CN101994500B - 膨胀支撑水平筛管装置和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膨胀支撑水平筛管装置和使用方法。装置包括：膨胀器部分、支撑储油部分和筛管部分。本发明是在筛管外部先借助高压胶囊膨胀使膨胀割缝管压向裸眼壁，形成稳固支撑罩，然后再下入筛管采油，即本发明在筛管外部设置一个圆拱形膨胀支撑罩；同时采用胶囊移位膨胀，技术膨胀工艺平稳，支撑管与裸眼壁紧密相连；支撑力度大；膨胀支撑罩吸油面积大，输油产量高；原来膨胀支撑罩及膨胀装置外形尺寸小，送进方便，下井容易。发明装置可有效防止地层坍塌；并且大幅度降低成本，工艺易行，便于推广。
Description
技术领域：
本发明涉及采油管道，特别是一种膨胀支撑水平筛管装置和使用方法，具体是外部有膨胀支撑罩的石油水平筛管。
技术背景：
目前水平筛管井是一种广泛应用和极力推广的高产井型，这种多孔防砂复合管道，跟踪油层的走向，随油就势增大吸油界面，单井平均原油日产是普通竖井的三至五倍，多则七至八倍，甚至十倍。但是另一方面也存在三个严重问题：
一，生产安全性差，由于地层坍塌或地质应力作用，本来低强度筛管容易变形或被剪断，某公司2008年在渤海油田，30口膨胀筛管井由于地层坍塌，塌落砂石压扁了管体，导致工程全部失败。
二，多孔管的膨胀工艺过于复杂，现在国际Weatherfond公司独有的旋转式膨胀工艺为弯道下井还配备了复杂滚珠滑杆；旋转膨胀发生周期性撞击，导致震动失稳，干扰了筛管精细结构。
三，现行膨胀方式，经常遇到水层，则利用遇水遇油膨胀橡胶封隔固井，但膨胀力有限，效果不一，特别是后期经常发生水串影响采油。
发明内容：
本发明的目的是提供一种膨胀支撑水平筛管装置和使用方法。本发明是在筛管外部先借助高压胶囊膨胀使一种带割缝膨胀管压向裸眼壁，以形成稳固支撑罩，然后再下入筛管采油。本发明技术膨胀工艺平稳，膨胀支撑罩与裸眼壁紧密相连、支撑力度大；支撑膨胀管吸油面积大，采油产量高；膨胀支撑罩及膨胀装置初始外形尺寸小，送进方便，下井容易，工艺易行，便于推广。
本发明提供的膨胀支撑水平筛管装置包括：
膨胀器部分，用于筛管的扩径膨胀；
支撑储油部分，用于吸渗原有和封隔水层以及支撑采油空间；
筛管部分，用于采油通道和防砂。
膨胀器部分包括：内部孔管、膨胀胶囊、通孔、膨胀接头、螺纹头。内部孔管是在膨胀胶囊之内，内部孔管管壁上带有通孔。螺纹头是内部孔管两端带有螺纹的部分。膨胀接头处于两个相邻内部孔管的螺纹头之间，其中间膨胀接头螺纹与螺纹头的螺纹相互啮合。膨胀胶囊两端被压封，插在内部孔管螺纹和膨胀接头螺纹之间，其内部形成密封。膨胀胶囊是金属丝编制的橡胶体，膨胀能承受压力，并在压力的作用下，开始扩径膨胀；同时其本身具有伞状结构，在压力下降时能自动折叠缩小直径。
支撑储油部分包括：膨胀支撑罩、裸眼壁、水层、油道、原油库。所说的膨胀支撑罩部分是由一系列的端部相互螺结的膨胀管连接而成。上述膨胀支撑罩部分：其长度方向上包括两种类型的段，其中不带割缝部分是封隔密封段，另外一种割缝部分是割缝渗透段，其割缝渗透段走向基本平行于膨胀管的周向。膨胀支撑罩外部接触裸眼壁，裸眼壁外部穿插分布着油道和水层。膨胀支撑罩的封隔密封能够屏蔽水层；油道通过割缝渗透段连通膨胀支撑罩内部形成原油库，油道中的原油通过割缝渗透段流入膨胀支撑罩内部，形成储油油库。而砂粒被挡于膨胀支撑罩之外。另外，水层中的地下水由于膨胀支撑罩的封隔密封段的阻挡，则被封隔于膨胀管之外。原油库是膨胀支撑罩以内和筛管体以外空间范围贮存原油的部分。
筛管部分由油管、筛管体、筛管接头、筛管封底、油管和膨胀支架组成；油管和筛管体通过螺纹连接。筛管体之间借助于筛管接头螺纹互相连接，膨胀支架套在筛管体外缘的沟槽中；筛管部分直接通过筛管左端与油管相连接并伴随活动，筛管体外侧沟槽限定了膨胀支架的位置。膨胀支架是由遇水遇油膨胀橡胶制成，膨胀支架遇水和遇油发生膨胀，于是增加了膨胀支架垂直的尺寸，同时也提升了筛管高度，避免被下部沉砂埋住。
膨胀支撑罩的膨胀过程是：膨胀器部分从内部孔管的通孔馈给水压，则高压水通过通孔充满膨胀胶囊内部，使其体积涨大，并且压迫膨胀支撑罩直径变粗，直至支撑罩外缘抵达裸眼壁，于是膨胀支撑罩形成粗细相间类似藕状外形。然后减压，收缩的膨胀胶囊再后移半个间隔距离，膨胀胶囊的评议周期长度即为间隔距离，重新馈压补充膨胀，于是膨胀支撑罩形成近等直径的圆柱形外形。以上说明膨胀支撑罩膨胀是通过膨胀胶囊扩径顶压实现的，膨胀分两步进行：首先等间隔进行局部膨胀；其次，再使未膨胀部分补充膨胀，以实现总体均匀膨胀。
使用本发明实施工艺方法过程如下：
钻取竖直裸眼孔，下垂直段套管，进行注浆固井，定向随钻水平井，下膨胀支撑罩，下膨胀器，一次加压膨胀胶囊胀大，使膨胀支撑罩在间隔距离上扩径，膨胀器减压后，膨胀器收缩，之后后移上述一半的间隔距离，再二次加压，膨胀胶囊扩径，膨胀支撑罩补充膨胀，膨胀支撑罩被扩膨胀成较为均匀直径的形体，并与裸眼壁紧密接触。膨胀支撑罩减压膨胀器收缩移出后，抽油管及筛管组合体下井进行采油。
本发明具有以下特点：
1)有效防止地层坍塌。本发明利用紧贴裸眼壁的静态窑穹支撑结构取代与裸眼壁相互分离的悬空结构；另外膨胀支撑罩由连续单元条梁组成，具有巨大承载力。例如厚度6″的51/2″割缝距10mm，每平方厘米局部可支撑径向载荷7吨。
2)本发明膨胀器送进、下井方便，工作稳定。目前膨胀筛管所采用的旋转胀头，以及过弯道所用的滚珠钻杆结构都十分复杂，工具维护非常困难；同时旋转膨胀伴随强烈振动，这样降低了筛管的精度和防砂效果。本发明膨胀较为平稳，能保持筛管结构精度和良好防砂效果。
3)膨胀支撑罩吸油面积增大，原油产量大幅度提高，同时防砂效果好，完全杜绝了裸眼壁与筛管间产生的死砂层。
4)本发明可强力封隔水层保证了固井效果。一般的水平筛管设计多选择不带水层的单一储油层，因此限制了推广应用。另外对多地质层过去主要采用遇水遇油膨胀橡胶封隔，由于多种原因干扰，固井效果波动。本发明用膨胀支撑罩的封隔密封，通过膨胀强力封隔能达到高度密封防止水窜的效果。
5)本发明免除了砾石填充工序。以往为了填充裸眼壁与筛管外缘之间的空隙，耗费了大量的资金和时间，而且效果难以评定，本发明根本没有上述空隙，降低了施工成本。
6)采用油管筛管组合装置，进行移动采油，机动灵活，便于清理。以前采用固定式筛管采油，经常遇到阻塞，需要进行反循环清理，一般三次后失去效果难以处理。本发明装置可随时取出清理和进行更换。
附图说明
图1是膨胀器未打压的原始状态。
图2是油管筛管组合采油装置下井采油。
具体实施方式
本发明的具体实施方案参照附图详细说明如下，但仅作说明而不是限制本发明。
如图所示，1内部孔管，2膨胀胶囊，3通孔，4膨胀接头，5螺纹头，6油道，7水层，8封隔密封段，9裸眼壁，10油管，11原油库，12割缝渗透段，13膨胀支架，14筛管接头，15筛管体，16膨胀支撑罩，17筛管封底。
本发明膨胀支撑水平筛管装置包括膨胀器(附图上中心部位)部分、支撑储油部分(附图下的上下边部位)和筛管部分(附图下的中间部位)三部分组成。
所说的膨胀器部分包括内部孔管1、膨胀胶囊2、通孔3、膨胀接头4、螺纹头5。内部孔管1在膨胀胶囊2之内，螺纹头5是内部孔管1两端带有螺纹的部分。膨胀接头4处于两个相邻内部孔管的螺纹头5之间，其中膨胀接头4、螺纹与螺纹头5螺纹相互啮合。膨胀胶囊2是金属丝编制的橡胶体，膨胀能承受压力，并在压力的作用下，开始扩径膨胀，膨胀胶囊2两端被压封插在内部孔管1、螺纹和膨胀接头4的螺纹之间。
支撑储油部分的组成：膨胀支撑罩16，裸眼壁9、水层7、油道6、原油库11。其中膨胀支撑罩16包括两段：不带割缝部分是封隔密封段8，另一段割缝部分是割缝渗透段12，所说的割缝渗透段12的割缝走向基本平行于膨胀管周向。膨胀支撑罩外部接触裸眼壁8，外部穿插分布着油道6和水层7。膨胀支撑罩的封隔密封段9能屏蔽水层；油道6中的原油通进入缝渗透段12连通膨胀支撑罩16内部积累形成原油库11。
所说的筛管部分由油管10、筛管体15、筛管接头14、筛管封底17和膨胀支架13组成。筛管体15之间借助于筛管接头14螺纹互相连接，膨胀支架13是由遇水和遇油膨胀橡胶制成的，它膨胀后增加膨胀支架垂直尺寸，提升了筛管高度，防止筛管埋入沉砂中。
本发明运行过程是：所说的膨胀器部分从内部孔管1馈给水压，则高压水通过通孔3充满膨胀胶囊2，使其体积增大，并且压迫膨胀支撑罩，膨胀接头4之间部分变粗，直至支撑罩外缘抵达裸眼壁9，油道6中的原油可穿过膨胀支撑罩的割缝渗透段12进入原油库11，而砂粒被挡于膨胀管支撑罩之外。另外，水层中的地下水由于膨胀支撑罩的封隔密封段9的阻挡，则被隔离于膨胀管之外。
应用实施例：
本发明在卧式水平井模拟实验装置上进行实施。
上述装置的动力部分，油压筒Ф350mm，工作油压25MPa，最大拉力1472KN。狗腿度0.25°/m，弯道长30m；直线段长20m。模拟水层安置加压水管。实施的Ф110×6.5膨胀管的原割缝宽0.2mm，长为0.3mm的膨胀支撑罩沿其轴向拉开，于是其直径减小为Ф108。收缩状态膨胀器外缘Ф90mm，总长20m，其中膨胀接头长度30cm，膨胀胶囊部分长220cm，另外带有封闭无缝段，外部硫化层2mm橡胶，以钻杆运载顺利送进，进入膨胀支撑罩中，打水压30MPa，膨胀器扩胀，压迫膨胀支撑罩扩径，压迫其外缘与裸眼壁接触。具有伞形结构膨胀胶囊，减压后自行折叠缩径。然后后移膨胀器12cm，再打压到30MPa，膨胀支撑罩膨胀均匀，最后内腔形成Ф127均匀孔型空间，后来拆剖检验，膨胀后割缝尺寸已缩小至0.15mm。利用油管将外缘直径Ф120有三层组合防砂筛管顺利导入。此项防砂筛管模拟是根据工程要求，目的是防止细砂为0.04-0.10mm范围的细砂粒。为考查膨胀封隔固井效果，从模拟水层的连接水管馈给水压，至50MPa，一小时无渗漏，说明密封良好。
以上试验实施得出以下结论：
一、利用橡胶复合材料膨胀胶囊实行分步扩张膨胀支撑罩，安全可行。
二、膨胀胶囊和防砂筛管外径分别小于孔径5-6mm的条件下直接送进通过了7.5°、30m弯道。
三、本发明布置的割缝管通过膨胀不但不增加割缝宽度，还可以缩小割缝管的割缝宽度，从0.3mm减少到0.15mm。
四、采用本发明的膨胀封隔方式可以获得良好的固井效果，封隔密封水压50MPa。
五、模拟实验说明本发明结构简单易行，便于推广。
Claims (4)
1.一种膨胀支撑水平筛管装置，它包括：
膨胀器部分，用于筛管的扩径膨胀；
筛管部分，用于采油通道和防砂；其特征在于还包括：
支撑储油部分，用于吸渗原油和封隔水层以及支撑采油空间；
所说的膨胀器部分包括：内部孔管、膨胀胶囊、通孔、膨胀接头、螺纹头；内部孔管是在膨胀胶囊之内，内部孔管管壁上带有所述通孔；螺纹头是内部孔管两端带有螺纹的部分；膨胀接头处于两个相邻内部孔管的螺纹头之间，其中膨胀接头螺纹与螺纹头的螺纹相互啮合；膨胀胶囊两端被压封，插在内部孔管螺纹和膨胀接头螺纹之间，其内部形成密封；
所说的筛管部分由油管、筛管体、筛管接头、筛管封底和膨胀支架组成；油管和筛管体通过螺纹连接，筛管体之间借助于筛管接头螺纹互相连接，膨胀支架套在筛管体外缘的沟槽中；筛管部分直接通过筛管体在左端与所述油管相连接并伴随活动；
所说的支撑储油部分由膨胀支撑罩、裸眼壁、水层、油道、原油库组成；膨胀支撑罩是由端部相互螺结的膨胀管连接而成；膨胀支撑罩的长度方向上包括不带割缝的封隔密封段与带割缝的割缝渗透段，其割缝渗透段走向近于与膨胀管的轴线垂直；膨胀支撑罩外部接触裸眼壁，裸眼壁外部按层分布着油道和水层；膨胀支撑罩的封隔密封段封隔屏蔽水层；油道通过割缝渗透段连通膨胀支撑罩内部形成原油库。
2.按照权利要求1所说的膨胀支撑水平筛管装置，其特征在于所说的膨胀胶囊是金属丝编制的橡胶体，具有伞状结构。
3.按照权利要求1所说的膨胀支撑水平筛管装置，其特征在于所说的膨胀支架是由膨胀橡胶制成的。
4.权利要求1所说的膨胀支撑水平筛管装置的实施方法，其特征在于包括的过程为：钻取竖直裸眼孔，下垂直段套管，进行注浆固井，定向随钻水平井，下膨胀支撑罩，下膨胀器，一次加压膨胀胶囊胀大，使膨胀支撑罩在间隔距离上扩径，膨胀器减压后，膨胀器收缩，之后后移间隔距离，再二次加压，膨胀胶囊扩径，膨胀支撑罩补充膨胀，膨胀支撑罩被扩膨胀成较为均匀直径的形体，并与裸眼壁紧密接触；膨胀支撑罩减压膨胀器收缩移出后，抽油管及筛管组合体下井进行采油。
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