CN103089193A - 一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法，其方案是：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驱动启动装置6沿待膨胀的膨胀套管1上行，使膨胀套管1产生径向永久性塑性变形，同时硫化在膨胀套管1上的多段橡胶环5被压缩在膨胀套管1外与技术套管4的环空内。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，膨胀套管上的橡胶环封隔复杂层和尾管头防窜。

Description

一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法

技术领域

本发明为一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法，涉及石油钻井完井技术领域。

技术背景

完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程，优化和改进完井工艺，同时开发研究完井新技术，对提高油气藏的勘探与开发效果具有极其重要的意义。随着社会经济的高速发展，原油需求量日益增加，深井、超深井、大斜度井、水平井、分支井、小井眼小间隙井等钻井技术的不断兴起，以及老井侧钻技术的高速发展，完井质量直接关系到油井的产量及寿命，对油田开发的经济效益有决定性的影响。因此，优化和改进完井工艺，同时开发研究完井新技术，对提高油气藏的勘探与开发效果具有极其重要的意义。

筛管顶部注水泥完井工艺是油层段使用筛管衬管，采用固井的方式封固油层顶部的异相层及高低压层的一种先进的完井方式，保持了油层的原始渗透率。但筛管顶部注水泥完井工艺多采用管外封隔器、分级箍、盲管以及尾管悬挂器等特殊完井工具配合下部的筛管共同实施，配套工具复杂，其性能和质量的优劣直接影响到尾管完井施工的顺利进行和施工的成败，任何一个环节出现问题，都会影响完井质量。现有的尾管悬挂器及管外封隔器，由于自身结构的制约，通径受到限制，对于尾管的后期作业带来许多不利的影响，对一些待殊井进行尾管完井作业难以满足目前的生产需要，有时甚至造成重大井下事故。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种对尾管实现简易有效地悬挂密封，避免了常规筛管顶部注水泥完井方法的不足的筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井方法。

其技术方案是：（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底端和筛管2相连，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：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驱动启动装置6沿待膨胀的膨胀套管1上行，使膨胀套管1产生径向永久性塑性变形，同时硫化在膨胀套管1上的多段橡胶环5被压缩在膨胀套管1外与技术套管4的环空内。

上述方案的优化方案是：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11，其间隔处设置与中心管9内部贯通径向导流管10，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；其施工过程是：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10进入膨胀腔11，随着流体的泵入，膨胀腔11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。

膨胀套管1通过转换接头3连接在筛管2顶部，转换接头3两端加工有螺纹的通孔结构。

该方法设计的膨胀套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；在封堵复杂层上具有明显优势，通过膨胀套管上的橡胶环膨胀后紧贴于井壁，从而达到封堵目的，同时具有增大了管柱内径。膨胀套管技术为我们提供一种更灵活的完井方式。

本发明的优点在于：

1、具备良好的密封悬挂功能，完全解决技术套管与尾管重叠段的环空漏失问题，使尾管和技术套管之间的重叠段可以小于10m，大幅度减少常规筛管顶部注水泥完井方法中尾管的使用量，从而节约套管和固井成本。

2、消除了常规悬挂器卡瓦对上层套管造成的损伤，可提供更大的悬挂力和可靠性，并且坐挂对技术套管产生的应力小。

3、内通径远大于配套使用的尾管，并呈上喇叭口状，增大内部的有效流动面积，便于后期采油与作业。

4、膨胀套管上的橡胶环随膨胀套管一起膨胀，保证橡胶环与技术套管和井壁紧密接触，从而起到封隔复杂层和尾管串防窜的目的，可采用遇水自膨胀橡胶提高密封效果，橡胶遇水膨胀时间可控制。

附图说明

图1为一种水平井膨胀前管柱示意图；

图2为一种实施例的膨胀套管膨胀坐挂示意图；

图3为一种水平井膨胀后管柱示意图；

图中：1.膨胀套管  2. 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.径向导流管  11.膨胀腔  12.裸眼井眼。

具体实施方式

一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井方法，主要通过膨胀套管及膨胀套管坐挂系统来说明筛管顶部封堵的方法。首先按照常规方法下入筛管及膨胀套管到设计的井深位置；然后在井口往中心管里投一铜球，铜球坐封到密封堵头上的球座，使膨胀套管的膨胀坐挂工具形成密封腔，中心管内不断泵入液体，密封腔内的压力不断升高，推动膨胀锥由下往上移动，将膨胀套管及橡胶环膨胀，橡胶环被压缩在膨胀套管与技术套管之间的环空内，或者被压缩在膨胀套管和裸眼井壁之间的环空内，形成了悬挂及密封装置，从而起到封隔复杂层和尾管串防窜的目的。膨胀套管膨胀完毕后，尾管通过橡胶悬挂装置悬挂到上层技术套管内，根据地层的实际情况，可采用不同数量的橡胶环，来封隔复杂地层。中心管起出时，密封堵头及膨胀锥等工具随之一同起出。本装置中，膨胀套管采用了强度高、塑性好的材料制成，橡胶环材料采用耐高温的橡胶。

现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。

首先按照现有的钻井方法完成裸眼井段的钻进，原井技术套管采用适当的刮管器进行刮管除垢作业，并采用适当的通径规通井，确保一定的通径；电测裸眼井径时，加测技术套管鞋以上套管50m，根据电测数据选定膨胀套管的坐封位置。如图1所示，膨胀套管1及筛管2组成完井管柱，膨胀套管1上硫化加工有多段橡胶环5，上部的橡胶环5位于技术套管1内，根据地层的实际情况，下部的橡胶环可位于技术套管1内或裸眼井眼内12。膨胀套管的下端是启动装置6，该装置最大外径比膨胀套管的上部大，用来安装膨胀锥7、密封堵头8等膨胀套管的内部膨胀工具。膨胀锥7为一下宽上窄的锥体通孔结构，采用硬质合金材料制造，外表为具有一定锥度的变径结构，下端为一密封堵头结构，该结构加工有一带有通孔的球座。启动装置6与膨胀套管1的过渡位置为喇叭口状的变径结构。在重力作用下，启动装置6的变径结构与膨胀锥7上的变径结构可形成一定宽度的密封面，下入筛管管柱时，该密封面用来承载筛管的重量。膨胀套管1开始膨胀时，该密封面可形成液力密封。膨胀套管1及筛管2可在中心管9、膨胀锥7的伴送下下入到预定的井深位置。

图2为膨胀套管膨胀坐挂示意图，转换接头3两端加工有螺纹，为通孔结构，用来连接下部筛管及上部的膨胀套管1。膨胀套管1上部加工有多段橡胶环5。启动装置6设在一段预先扩径的膨胀套管1内，其内部为一段中心管，其上安装有膨胀锥7，膨胀锥内径安装有密封圈，与中心管之间形成密封；密封堵头内径、外径安装有密封圈，分别与中心管和膨胀套管之间形成密封；膨胀套管的最上端约20cm长呈喇叭口状，在膨胀完毕时用来减少膨胀力。该喇叭口处安装一环状结构的硬质橡胶，用来阻挡固体颗粒进入膨胀套管1，确保膨胀套管1顺利膨胀。

膨胀套管1及膨胀锥7、密封堵头8在下入到预定井深位置后，从井口往中心管9内投入一金属球，这里优选铜球，该铜球坐封到密封堵头8上的球座后，形成密封腔，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10进入膨胀腔11。膨胀锥7为下宽上窄的锥体通孔结构，外表加工有一定的锥度，膨胀锥7位于启动装置6内，与膨胀套管1形成密封配合。随着流体的泵入，膨胀腔11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，随之，膨胀锥将膨胀套管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，从而使硫化在膨胀套管1上的多段橡胶环5被挤压在膨胀套管1外的环空内，比如膨胀套管1与技术套管4之间的环空或者膨胀套管1和裸眼井壁之间的环空内，起到悬挂完井管柱和密封的双重作用，同时也能实现对复杂层进行封堵。

如图3，膨胀套管1坐挂后，密封堵头8、膨胀锥7连同中心管9一起起出，橡胶环5被压缩在技术套管4和膨胀套管1之间的环空内，在裸眼井段的橡胶环5则被压缩到技术套管1和裸眼井壁12之间的环空内。从而形成了悬挂及密封装置，起到封隔复杂层和尾管串防窜的目的。膨胀套管膨胀完毕后，尾管通过橡胶悬挂装置悬挂到上层技术套管内，根据地层的实际情况，可采用不同数量的橡胶环，来封隔复杂地层。

膨胀施工完成后，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。为提高密封效果，橡胶环5可采用遇水自膨胀橡胶，橡胶环5遇水膨胀时间可控制，根据具体井的情况，对应于技术套管内和裸眼井段可在膨胀套管上有选择性的硫化数段橡胶环。

Claims (3)

1.一种筛管顶部膨胀套管封堵的尾管完井的方法，其特征是，（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]底端和筛管[2]相连，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：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]驱动启动装置[6]沿待膨胀的膨胀套管[1]上行，使膨胀套管[1]产生径向永久性塑性变形，同时硫化在膨胀套管[1]上的多段橡胶环[5]被压缩在膨胀套管[1]外与技术套管[4]的环空内。

2.如权利要求1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[11]，其间隔处设置与中心管[9]内部贯通径向导流管[10]，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；其施工过程是：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[10]进入膨胀腔[11]，随着流体的泵入，膨胀腔[11]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。

3.如权利要求1或2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：膨胀套管[1]通过转换接头[3]连接在筛管[2]顶部，转换接头[3]两端加工有螺纹的通孔结构。

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