CN103089182A - 一种组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法，尾管管柱上组合有膨胀套管和膨胀筛管，先后采用膨胀锥和变径膨胀工具对膨胀套管和膨胀筛管进行膨胀。实施方法是将组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管管柱下入井内至预定位置，在液压作用下，先采用膨胀锥使膨胀套管实现膨胀，并通过橡胶环紧贴于技术套管和井眼内，对完井管柱提供悬挂密封；再采用变径膨胀工具对膨胀筛管进行膨胀至紧贴于井眼，消除了筛管与井壁的环形空间。优点在于：膨胀套管膨胀后可增大回接套管内径，便于后期采油与作业，膨胀筛管膨胀后其外壁可以紧贴于井眼，增加滤砂面积，提高筛管防砂效果，提高产能和采收率的开发效果。

Description

一种组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法

技术领域

本发明涉及石油钻井完井技术领域中的一种组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法。

技术背景

膨胀管技术就是将管柱下到井内，以机械或液压的方法，使管柱发生永久性塑性变形，使井眼或生产管柱的内径扩大。该技术能够增加套管层次，简化井身结构，节约钻井成本，提供一种更灵活的完井方式和全新的修井方法。，膨胀管主要包括膨胀套管和膨胀筛管两大类。

目前，我国疏松砂岩油藏分布范围较广、储量大，产量占有重要的地位，油井出砂是这类油藏开采的主要矛盾。从国外应用来看，与其他防砂措施相比，膨胀筛管技术能节省费用30%，提高产能70%。尽管膨胀筛管能够适合各种套管完井井眼，以及井壁规则的裸眼井眼，但是在封堵水层和漏失层等技术难题上存在缺陷；同时膨胀筛管回接至技术套管时，一般在膨胀筛管和大通径悬挂器之间仍需连接一段普通的无节箍套管，而无节箍套管不发生膨胀，由此在管柱内形成多个台阶，不利于后期生产及作业方便。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可以兼顾膨胀套管和膨胀筛管的技术优势，克服膨胀筛管对水层的敏感性，以及回接套管内径受限的缺陷，有效增大整体生产管柱的内径，在增加防砂效果和生产能力的同时，也对水层加以封隔的组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法。

本发明技术方案包括：

（一）完井管柱的装配：在膨胀套管1下端部预先扩径后插入启动装置6，中心管9穿过膨胀套管1与启动装置6相连，膨胀套管1底端通过转换接头3和膨胀筛管2相连，在膨胀筛管2的底部连接引鞋12；其中，膨胀套管1外壁上间隔设置着多段橡胶环5，启动装置6与膨胀套管1内壁形成滑动膨胀配合，启动装置6最大外径与膨胀套管1的壁厚之和略小于技术套管4的内径，启动装置6最大外径与橡胶环5和膨胀套管1的壁厚之和略大于技术套管4的内径。

（二）其施工过程是：首先，钻井井眼11完成后，采用启动装置6悬挂和中心管9伴送，将完井管柱中的启动装置6下入到井下技术套管4的底部位置；第二步，开启启动装置6，启动装置6沿膨胀套管1底部上行，使膨胀套管1 发生径向塑性扩径膨胀后，膨胀套管1外壁上间隔设置的多段橡胶环5与井眼11和技术套管4结合，实现完井管柱的扩径和悬挂；第三步，起出启动装置6及中心管9，再下入变径膨胀工具10至膨胀筛管2顶部；第四步，通过液压使变径膨胀工具10实现变径，同时采用机械加压方式对膨胀筛管2进行从上而下膨胀，膨胀后膨胀筛管2紧贴于井眼11；最后起出变径膨胀工具10，完成完井管柱的膨胀作业。

所述的启动装置6是在中心管9的下部连接密封堵头8，密封堵头8向上间隔设置膨胀锥7后形成膨胀腔16，其间隔处设置与中心管9内部贯通的径向导流管17，膨胀锥7 为上窄下宽的锥体通孔结构，密封堵头8底部设置与金属球配合的球座通孔，膨胀锥7和密封堵头8分别与膨胀套管1形成密封配合。

根据前述启动装置的施工过程是：将完井管柱中的启动装置6下入到井下技术套管4的底部位置后，从井口通过中心管9内投入一金属球，坐封到安装在启动装置6内的密封堵头8上的球座后，形成密封腔；然后从井口通过中心管9泵入流体，流体经过中心管9上的径向导流管17进入膨胀腔16，随着流体的泵入，膨胀腔16内的压力升高，当压力达到膨胀套管1的额定膨胀压力时，推动膨胀锥7沿着中心管9向上做轴向滑动，膨胀锥7将膨胀套管1及橡胶环5径向膨胀，使膨胀套管1产生径向永久性塑性变形，使硫化在膨胀套管1上的多段橡胶环5被压缩在膨胀套管1外的环空内。

上述方案中，所述的橡胶环5采用遇油遇水自膨胀橡胶；所述的膨胀筛管2包括膨胀基管13、过滤筛网14和保护外罩15三层结构，膨胀基管13上均匀加工有缝槽，过滤筛网14彼此部分重叠，夹在膨胀基管13和保护外罩15中间，其过滤孔径在膨胀筛管2膨胀过程中保持不变。

本发明的优点在于：

1、膨胀套管膨胀后可增大回接套管内径，便于后期采油与作业；

2、膨胀套管上的橡胶环采用遇水自膨胀橡胶，膨胀后保证橡胶环与技术套管和井眼紧密接触，从而起到封隔复杂层和尾管头防窜的目的；

3、膨胀筛管采用变径膨胀工具，膨胀后其外壁可以紧贴于井眼，消除了筛管与井壁的环形空间，具有较大的通径尺寸，增大油流面积，增加滤砂面积，提高筛管防砂效果；

4、膨胀筛管具有最大的内外径比和较强的弯曲能力，适用于各种裸眼井眼的防砂，结合膨胀套管，更好地保护油气藏、提高产能和采收率的开发效果。

附图说明

图1是本发明一种应用实施例在膨胀前完井管柱示意图

图2是膨胀套管膨胀坐挂部分局部放大示意图

图3是膨胀套管膨胀后管柱示意图

图4是膨胀筛管膨胀过程中示意图

图5是本发明完成膨胀后管柱示意图

图6是膨胀筛管膨胀前后截面对比图，左图为膨胀前截面图，右图为膨胀后截面图。

1.膨胀套管  2.膨胀筛管  3.转换接头  4.技术套管  5.橡胶环  6.启动装置  7.膨胀锥  8. 密封堵头  9. 中心管  10.变径膨胀工具  11.井眼   12.引鞋  13.膨胀基管  14.过滤筛网  15.保护外罩  16.膨胀腔   17. 径向导流管。

具体实施方式

现结合说明书附图1-6对本发明作进一步的描述。

实施例1：

完井管柱的装配：在膨胀套管1下端部预先扩径后插入启动装置6，中心管9穿过膨胀套管1与启动装置6相连，膨胀套管1底端通过转换接头3和膨胀筛管2相连，在膨胀筛管2的底部连接引鞋12；其中，膨胀套管1外壁上间隔设置着多段橡胶环5，启动装置6与膨胀套管1内壁形成滑动膨胀配合，启动装置6最大外径与膨胀套管1的壁厚之和略小于技术套管4的内径，启动装置6最大外径与橡胶环5和膨胀套管1的壁厚之和略大于技术套管4的内径。

其施工过程是：首先，钻井井眼11完成后，采用启动装置6悬挂和中心管9伴送，将完井管柱中的启动装置6下入到井下技术套管4的底部位置；第二步，开启启动装置6（即直接提拉中心管9），启动装置6沿膨胀套管1底部上行，使膨胀套管1 发生径向塑性扩径膨胀后，膨胀套管1外壁上间隔设置的多段橡胶环5与井眼11和技术套管4结合，实现完井管柱的扩径和悬挂；第三步，起出启动装置6及中心管9，再下入变径膨胀工具10至膨胀筛管2顶部；第四步，通过液压使变径膨胀工具10实现变径，同时采用机械加压方式对膨胀筛管2进行从上而下膨胀，膨胀后膨胀筛管2紧贴于井眼11；最后起出变径膨胀工具10，完成完井管柱的膨胀作业。

实施例2：在实施例1的基础上，所述的启动装置6是在中心管9的下部连接密封堵头8，密封堵头8向上间隔设置膨胀锥7后形成膨胀腔16，其间隔处设置与中心管9内部贯通的径向导流管17，膨胀锥7 为上窄下宽的锥体通孔结构，密封堵头8底部设置与金属球配合的球座通孔，膨胀锥7和密封堵头8分别与膨胀套管1形成密封配合。

按照前述启动装置的施工过程是：将完井管柱中的启动装置6下入到井下技术套管4的底部位置后，从井口通过中心管9内投入一金属球，坐封到安装在启动装置6内的密封堵头8上的球座后，形成密封腔；然后从井口通过中心管9泵入流体，流体经过中心管9上的径向导流管17进入膨胀腔16，随着流体的泵入，膨胀腔16内的压力升高，当压力达到膨胀套管1的额定膨胀压力时，推动膨胀锥7沿着中心管9向上做轴向滑动，膨胀锥7将膨胀套管1及橡胶环5径向膨胀，使膨胀套管1产生径向永久性塑性变形，使硫化在膨胀套管1上的多段橡胶环5被压缩在膨胀套管1外的环空内。其他过程与实施例1相同。

上述实施例中的橡胶环5采用遇油遇水自膨胀橡胶。膨胀筛管2包括膨胀基管13、过滤筛网14和保护外罩15三层结构，膨胀基管13上均匀加工有缝槽，过滤筛网14彼此部分重叠，夹在膨胀基管13和保护外罩15中间，其过滤孔径在膨胀筛管2膨胀过程中保持不变。变径膨胀工具10可参见专利号为ZL200820018906.6的专利（用于膨胀筛管的可变径膨胀工具）。

本发明方法是这样实施的。如图1~图3所示，首先提供膨胀套管1和膨胀筛管2等尾管及其下入和膨胀所需工具；待钻井井眼11完成后，采用膨胀锥7悬挂和中心管9伴送，按设计要求下入完井管柱。完井管柱下到预定位置后，开泵循环，采取措施依靠起压装置8使膨胀套管1内形成一个密闭的压力腔，当压力达到额定值时，推动预置在位于膨胀套管1下部启动装置6内的膨胀锥7动作。膨胀锥7在液压作用下，沿中心管9上行，使膨胀套管1发生径向塑性变形，实现管体膨胀，膨胀套管1膨胀后，其管体上的橡胶环5紧贴于技术套管4或井眼11内，起到悬挂尾管和密封的双重作用，同时也对裸眼井眼11进行封堵。

如图3~5所示，起出膨胀锥7及内管柱，再下入变径膨胀工具10；变径膨胀工具10上加工有可在压力作用下可以自由伸缩且呈螺旋状均匀分布的滚轮结构。待变径膨胀工具10下至膨胀筛管2顶部，通过液压使变径膨胀工具10实现变径，使其滚轮伸出，从而增大变径膨胀工具10的外径，同时采用机械加压方式对膨胀筛管2进行从上而下膨胀，膨胀后膨胀筛管[2]紧贴于井眼11；起出可变径膨胀工具9，进行下一步生产作业。

膨胀施工完成后，大大增大了膨胀套管1的内径，便于后期采油及增产措施的实施；膨胀筛管2紧贴于井眼11，消除了膨胀筛管2与井眼11的环形空间，可增加滤砂面积，提高膨胀筛管2防砂效果，延长膨胀筛管2的防砂寿命，从而降低钻井作业费用和油井生产成本。。

Claims (4)

1.一种组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法，其特征是该方法包括：

（一）完井管柱的装配：在膨胀套管[1]下端部预先扩径后插入启动装置[6]，中心管[9]穿过膨胀套管[1]与启动装置[6]相连，膨胀套管[1]底端通过转换接头[3]和膨胀筛管[2]相连，在膨胀筛管[2]的底部连接引鞋[12]；其中，膨胀套管[1]外壁上间隔设置着多段橡胶环[5]，启动装置[6]与膨胀套管[1]内壁形成滑动膨胀配合，启动装置[6]最大外径与膨胀套管[1]的壁厚之和略小于技术套管[4]的内径，启动装置[6]最大外径与橡胶环[5]和膨胀套管[1]的壁厚之和略大于技术套管[4]的内径；（二）其施工过程是：首先，钻井井眼[11]完成后，采用启动装置[6]悬挂和中心管[9]伴送，将完井管柱中的启动装置[6]下入到井下技术套管[4]的底部位置；第二步，开启启动装置[6]，启动装置[6]沿膨胀套管[1]底部上行，使膨胀套管[1] 发生径向塑性扩径膨胀后，膨胀套管[1]外壁上间隔设置的多段橡胶环[5]与井眼[11]和技术套管[4]结合，实现完井管柱的扩径和悬挂；第三步，起出启动装置[6]及中心管[9]，再下入变径膨胀工具[10]至膨胀筛管[2]顶部；第四步，通过液压使变径膨胀工具[10]实现变径，同时采用机械加压方式对膨胀筛管[2]进行从上而下膨胀，膨胀后膨胀筛管[2]紧贴于井眼[11]；最后起出变径膨胀工具[10]，完成完井管柱的膨胀作业。

2.根据权利要求1所述的组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法，其特征是：所述的启动装置[6]是在中心管[9]的下部连接密封堵头[8]，密封堵头[8]向上间隔设置膨胀锥[7]后形成膨胀腔[16]，其间隔处设置与中心管[9]内部贯通的径向导流管[17]，膨胀锥[7] 为上窄下宽的锥体通孔结构，密封堵头[8]底部设置与金属球配合的球座通孔，膨胀锥[7]和密封堵头[8]分别与膨胀套管[1]形成密封配合。

3.根据权利要求2所述的组合膨胀套管及膨胀筛管的尾管完井方法，其特征是施工过程中还包括：将完井管柱中的启动装置[6]下入到井下技术套管[4]的底部位置后，从井口通过中心管[9]内投入一金属球，坐封到安装在启动装置[6]内的密封堵头[8]上的球座后，形成密封腔；然后从井口通过中心管[9]泵入流体，流体经过中心管[9]上的径向导流管[17]进入膨胀腔[16]，随着流体的泵入，膨胀腔[16]内的压力升高，当压力达到膨胀套管[1]的额定膨胀压力时，推动膨胀锥[7]沿着中心管[9]向上做轴向滑动，膨胀锥[7]将膨胀套管[1]及橡胶环[5]径向膨胀，使膨胀套管[1]产生径向永久性塑性变形，使硫化在膨胀套管[1]上的多段橡胶环[5]被压缩在膨胀套管[1]外的环空内。

4.如权利要求1或2、3所述的筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法，其特征是：所述的橡胶环[5]采用遇油遇水自膨胀橡胶；所述的膨胀筛管[2]包括膨胀基管[13]、过滤筛网[14]和保护外罩[15]三层结构，膨胀基管[13]上均匀加工有缝槽，过滤筛网[14彼此部分重叠，夹在膨胀基管[13]和保护外罩[15]中间，其过滤孔径在膨胀筛管[2]膨胀过程中保持不变。

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