新型井身结构及膨胀管技术.ppt

* * ? 新型井身结构及 膨胀管技术 ? 一、前言 深井、超深井的施工逐渐增多，钻井的难度也越来越大。特别是钻遇高压层、盐膏层等复杂地层时，往往需要下入套管封固，增加套管层次，由于目前的套管程序设计简单，增加套管层次会导致完钻井眼过小，给后期施工带来困难，甚至造成井眼报废。这些问题已成为困扰深井钻井施工的难题之一。可膨胀管和随钻扩眼技术提供了改变井身结构的技术手段，能解决复杂地层钻进以及井眼变径等问题，又能大量节约钻井成本。 二、膨胀管技术 膨胀管分为实体膨胀管（SET）、膨胀割缝管（EST）和膨胀防砂管（ESS）三大类。壳牌公司于上世纪90年代后期率先研究开发该技术。 图1 实体膨胀管膨胀示意图 实体可膨胀管技术是通过机械的或液压的方式使膨胀锥受压或受拉从管柱中穿过，使管柱内径永久胀大的技术。大多数实体套管的膨胀技术应用在41/2到133/8的管柱，膨胀率一般为10--30%。 ——（一）实体膨胀管 二、膨胀管技术 实体膨胀管技术产品可以归为三类：裸眼井膨胀尾管系统（expandable open-hole liner system）(OHL)；套管井膨胀衬管系统（expandable cased-hole liner system）(CHL)；膨胀尾管悬挂器系统（expandable liner hanger）(ELH)。 1．可膨胀裸眼钻井尾管系统有三方面的作用： ①允许上部井段使用较小尺寸套管可以显著降低套管成本。 ②能减小井眼的锥度，维持井径和套管内径，提高钻井效率；钻更小、更深的井眼却能使生产套管具有更大的直径，有利于提高油气产量。 ③作业者能够将常规井身结构沿用到探井，可膨胀管裸眼尾管的直径大于常规井身结构的尾管直径，因而便于将探井转为具有经济产量的生产井。 ——（一）实体膨胀管 二、膨胀管技术 2．可膨胀套管衬管系统三个方面的作用： ①用于修补老井或已坏井中数千英尺的套管。 ②用来封隔用挤水泥之类常规方法未能封堵的射孔层段，还能用于中断不必要的产气或出水，纠正产液层，从而对现有的注入井和生产井实施更好的控制。 ③在应急作业中，可以用这项技术修补坏套管或被磨损套管。而套管内径只有极少的损失，足可以支持在衬管下面的继续钻进。 ——（一）实体膨胀管 二、膨胀管技术 3．可膨胀尾管悬挂器 ①更简单、更经济。 ②系统寿命长，减少维修费用。 ③集常规尾管悬挂器与封隔器功能于一身，节省与挤水泥、尾管悬挂器封隔器相关的费用。 ⑤内表面非常光滑且开口大，利于各种回接作业。 ——（一）实体膨胀管 二、膨胀管技术 图2 膨胀管悬挂器与常规尾管悬挂装置 ——（二）可膨胀割缝管技术（EST） 二、膨胀管技术 管体上有一系列交错排列且相互重叠的轴向割缝，比实体管易于胀开。在实施完井作业中，EST从底部向上膨胀，在钻井作业中，则由顶部向下膨胀。一般来讲，割缝管径向膨胀率为50%，轴向缩短率不到1%。另外，割缝形状，膨胀心轴锥角和锥底直径的合理匹配可使EST扩展后的实际直径比心轴自身大10%左右。 主要用途： ⑴ 改善井身设计。由于膨胀后可直接支撑在井筒或套管壁上，EST可减少套管的收缩量、降低钻井作业费用和简化完井设计。 ⑵可膨胀管由于自身可以膨胀，故可允许安装诸如防砂筛管类的辅助装置，从而提高井径利用率。 ⑶用于水平井裸眼完井。EST可对地层产生附加的支撑效果，稳定水平井井壁的作用；此外虽然EST扩展后割缝尺寸较大，但它可通过压紧地层起到防砂作用。 ——（三）国外应用实例 二、膨胀管技术 1．哈里伯顿公司于1999年11月在墨西哥湾的West Cameron Block 17井采用可膨胀裸眼尾管系统成功钻达目的层。右图是传统套管设计与7 5/8×9 5/8膨胀管设计方案对比。 West Cameron 17井证明膨胀管技术可以解决一些深井井身方面的共同问题。应用膨胀管柱技术与常规井相比估计成本可以节约40万美元，实际节省约8万5千美元。 WESTER CARERON 17井井身对比图 ——（三）国外应用实例 二、膨胀管技术 QAM-4井示意图 2．阿曼石油开采公司（PDO）的QAM-4井成功地实施了两次可膨胀衬管安装作业 ，如图4。 采取的技术措施： 在7”的套管内下入可膨胀衬管封隔上部射孔，套管内径损失很小，可以将电潜泵下至最佳深度。但是当电潜泵通过衬管下到下部的7”套管中时，由于电潜泵与套管之间的环空过大，马达不能获得良好的冷却，为了获得最佳的冷却流速，再次下入衬管，作为电潜泵的外罩，这样可以获得最佳环空流动面积。作业使用的是5 1/2衬管，7套管的初始内径是6.184，衬管膨胀后内径为5.38，套管内径仅减少0.8。该井恢复生产后，无硫化氢产生，每天增产63立方米。