冀东油田出砂斜井液压膨胀管补贴技术.pdf

第 3 3卷 第 5 期 2 0 1 1 年 9月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L L I NC P R0DU C T1 0N TE C HN0L OG Y V0 1 ． 3 3 No ． 5 S e p ．2 01 1 文章 编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 1 0 5 0 1 1 3 0 4 冀东油 田出砂斜井液压膨胀管补贴技术 张 吴 刘宇 飞 王 玲 玲 胡 慧 莉 郝夏 蓉 张 建 忠 1 ． 冀 东油田公 司钻采 工艺研 究院 ， 河北唐 山0 6 3 0 0 4； 2 ． 冀 东油 田公 司机械公 司， 河北唐海0 6 3 2 0 0 摘要针对出砂斜井的液压膨胀管补贴技术难题 ， 通过对膨胀管补贴失败井进行分析， 从地层特性、 井筒状况、 补贴工具结 构、 补贴施工操作方法对出砂斜井实施补贴技术的影响等方面入手， 分析 了影响膨胀管补贴的各种 因素， 研究得出对于出砂斜 井补贴前采用挤水泥阻止地层 出砂是关键技术；并针对斜井膨胀 阻力大的问题， 采用钻杆打压胀管以解决胀头遇卡的情况； 同时， 对膨胀管补贴技术和补贴工具进行 了一系列的改进， 解决了出砂斜井膨胀管补贴过程中胀头偏摆和密封悬挂胶皮被刮落 的难题。该技术在井斜 3 0 。 、 严重出砂和石子的 G3 0 8 ． 4井中进行了应用， 效果较好。 关键词冀东油田；膨胀管补贴；出砂斜井；套变修复 中图分类号T E 3 5 8 文献标识码A Hyd r a u l i c e x pa n da b l e t u bu l a r pa t c hi ng t e c h no l o g y f or h i g h a ng l e d e v i a t e d s a ndi ng we l l s i n J i d o ng Oi l fie l d Z H A NG H a 0 ， L I U Y u f e i ， WA NG L i n g l i n g ， H U H u i l i ， H A 0 X i a r 0 n g ， Z H A N G J i a n z h 0 n g 1 ． Dr i l l i n g a n dP r o d u c t i o n T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e o fJ i d o n g Oi lfie l d , P e t r o C h i n a ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 4 ， C h i n a 2 ． Me c h a n i c a l C o m pa n yo f J i d o n gO i lfie l d , P e t r o C h in a ， T a n g h a i 0 6 3 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e d i ffic u l t i e s o n h y d r a u l i c e x p a n d a b l e t u b u l a r p a t c h i n g t e c h n o l o g y f o r h i g h a n g l e d e v i a t e d s a n d i n g we l l s ， t h e r e a s o n s o f t h e e x p a n d a b l e tub u l a r p a t c h i n g f a i l u r e a n d f a c t o r s i mp a c t i n g a r e a n a l y z e d ， c o n s i d e r i n g t h e i mp a c t o f f o r ma t i o n p r o p e r t y , we l l b o r e s t a tus ， p a t c h i n g t o o l ， a n d o p e r a t i n g me t h o d ， o n t h e p a t c h i n g o p e r a t i o n f o r d e v i a t e d s a n d i n g we l l s ． T h e s tud y r e s u l t s c o u l d e x - p l a i n t h a t i t i s a k e y t e c h n i q u e f o r d e v i a t e d s a n d i n g we l l s t o s q u e e z e s o me c e me n t t o p r e v e n t f o r ma t i o n s a n d i n g b e f o r e p a t c h i n g ． I n o r d e r t o a v o i d j a mmi n g o f e x p a n d a b l e tub u l a r p a t c h i n g t o o l s ， d r i l l p i p e i s u s e d t o p u t i n t o t h e t o o l s ． A t t h e s a me t i me ， t h e e x p a n d a b l e tub u l a r p a t c h i n g t e c h n i q u e a n d t o o l s a r e i mp r o v e d t o r e s o l v e t h e p r o b l e ms o f r e s i s t a n c e a n d s e a l i n g b r o k e n o f h i g h a n g l e d e v i a t e d we l 1 ． Th e t e c hn i q u e i s s u c c e s s f u l l y a p p l i e d o n We l l G3 0 8 4 ， wi t h d e v i a t i o n an g l e o f 3 0 d e g r e e a n d s e r i o u s s and i n g p r o b l e m． Ke y wo r ds J i d o n g Oi l fi e l d ； e x p a n d a b l e t u b u l a r p a t c h i n g；h i g h a n g l e d e v i a t e d s a n d i n g we l l ；c a s i n g r e me d i a t i o n 膨胀管补贴可采用液压和机械两种方式进行胀 管 ， 由于液压膨胀管补贴技术难度小 ， 在 国内普遍得 到应用 1 -7 ] o液压膨胀管补贴技术就是将补贴管下 到指定套损段 ， 然后采用液压打压和上提管柱相结 合的方法， 使补贴管与胀头之间产生相对移动， 从而 使补贴管被胀头胀大， 并利用硫化在补贴管外的胶 皮悬挂在套管内， 起到密封和加固的作用 。截 至 2 0 1 0 年 9 月， 冀东油田共有 3 4 6口井发生过套管 损坏， 套损井比例占总井数的 1 6 ． 9 ％。其中部分套 损井必须应用膨胀管补贴技术才能修复。液压膨胀 管补贴技术主要有密封和加 固两项用途。对于油水 井破损处漏失严重 ， 水泥挤封大量漏失或挤封后容 易套变， 或高压水层处挤不进水泥的井， 可以用膨胀 管补贴密封。对于套管腐蚀严重或修套后套管强度 基金项目中国石油天然气股份有限公司推广项目 “ 采油采气工艺技术推广应用” 编号 油勘 [ 2 0 0 8 ] 7号 。 作者简介张昊， 1 9 6 9年生。1 9 9 1 年毕业于石油大学 华东 机械制造工艺与设备专业， 现主要从事油水井大修技术研究工作， 高级工程 师。电话 1 3 9 3 3 4 0 7 6 9 0 。E ma i l j i x i u z h a n g 1 6 3 ． c o m。 l 1 4 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 9月 第 3 3卷 第 5 期 低易套变的井可以用膨胀补贴管进行加固。 1 影响膨胀管补贴技术实施的主要因素 1 ． 1 补贴失败原 因分析 冀东油 田从 2 0 0 6年开始开展膨胀管补贴技术 研究与应用， 2 0 0 6 年 ～ 2 0 0 9 年冀东油田先后实施 4 口井液压膨胀管补贴试验， 均未取得成功， 通过对失 败的4口井进行仔细分析， 找出了失败原因， 并对各 种影响补贴的因素进行了分析研究 ， 补贴失败井失 败原因分析见表 1 。 表 1 补贴失败井失败原因分析 通过对 4口井失败原因分析得 出因为这 4口 井施工过程中使用的补贴技术不能满足冀东油田出 砂斜井 的实 际井况 ， 导致补贴失败 。若要进行 膨胀 管补贴， 必须对膨胀管补贴技术进行一系列的改进， 以满足井斜大 、 出砂严重的实际情况。 研究适合出砂斜井的膨胀管补贴技术是冀东油 田推广膨胀管补贴技术 的关键 。主要是在补贴过程 中防止出砂， 同时减小斜井中的胀管阻力。另外， 斜 井修套致套管破损后更容易刮磨补贴管密封胶皮， 所以必须解决补贴过程中密封胶皮被刮掉或磨损造 成胀管困难或补贴后不密封的问题。 1 ． 2 影响膨胀管补贴施工的各种 因素分析 对影响膨胀管补贴施工的各种因素进行了分 析 ， 见表 2 。 表 2 影响膨胀管补贴施工的因素及应对措施 张昊等冀东油田出砂斜 井液压膨胀管补贴技术 1 l 5 2 膨胀管补贴技术改进 根据影响膨胀管补贴各种因素分析的结果， 对膨 胀管补贴技术和补贴工具进行了一系列重要改进。 2 ． 1 措施改进 1 备用一套高压软管、 弯头、 油壬， 在出现意外 时， 可以及时更换 ， 以免停等时间过长。 2 内径 1 2 4 ． 2 6 mm 的 O1 3 9 ． 7 mm套管要采用 O 1 2 0 i／ l r n 长铣柱打通道， 以最大程度消除套管缩径， 保证套管内径， 避免补贴过程中出现补贴管接箍与 套管钢对钢挤压并导致阻力过大问题。 3 采用挤水泥或抑砂剂抑制地层出砂， 以免地 层砂进入胀头与补贴管环空或补贴管与套管环空， 造成胀头胀管困难 。 4 采用 2 4 臂井径成像测井， 确保施工时补贴 管接箍避开套管缩径段后方可进行补贴， 以免胀头 卡死 。 5 采用钻杆代替加厚油管打压胀管， 这样补贴 中途一旦管柱出现问题泄压， 可以上提管柱胀管。 O7 3 ． 0 2 5 mm 的 G级新 钻 杆 与 O7 3 ． 0 2 5 mm加 厚新油管打压胀管之间最大上提力比较如下 例如 O1 3 9 ．7 ir ln l 套管的2 0 0 0 m套损处用钻杆 进行补贴施工 ， 胀头外径为 1 0 5 mm， O7 3 ． 0 2 5 mm 的 G级新钻杆管体屈服强度 1 3 3 5 k N， 允许上提 1 2 0 0 k N， 力的计算如下 钻杆 自重为 2 0 0 01 5 ． 59 ． 81 0 ～ 3 0 3 ． 8 k N， 则用钻 杆上提胀 头时胀头所受 到 的最 大净 上提力 为 1 2 0 0 3 0 3 ． 8 8 9 6 ． 2 k N。该 井 如 用 07 3 ． 0 2 5 1T I l l 1 加厚油管膨胀管补贴， 补贴时打压 5 0 MP a ， 同时最 大可上提 4 0 0 k N胀管 ， 则胀头受 到最大的向上的推 力为 1 0 5 一6 2 5 0 1 0 一 ／ 4 2 0 0 0 9 ． 5 9 ． 8 1 0 ～ 4 0 0 4 9 5 ． 8 k N。其 中 O7 3 ． 0 2 5 r n r n钻杆每米 重量 1 5 ．5 k g ／ m， 加厚油管每米重量 9 ．5 k g ／ m。 从 数值上看 ， 用钻杆直接上提胀头产生 的拉力 大于用加厚油管打压 5 0 MP a且同时上提 4 0 0 k N时 的胀管合力， 一旦补贴中途打不上压， 如用油管施工 可能无法正常施工 ， 造成补贴失败 ， 如用钻杆施工可 以采用提拉钻杆的方法完成胀管， 因此， 膨胀管补贴 采用钻杆比采用加厚油管施工更加可靠。 2 ． 2 工具改进 1 胀 头外 形 由原来 的橄榄形改为 阿基米德 螺 线形， 其特点是在斜井条件下胀管上行过程中， 即使 发生摆动， 仍可保持基本尺寸不变 ， 减少胀头上行的 阻力。 2 补贴管胶皮要求硫化牢 固， 并在补贴管密封 胶皮两端或下端硫化铁环 ， 以防止下井过程 中补贴 管密封胶皮磨坏或刮烂 ， 造成胶皮脱落， 堆积在补贴 管与套管环空， 使得胀管困难；同时也防止胀管成 功后 ， 因胶皮刮磨损坏而不能密封 。 3 膨胀管补贴技术的应用 3 ． 1 基本情况 G 3 0 8 ． 4井是 冀东 油 田高 1 0 4 ． 5区块西南 方 向 构造高部位的一口油井， 井口位于 G 7 平台， 生产层 段为 Ng l 0 ， 2 0 0 0 年 4月 3 0日完井 ， 该井 2 0 0 8年 1 2 月冲砂检泵过程 中井内出石子， 最大直径 5 0 m m。 从 2 0 0 9 年 2 月防砂检泵后， 至今供液不足， 分析 认 为 1 7 4 6 ． 3 ～ l 7 5 0 m 处破损 出砂和 石子后 埋掉 了 N g l 0 1 0 ≠ } 生产层， 造成供液不足。该井油层套管材 质为 J 5 5 ， 内径 1 2 4 ． 2 6 mm， 破损段井斜 3 0 。 ， 并且出 砂严重 。 3 ． 2 施工工序 3 ． 2 ． 1 打捞 井内管柱、 挤灰防止 出砂上大修 ， 起原 井 O 4 4 ff U T I 防砂泵及附件， 冲砂通井 ， 打捞 出防砂管 柱 ， 填砂至砂面 1 8 3 4 m， 挤灰封 1 7 4 6 ． 3 ～ 1 7 5 0 mm附 近破损段 防止出砂 ， 钻塞至砂面。 3 ． 2 ． 2 打通道下 O 1 2 0 m m铣锥修套至 1 7 7 5 m然 后下 1 1 8 l Y l ／ ／ 1 8 m通井规通井并测多臂井径。 通井发现 O1 1 8 n ff n8 m通井规 在 1 7 4 6 ～ 1 7 5 6 m段有遇阻显示 ， 加压 2 0 k N通过 ， 起出通井规有多 道 深 1 ～ 2 mm 的划 痕 ， 后用长 2 ． 4 m的 O1 2 0 mm铣 柱 O1 2 0 1T I1T I 铣锥打通道保证补贴内径。 3 ．2 ．3 验套下 Y 2 1 1 一 l l 4 封隔器验 1 7 4 0 m以上套 管和 1 7 5 9 m以上套管， 然后下固定球座 Y 2 l 1 ． 1 l 4 封 隔器 7 m油管短 节 断销式泄油器 Y1 l 1 1 1 4 封隔器验 1 7 5 8 ～ 1 7 6 5 m套管。 验套发现 1 7 4 0 r n以上套管完好， 1 7 5 8 ～ 1 7 6 5 m 套管完好， 1 7 5 9 m以上套管打压 8 MP a ， 3 次， 1 0 m i n 压降依次为 2 MP a 、 2 -3 MP a 、 2 ．8 MP a 不合格。故判 断 1 7 4 0 ～ 1 7 5 9 m套管漏， 须对该段套管用膨胀管补贴 技术进行密封和加固， 补贴段定为 1 7 3 6 ～ 1 7 6 2 m。 3 ．2 ． 4 补贴施工下补贴管， 接地面打压与供水管 线 ， 接 7 0 0型水泥车 ， 打压 补贴 。补贴管 2 6 ． 1 m， 补 贴位置 1 7 3 6 ～ 1 7 6 2 m， 补贴启动压力 3 5 MP a ， 运行压 力 3 2 ～ 3 8 MP a ， 补贴运行 时间 3 2 mi n 。补贴后 打压 1 0 MP a ， 1 5 m i n 压力不降， 考虑到该井腐蚀较严重， 1 1 6 石油钻采工艺2 0 1 1 年 9月 第 3 3卷 第 5期 故未试验更高压力。补贴过程正常， 膨胀管补贴施 工取得成功。 3 ．2 ．5 修 口、 磨底堵用铣锥对补贴管进行孔 口倒 角， 下空心磨鞋磨掉底堵， 然后下倒角油管冲砂至人 工井底 。 3 ． 3 效果分析 1 该井验上、 下部套管完好段时， 先对油管试 压合格， 但验套过程中仍然出现油管漏的问题， 反 复验套多次发现从油管打压不合格， 而从套管打压 验套合格， 证实油管漏 ， 油管找漏花费较长时间， 今 后验套 深度 在 1 0 0 0 m 以下 时 ， 验套 管柱改 为 固定 球 座 Y2 1 l 一 1 1 4封 隔 器 油管短 节 断 销式 泄油 器 Yl 1 1 1 1 4封 隔器 油管至井 口， 坐封后 ， 先对油 管试压合格， 然后再投棒砸开泄油器进行打压验套。 该井后来采取这种方法验套并取得成功。 2 该井磨底堵时由于胀头尼龙垫落井， 造成磨 铣时间过长。建议磨底堵前如发现有胀头密封件落 井， 要求磨铣和大排量反洗井交替进行， 把落物磨碎 并冲出来， 直到磨铣进尺正常， 控制磨底堵时间在 5 ～ 1 0 h之内。发现不正常情况 ， 立 即分析 ， 如情况不 清楚要打印落实。 4 结论 1 采用水泥挤封的方式可以对出砂亏空的漏失 段进行防砂 。 2 采用钻杆作为补贴施工管柱可以保证打压过 程 中整个管柱的密封和受力的可靠性 。 3 采用阿基米德螺线性胀头可以很好地解决斜 井补贴过程中因胀头摆动造成的阻力增大的问题。 4 补贴管胶皮硫化铁环 ， 可 以防止补贴管在下 井过程中密封胶皮被刮掉或磨损， 保证补贴后的密 封性能 。 参考文献 [ 1 ] 张文华， 刘国辉 ， 胡国清 ． 可膨胀管技术及其应用 [ J ] ． 石 油钻 采工艺， 2 0 0 1 ， 2 3 1 2 8 ． 3 1 ． [ 2] 徐秉业 ． 塑性力学 [ M]． 北京高等教育出版社， 1 9 8 8 ． [ 3] 张建兵， 王长宁， 袁孟嘉 ． AP I J 5 5套管的膨胀性能分析 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 6 ， 2 6 2 8 8 ． 9 1 ． [ 4] F I L I P P OV A． E x p a n d a b l e t u b u l a r s o l u t i o n R j． S P E 5 6 5 0 0 ， 1 9 9 9 ． [ 5] R ANDY M Me r r i t t ． S o l i d e x p a n d a b l e t u b u l a r s a r e e n a b l i n g t e c h n o l o g y l C j． D r i l l i n g c o n t r a c t o r ， 2 0 0 1 3 6 3 8 ． [ 6] 李作会 ． 膨胀管关键技 术研 究及首次应用 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