftESS/EIS管柱下入到SWA-290井中直径为6ft的水平井段。使用锥形膨胀工具使ESS膨胀,膨胀后外径为5.8ft;使用柔性膨胀工具使ESS膨胀,膨胀后的外径最高可达6.25ft。两种膨胀工具从井中取出方便,而且膨胀后管柱没有弯曲;计算出套管/钻杆的摩擦系数为0.14,比以前降低了44%。1.2地层内地层漏失的控制在钻探更深的过压地层、枯竭地层或易塌易漏地层时,现在的技术是采用不同直径的钻头,并以不同直径的套管层层封固完成。所以,井越深,套管层次越多,井眼直径就越大;反之,如果直径一定,最终的井眼直径就越小,这就有可能钻不到目的层或者即使钻到目的层,但井眼太小,满足不了开采及后续修井、增产等作业。水泥固封可膨胀割缝衬管是一种可使井眼直径不变的金属-岩石膨胀技术,可以克服上述的一些问题。应用实例阿曼Fahud油田地质结构十分复杂。Fahud油田某些井在钻进过程中会穿过NatihA、C和E含油层。地层出现亏空时,就会发生钻井液漏失现象。NatihA和C含油层下是D5页岩,在钻经D5页岩时,钻井液的压力梯度为0.55psi/ft时可以保持井眼稳定。在D5页岩下套管终点深度前7ft处时,Natih含油层可能发生漏失现象。漏失发生后,钻井液的重量下降,水窜入井中,会导致D5页岩层垮塌从而卡住钻杆,井眼损失。传统办法是下入另外一根套管分隔D5页岩层,增加套管设计尺寸以保持穿过目的层井眼直径不变。这就必须将通过NatihA、NatihC和D5页岩层的812812ft的套管换成12141214ft套管,从而增加总费用和钻井时间。这就必须考虑一种替代方案——使用Weathford公司的ABL水泥固封可膨胀衬管技术,可膨胀衬管膨胀后的内径比以前使用的套管的内径大。实践表明,ABL能够使套管鞋下面的井眼保持稳定。在D5页岩层使用ABL后,可膨胀管使D5页岩层和钻井液分隔,从而降低钻井液的重量。1.3用可膨胀管完井衬管缺失地层封井技术目前的可膨胀完井衬管技术已经可以部分取代常规的割缝管完井技术、射孔完井技术。该技术能够加固井壁,选择性分隔开采,降低井眼直径。具有优点如下:①提高油田产量;②在一些油田,大井眼可以提高过流面积,因此产量也就越高;③提高新老油井的开采期限;④通过向井眼中下入分隔器可进行选择性堵水;⑤适用范围广,井眼直径从312∼912312∼912in(1in=25.4mm,下同)之间都可使用可膨胀衬管完井。可膨胀完井衬管尤其适用于侧钻井过程中水泥固井和射孔完井困难时采用。应用实例2001年9月埃尼-阿吉普公司最先在意大利南部西西里岛的Ragusa油田成功使用可膨胀完井衬管完井。水突破油藏中的裂缝网时油井开始出水。裸眼完井很难下入区域分隔工具进行堵水作业,需采用可膨胀管技术。可膨胀管完井技术的原理是在可膨胀管外套上一些橡胶圈,膨胀后紧贴地层井壁。管上的膨胀橡胶圈具有耐压、耐高温、耐腐蚀等特性,可以保证其较长时间的有效期限。中心管直径范围在278∼512278∼512英寸之间。Ragusa油田使用可膨胀管技术后含水量大幅下降。2膨胀头产生的非织造材料实体可膨胀管基本原理是基于油气井筒内的金属管材冷扩径技术,通过机械挤胀的方法对下入井筒内的管柱进行径向膨胀,使其发生永久塑性变形,最终发生永久机械变形,从而达到增大套管内径,“节省”井径的目的。用来使套管产生永久变形的工具是膨胀头(或锥体)。具体讲是利用施加在锥体两端的压差或直接用机械推力或拉力迫使膨胀头从套管中穿过,从而达到扩张套管的目的。压差可以通过位于套管内与膨胀头相连的钻柱泵入液体产生,而机械力则需拉或压钻柱即可产生。膨胀头通过套管时,使套管钢材所承受的应力超过了其弹性极限进入塑性变形阶段,当然须保证不超过钢材的破裂极限。膨胀管的强度和断裂性能随着膨胀管在膨胀过程中长度和厚度变化而变化。目前实体可膨胀管主要应用是尾管悬挂器(ELH)和应急套管。这两种方法都是金属-金属膨胀技术。2.1尾管悬挂器及尾管分隔器可膨胀尾管悬挂器,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(约33ft)来形成尾管悬挂器,同时,这一小段尾管还充当尾管上的分隔器。可膨胀尾管悬挂器和尾管上分隔器相比,可膨胀尾管悬挂器可延长平均故障时间,减少维修费用。应用实例2002年5月,在印度尼西亚海域的油田,成功地向井深3500ft的井下入可膨胀悬挂器悬挂长60ft可膨胀防砂筛管,缩短了操作时间,同时防砂有效。2.2膨胀管制作地层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由于钻柱的剧烈冲击震动和摩擦、掉块,从而失去封固效果。因此,就开发利用可膨胀管技术。其中固体膨胀管是金属加强,主要承受冲击、磨损,具有耐摩性强、摩擦系数低和抗应力/应变能力强等优点。应用实例长庆油田W11-261井是1口套损井,采用分隔器隔采方式生产,该井未修井前含水大幅上升,表现为隔采失效。采用Φ108mm(内径Φ94mm)的可膨胀管对该井的破损段577.29~582.46m进行补贴修复,长期封堵出水层段,提高井筒的整体密封性和安全使用寿命。3国内研究现状可膨胀管技术在堵漏、修复、防塌和防砂方面为石油工业提供了一种新的方法和手段。目前,国外已经成功地利用可膨