CN1891974A - 欠平衡完井方法及完井装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠平衡完井用的方法和完井装置，该装置为圆形管状，两端设置有螺纹连接段，管壁中部设置有若干轴向槽。该装置通过井下膨胀工具产生塑性变形，贴紧在井壁上。同时管壁膨胀后使中部轴向槽成为通孔，使管内外贯通，起到滤筛管作用。施工过程中不需要水泥固井，所以能在欠平衡条件下进行固井操作，下入管柱及打通储层。利用本装置能够实现在真正欠平衡条件下的完井，是一种适用于多种地质条件下的欠平衡完井装置。达到科学完井，保护油气层，提高油气产量的目的。

Description

欠平衡完井方法及完井装置

所属技术领域：

本发明涉及石油油气井钻井、完井技术领域，涉及一种完井方法及所用的装置。特别涉及一种欠平衡完井的方法和采用本方法所使用的欠平衡完井装置。

背景技术

在油气田的勘探和开发中，常规的钻井技术均属于过平衡钻井，既在钻井过程中特别是打开储层时，使井内钻井液的压力高于储层孔隙压力，防止发生井喷。常规的过平衡钻井技术因为井底钻井液的压力高于地层孔隙压力，这样钻井液在压差的作用下进入储层，堵塞、损害并污染储层。储层孔隙被堵塞，油气不能顺利流向井筒或流出能力降低，导致油气产量降低。如果所钻的井是勘探井，钻井的目的是了解本地区是否存在含油储层，然而勘探井储层孔隙被堵塞，不能及时发现储层，后果则是导致一个储层乃至一个地区的油藏被判断为无可采油，丢失宝贵油藏。

20世纪50年代，开始采用欠平衡钻井技术。欠平衡钻井技术是：在钻井过程中钻井液井底压力低于地层孔隙压力，使储层的流体在压差作用下有控制地进入井筒，并将储层的流体循环到地面的一种钻井技术。

同常规的过平衡钻井技术相比，欠平衡钻井技术有很多优点，主要表现为：(1)减少钻井液对储层的损害、提高油气产量。欠平衡钻井过程中，因井底钻井液压力低于储层孔隙压力，钻井液不能进入储层，反而储层内流体流入井筒。所以欠平衡钻井减少对储层的损害，能够有效地保护油气层，从而提高油气井的产量。(2)有利于发现、评价低压低渗油气层。常规过平衡钻井对储层造成伤害，堵塞储层孔隙，使本应该有油气显示的井没有显示，影响油气的勘探和开发。欠平衡钻井过程储层的流体压力高于井底钻井液的压力，储层油气能进入井筒并从井内返出地面，有利于对储层油气做出准确评价。(3)欠平衡钻井可大幅度提高机械钻速，延长钻头使用寿命。(4)由于欠平衡钻井井筒内钻井液的液柱压力低于地层孔隙压力，从而可以大大降低钻井液漏失发生的几率，减少钻井液流失，降低钻井成本。(5)欠平衡钻井过程中，可能产生油气，通过对油气进行分离作为副产品加以利用和出售。

由于油气井的地质条件比较复杂，为防止井壁坍塌造成井筒的堵塞或卡住油气井内采油设备，在完成钻井后通常需要对井筒井壁进行完井处理。目前的完井方法是：将水泥浆填充到套管与井壁之间的环形间内，水泥浆固化在套管与井壁之间。即通过水泥对井壁进行加固处理。水泥浆固化要求有一个稳定的地下环境，也就是工程技术人员通常所说的压稳原则。在井下欠平衡条件下，地层中的流体处于激活状态，储层中的油、气、水侵入水泥浆中，造成水泥浆失重。水泥浆失去稳定的地下环境难固化，完井质量得不到保证，影响层间封隔，达不到完井的目的。另外，因水泥浆液柱压力高于井底储层压力，又会造成常规过平衡钻井带来的污染损害储层效果。完井过程中造成污染损害储层的是水泥浆。水泥浆对油气井的损害程度甚至超过过平衡钻井造成的损害。因此，在目前的欠平衡钻井完成后，不采用水泥浆填充的套管完井方法，普遍采用裸眼完井或筛管完井。而这两种完井方法由于没有进行稳定井壁处理，所以只能用于岩层致密、井筒稳定的地质条件，适用范围受到局限。而筛管完井同样是在过平衡条件下才能进行，筛管完井仍然不能克服水泥浆对油气井的损害。到目前，没有一种与欠平衡钻井相配套的欠平衡完井技术，使在欠平衡钻井技术下得到保护的油气层在完井过程中，继续得到保护。如果不能在钻井、测井、完井施工全过程中实现欠平衡，欠平衡钻井技术保护油气层的效果就不能充分体现，保护油气层的目的没有最终实现。

发明内容：

针对目前采用的完井技术不能实现保护油气层，欠平衡钻井技术中保护油气层的目的没有最终实现的问题，提出了欠平衡完井技术。本发明的目的是提供一种欠平衡完井方法，实现在各种地质条件下进行欠平衡完井，以保证在整个钻井、完井过程中不会对储层造成损害，保护油气层，提高油井产量和勘探、评估的准确性。

本发明的另一个目的是：提供一种欠平衡完井用的完井装置，实施欠平衡完井中将把本装置安置在油井井筒中。

本发明的目的是这样实现的：

欠平衡完井用的完井装置：该装置是一种圆形管，圆形管的外径在127-203毫米之间，厚度在6-12毫米之间，长度在7-13米之间。圆形管两端有螺纹连接段，圆形管中部管壁表面周围均布有轴向槽，轴向槽的深度在3-11毫米之间。将圆形管下放到井下，通过井下膨胀工具使圆形管产生膨胀塑性变形。圆形管膨胀后，管壁直径增加；轴向槽成为近似菱形孔，可使圆形管贴紧在井壁上实现稳定井壁的作用。

为了使圆形管能牢固连接，所述的圆形管两端有螺纹连接段，圆形管一端为内螺纹，一端为外螺纹。

为了适应欠平衡完井施工操作方便，所述的内螺纹和外螺纹为左旋螺纹。

为了适合欠平衡完井施工中，更有利于使圆形管膨胀，所述的圆形管两端的螺纹连接段的外径大于中部管壁外径5-40毫米。

轴向槽有多种形状，如菱形、椭圆形、长方形、两端为圆形的长方形等，而最理想的形状是长方形轴向槽。这种轴向槽结构在膨胀时更容易均匀变形使轴向槽被扩张成菱形通孔，并且膨胀时所需要作用力小，形成的通孔的形状有规则。

轴向槽可以位于圆形管的内壁或外壁上，为了加工方便，轴向槽在圆形管的外壁上比较好。这样不但便于轴向槽的加工，而且圆形管内壁表面光滑，便于膨胀器在井下对圆形管进行膨胀再加工。

本发明提供的欠平衡完井方法是：在完成欠平衡钻井后，利用欠平衡钻井设备、条件，如井架、钻机、防喷器、不压井起下钻装置、膨胀器，以及欠平衡钻井所使用的钻井液，进行欠平衡完井施工。欠平衡完井施工方法是：

A、在欠平衡条件下，利用钻机向井筒内放入下端封闭的膨胀管管柱。膨胀管管柱组成：从下至上有密封管头、欠平衡完井用的完井装置、尾管悬挂器，膨胀管管柱采用螺纹连接。用送入管柱将膨胀管管柱下入至油气储层，尾管悬挂器将膨胀管管柱悬挂固定在井内套管下端；起出送入管柱。在膨胀管管柱下井过程中，每下入30-100米，往送入管柱内灌注一次欠平衡钻井液，减少膨胀管管柱内外压差。密封管头可以阻止井下储层流体进入膨胀管管柱内。

在膨胀管管柱下井过程中，如果发生膨胀管管柱和送入管柱的自重小于管柱浮力与井液涌出的推力之和，发生管柱上浮时，采用不压井起下钻装置强行下压，将膨胀管管柱和送入管柱压入井筒内。下压力在0-30吨之间。

B、在欠平衡条件下，利用钻机向膨胀管管柱内下入膨胀器。膨胀器为圆锥形，周围有转辊。钻机转盘带动膨胀器向右旋转。旋转方向与膨胀管管柱螺纹连接段螺纹旋转方向相反，以防止螺纹脱扣。利用膨胀器和上部钻具的重量向下推进膨胀器。向下推进力在1-8吨之间。膨胀器上的转辊对欠平衡完井用的完井装置内壁施加径向膨胀压力。带有轴向槽的圆形管径向膨胀。膨胀后的圆形管的管壁贴紧在井壁上实现稳定井壁作用。同时欠平衡完井用的完井装置圆形管表面的轴向槽因强度较低，而被膨胀器撑裂，轴向槽被撑裂成菱形的通孔，使圆形管变成井下筛管。膨胀管管柱内外贯通，即贯通储层。通过膨胀器旋转，并向下推进对膨胀管管柱管壁施压膨胀加工，使膨胀后的管柱贴紧在井筒的井壁上；也可以按井身设计要求不贴紧在井筒的井壁上。

为了完井以后能顺利下入其它采油、修井等工具，顺利通过膨胀管管柱与井内套管的结合处，还可通过膨胀器对膨胀管管柱的入口端进行膨胀加工，使其形成圆锥形入口。

C、欠平衡的条件下，利用钻机起出膨胀器及其上部钻具。膨胀后的欠平衡完井用的完井装置留在井内。完成欠平衡完井的全过程。

整个完井施工过程中，全部在欠平衡状态下完成的；使用的钻井液是欠平衡钻井液。因此不存在对石油储层的损害、污染。实现了在欠平衡钻井技术下得到保护的油气层，在完井过程中继续得到有效保护。

本发明的效果：本发明提供了一种全新的完井方法和装置，实现在欠平衡条件下入完井管柱。施工过程中没有采用高压注水泥浆，所以能在欠平衡条件下进行完井操作。轴向槽膨胀后被扩张成为近似菱形的通孔，完井管柱内外贯通，使膨胀后的圆形管起到防砂、滤砂的筛管作用。本发明能在不经过射孔的情况下，实现储层与井筒贯通。减少了油井射孔环节，节约油井射孔成本，克服了射孔过程给储层带来的损害。这种欠平衡完井用的完井装置，能够实现欠平衡条件下的完井，是一种可以适用于各种地质条件下的欠平衡完井装置。不会对储层造成损害，保护了油气层，能提高油井单井产量，能提高勘探、评估地层含油情况的准确性。总之，采用本发明完井，不污染油井储层，解决了多年来本专业技术人员想解决，而未能解决的技术课题；实现了在欠平衡钻井技术下得到保护的油气储层，在完井过程中继续得到保护的目的。

附图说明：

附图1是本发明的欠平衡完井用的完井装置结构剖面示意图。是一个实施例，不能理解为本发明的欠平衡完井用的完井装置仅有此结构。

附图2是采用欠平衡完井用完井装置进行欠平衡完井操作示意图。在井下利用膨胀器(6)对欠平衡完井用的完井装置进行膨胀加工，使圆形管(2)膨胀的示意图。

附图3是完成圆形管(2)膨胀后的油井纵剖面示意图。是一种圆形管(2)贴紧在井壁(7)上的示意图。

附图4是附图1的横剖面示意图。表示欠平衡完井用完井装置膨胀前轴向槽(4)截面结构。

附图5是欠平衡完井用完井装置膨胀后的横截面示意图。表示圆形管内径、外径增大，轴向槽(4)成为通孔。

图中，1.外螺纹，2.圆形管，3.轴向槽，4.内螺纹，5.套管末端，6.膨胀器，7.井壁，8.螺纹连接段、9.密封管头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的欠平衡完井方法及欠平衡完井用的完井装置作进一步说明。

实施例：

欠平衡完井用的完井装置，如附图1所示，圆形管(2)为钢管，一端有外螺纹(1)，另一端有内螺纹(3)。圆形管(2)的外径为127毫米，厚度是10毫米，长度是10米。圆形管(2)中部管壁外表面交错均布有轴向槽(4)，轴向槽(4)的深度为9毫米，轴向槽(4)的长度为300毫米。轴向槽(4)采用的是两端为圆形的长方形。轴向槽(4)位于圆形管(2)的外壁上。可以采用铣床加工轴向槽(4)。圆形管(2)两端部直径大于中部管直径13毫米，即两端部直径为140毫米。

如图4所示，轴向槽(4)底部与管壁的内表面之间的距离，即壁厚最薄处强度应保证在井底欠平衡条件下能够承受管内外的压力差。在该压力差作用下圆形管(2)不会变形，并且轴向槽(4)不会因受压自动破裂。

由于钻井队现有的膨胀器(6)在工作时，旋转方向为右旋，所以圆形管(2)两端的内外螺纹(3、4)均为左旋螺纹，这样使螺纹旋转方向与膨胀器(6)转动方向相反，防止在膨胀加工时使相邻的圆形螺纹连接段(8)部脱扣。

轴向槽(4)加工在圆形管(2)的外壁上，这样不但便于轴向槽(4)的加工，而且因管内壁为光滑表面，便于通过膨胀器(6)进行膨胀加工。

利用欠平衡完井用的完井装置进行完井的方法实施例1：

现场条件：刚刚完成欠平衡钻井，钻井设备、井架、钻机、防喷器、不压井起下钻装置、膨胀器经检验合格。欠平衡钻井所使用的钻井液性能良好。进行欠平衡完井施工的裸眼井筒直径149毫米，油气层厚度180米，深度2300米。

见附图2。首先，在欠平衡条件下，利用钻机向井筒内放入下端封闭的膨胀管管柱。膨胀管管柱组成：从下至上有1个密封管头(9)、20根欠平衡完井用的完井装置和1个尾管悬挂器。欠平衡完井用的完井装置采用上述装置实施例中的。20个圆形管(2)通过螺纹连接段(8)由左旋螺纹相互连接而成。20个圆形管(2)连接后长度约200米，大于油气层厚度。用送入管柱将膨胀管管柱下入至油气储层，尾管悬挂器将膨胀管管柱悬挂固定在井内套管(5)下端。起出送入管柱。在膨胀管管柱下井过程中，每下入50米，往送入管柱内注入一次欠平衡钻井液，减少膨胀管管柱内外压差。密封管头(9)是一个下端部带有锥度的盲堵。可以阻止井下储层流体进入膨胀管管柱内。

当膨胀管管柱下井过程中，膨胀管管柱和送入管柱的自重小于管柱浮力与井液涌出的推力之和，发生了管柱上浮，采用不压井起下钻装置强行下压，将膨胀管管柱和送入管柱压入井筒内。下压力在0-10吨之间。开始使用不压井起下钻装置强行下压的压力比较小，1吨左右，后来逐步提高压力到10吨。完成一次膨胀管管柱强行下井，到达预定深度。

其次，完成膨胀管管柱下井并悬挂固定在井内套管末端(5)后，在欠平衡条件下，利用钻机向膨胀管管柱内下入膨胀器(6)。膨胀器(6)到达膨胀管管柱后，开动钻机转盘带动膨胀器(6)向右旋转。以每分钟50转的转速旋转。利用膨胀器(6)和上部钻具的重量向下推进的膨胀器(6)。向下推进力3吨。膨胀器(6)在膨胀管管柱内旋转、下行。膨胀器(6)上的转辊对欠平衡完井用的完井装置内壁施加径向膨胀压力。膨胀管管柱径向膨胀。膨胀后的圆形管(2)的管壁贴紧在井壁(7)上。同时欠平衡完井用的完井装置圆形管(2)表面的轴向槽(4)因强度强度低而被膨胀器(6)撑裂，轴向槽(4)被撑裂成菱形的通孔(4)，使圆形管(2)变成井下筛管(见附图5)。蓬胀管管柱内外贯通，即贯通储层。通过膨胀器(6)旋转，并向下推进对膨胀管管柱管壁施压膨胀，圆形管(2)外径膨胀后达到140毫米。本实施例使膨胀后的管柱未贴紧在井筒的井壁上。

膨胀器(6)下行到膨胀管管柱底部，停止旋转，停止下压。完成膨胀工序。

最后，欠平衡的条件下，利用钻机上提膨胀器(6)及其上部钻具。膨胀后的欠平衡完井用的完井装置留在井筒内。见附图3。完成欠平衡完井的全过程。

完井的方法实施例2：

与完井的方法实施例1基本相同，不同点是：圆形管(2)膨胀后，欠平衡完井用的完井装置贴紧在井筒的井壁(7)上。见图3。

Claims (10)

1、一种欠平衡完井方法，其特征在于：

A、在欠平衡条件下，向井筒内放入下端封闭的膨胀管管柱，膨胀管管柱组成：从下至上有密封管头(9)、欠平衡完井用的完井装置、尾管悬挂器，膨胀管管柱采用螺纹连接，用送入管柱将膨胀管管柱下入至油气储层，尾管悬挂器将膨胀管管柱悬挂固定在井内套管(5)下端，起出送入管柱，

在膨胀管管柱下井过程中，每下入30-100米，往送入管柱内灌注一次欠平衡钻井液；

B、在欠平衡条件下，向膨胀管管柱内下入膨胀器(6)，钻机转盘带动膨胀器(6)向右旋转，旋转方向与膨胀管管柱螺纹连接段螺纹旋转方向相反，利用膨胀器(6)和上部钻具的重量向下推进膨胀器(6)，向下推进力在1-8吨之间；

C、欠平衡的条件下，起出膨胀器(6)及其上部钻具，膨胀后的欠平衡完井用的完井装置留在井内，完成欠平衡完井的全过程。

2、如权利要求1所述的欠平衡完井方法，其特征在于：在膨胀管管柱下井过程中，如果发生膨胀管管柱和送入管柱的自重小于管柱浮力与井液涌出的推力之和，发生管柱上浮时，采用不压井起下钻装置下压，将膨胀管管柱和送入管柱压入井筒内，下压力在0-30吨之间。

3、如权利要求1或2所述的欠平衡完井方法，其特征在于：通过膨胀器对膨胀管管柱的入口端进行膨胀加工，使其形成圆锥形入口。

4、一种欠平衡完井用的完井装置，是一种圆形管(2)，其特征在于：圆形管(2)的外径在127-203毫米之间，厚度在6-12毫米之间，长度在7-13米之间，圆形管(2)两端有螺纹连接段(8)，圆形管(2)中部管壁表面周围均布有轴向槽(4)，轴向槽(4)的深度在3-11毫米之间。

5、如权利要求4所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的圆形管(2)两端有螺纹连接段(8)，圆形管(2)一端为内螺纹(3)，一端为外螺纹(1)，所述的内螺纹(3)和外螺纹(1)为左旋螺纹。

6、如权利要求4所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的圆形管(2)两端的螺纹连接段的外径大于中部管壁外径540毫米之间。

7、如权利要求4、或5、或6所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的圆形管(2)上的轴向槽(4)为长方形。

8、如权利要求4、或5、或6所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的圆形管(2)上的轴向槽(4)为两端为圆形的条形。

9、如权利要求4、或5、或6所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的圆形管(2)中部管壁外表面周围均布的轴向槽(4)，其排列方式为交错排列。

10、如权利要求4、或5、或6、所述的欠平衡完井用的完井装置，其特征在于：所述的轴向槽(4)位于圆形管(2)的外壁。

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