專利名稱：一種篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法，涉及石油鉆井完井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
完井工程是銜接鉆井和采油工程而又相對獨立的工程，優(yōu)化和改進(jìn)完井工藝，同時開發(fā)研究完井新技術(shù)，對提高油氣藏的勘探與開發(fā)效果具有極其重要的意義。隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)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、小井眼小間隙井等鉆井技術(shù)的不斷興起，以及老井側(cè)鉆技術(shù)的高速發(fā)展，完井質(zhì)量直接關(guān)系到油井的產(chǎn)量及壽命，對油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益有決定性的影響。因此，優(yōu)化和改進(jìn)完井工藝，同時開發(fā)研究完井新技術(shù)，對提高油氣藏的勘探與開發(fā)效果具有極其重要的意義。篩管頂部注水泥完井工藝是油層段使用篩管襯管，采用固井的方式封固油層頂部的異相層及高低壓層的一種先進(jìn)的完井方式，保持了油層的原始滲透率。但篩管頂部注水泥完井工藝多采用管外封隔器、分級箍、盲管以及尾管懸掛器等特殊完井工具配合下部的篩管共同實施，配套工具復(fù)雜，其性能和質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到尾管完井施工的順利進(jìn)行和施工的成敗，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響完井質(zhì)量。現(xiàn)有的尾管懸掛器及管外封隔器，由于自身結(jié)構(gòu)的制約，通徑受到限制，對于尾管的后期作業(yè)帶來許多不利的影響，對一些待殊井進(jìn)行尾管完井作業(yè)難以滿足目前的生產(chǎn)需要，有時甚至造成重大井下事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種對尾管實現(xiàn)簡易有效地懸掛密封，避免了常規(guī)篩管頂部注水泥完井方法的不足的篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井方法。其技術(shù)方案是:(一)完井管柱的裝配:在膨脹套管I下端部預(yù)先擴(kuò)徑后插入啟動裝置6，中心管9穿過膨脹套管I與啟動裝置6相連，膨脹套管I底端和篩管2相連，膨脹套管I外壁上間隔設(shè)置著多段橡膠環(huán)5，啟動裝置6與膨脹套管I內(nèi)壁形成滑動膨脹配合，啟動裝置6最大外徑與膨脹套管I的壁厚之和略小于技術(shù)套管4的內(nèi)徑，啟動裝置6最大外徑與橡膠環(huán)5和膨脹套管I的壁厚之和略大于技術(shù)套管4的內(nèi)徑；(二)其施工過程是:將完井管柱中的啟動裝置6下入到井下技術(shù)套管4的底部位置后，從井口通過中心管9驅(qū)動啟動裝置6沿待膨脹的膨脹套管I上行，使膨脹套管I產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，同時硫化在膨脹套管I上的多段橡膠環(huán)5被壓縮在膨脹套管I外與技術(shù)套管4的環(huán)空內(nèi)。上述方案的優(yōu)化方案是:啟動裝置6是在中心管9的下部連接密封堵頭8，密封堵頭8向上間隔設(shè)置膨脹錐7后形成膨脹腔11，其間隔處設(shè)置與中心管9內(nèi)部貫通徑向?qū)Я鞴?0，膨脹錐7為上窄下寬的錐體通孔結(jié)構(gòu)，密封堵頭8底部設(shè)置與金屬球配合的球座通孔，膨脹錐7和密封堵頭8分別與膨脹套管I形成密封配合；其施工過程是:將完井管柱中的啟動裝置6下入到井下技術(shù)套管4的底部位置后，從井口通過中心管9內(nèi)投入一金屬球，坐封到安裝在啟動裝置6內(nèi)的密封堵頭8上的球座后，形成密封腔；然后從井口通過中心管9泵入流體，流體經(jīng)過中心管9上的徑向?qū)Я鞴?0進(jìn)入膨脹腔11，隨著流體的泵入，膨脹腔11內(nèi)的壓力升高，當(dāng)壓力達(dá)到膨脹套管I的額定膨脹壓力時，推動膨脹錐7沿著中心管9向上做軸向滑動，膨脹錐7將膨脹套管I及橡膠環(huán)5徑向膨脹，使膨脹套管I產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，使硫化在膨脹套管I上的多段橡膠環(huán)5被壓縮在膨脹套管I外的環(huán)空內(nèi)。膨脹套管I通過轉(zhuǎn)換接頭3連接在篩管2頂部，轉(zhuǎn)換接頭3兩端加工有螺紋的通孔結(jié)構(gòu)。該方法設(shè)計的膨脹套管技術(shù)就是將管柱下到井內(nèi)，以機械或液壓的方法，使管柱發(fā)生永久性塑性變形，使井眼或生產(chǎn)管柱的內(nèi)徑擴(kuò)大。該技術(shù)能夠增加套管層次，簡化井身結(jié)構(gòu)，節(jié)約鉆井成本；在封堵復(fù)雜層上具有明顯優(yōu)勢，通過膨脹套管上的橡膠環(huán)膨脹后緊貼于井壁，從而達(dá)到封堵目的，同時具有增大了管柱內(nèi)徑。膨脹套管技術(shù)為我們提供一種更靈活的完井方式。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、具備良好的密封懸掛功能，完全解決技術(shù)套管與尾管重疊段的環(huán)空漏失問題，使尾管和技術(shù)套管之間的重疊段可以小于10m，大幅度減少常規(guī)篩管頂部注水泥完井方法中尾管的使用量，從而節(jié)約套管和固井成本。2、消除了常規(guī)懸掛器卡瓦對上層套管造成的損傷，可提供更大的懸掛力和可靠性,并且坐掛對技術(shù)套管產(chǎn)生的應(yīng)力小。3、內(nèi)通徑遠(yuǎn)大于配套使用的尾管，并呈上喇叭口狀，增大內(nèi)部的有效流動面積，便于后期采油與作業(yè)。4、膨脹套管上的橡膠環(huán)隨膨脹套管一起膨脹，保證橡膠環(huán)與技術(shù)套管和井壁緊密接觸，從而起到封隔復(fù)雜層和尾管串防竄的目的，可采用遇水自膨脹橡膠提高密封效果，橡膠遇水膨脹時間可控制。


圖1為一種水平井膨脹前管柱示意 圖2為一種實施例的膨脹套管膨脹坐掛示意 圖3為一種水平井膨脹后管柱示意 圖中:1.膨脹套管2.篩管3.轉(zhuǎn)換接頭4.技術(shù)套管5.橡膠環(huán)6.啟動裝置
7.膨脹錐 8.密封堵頭9.中心管10.徑向?qū)Я鞴?1.膨脹腔12.裸眼井眼。
具體實施例方式一種篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井方法，主要通過膨脹套管及膨脹套管坐掛系統(tǒng)來說明篩管頂部封堵的方法。首先按照常規(guī)方法下入篩管及膨脹套管到設(shè)計的井深位置；然后在井口往中心管里投一銅球，銅球坐封到密封堵頭上的球座，使膨脹套管的膨脹坐掛工具形成密封腔，中心管內(nèi)不斷泵入液體，密封腔內(nèi)的壓力不斷升高，推動膨脹錐由下往上移動，將膨脹套管及橡膠環(huán)膨脹，橡膠環(huán)被壓縮在膨脹套管與技術(shù)套管之間的環(huán)空內(nèi)，或者被壓縮在膨脹套管和裸眼井壁之間的環(huán)空內(nèi)，形成了懸掛及密封裝置，從而起到封隔復(fù)雜層和尾管串防竄的目的。膨脹套管膨脹完畢后，尾管通過橡膠懸掛裝置懸掛到上層技術(shù)套管內(nèi)，根據(jù)地層的實際情況，可采用不同數(shù)量的橡膠環(huán)，來封隔復(fù)雜地層。中心管起出時，密封堵頭及膨脹錐等工具隨之一同起出。本裝置中，膨脹套管采用了強度高、塑性好的材料制成，橡膠環(huán)材料采用耐高溫的橡膠?，F(xiàn)結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。首先按照現(xiàn)有的鉆井方法完成裸眼井段的鉆進(jìn)，原井技術(shù)套管采用適當(dāng)?shù)墓喂芷鬟M(jìn)行刮管除垢作業(yè)，并采用適當(dāng)?shù)耐◤揭?guī)通井，確保一定的通徑；電測裸眼井徑時，加測技術(shù)套管鞋以上套管50m，根據(jù)電測數(shù)據(jù)選定膨脹套管的坐封位置。如圖1所示，膨脹套管I及篩管2組成完井管柱，膨脹套管I上硫化加工有多段橡膠環(huán)5，上部的橡膠環(huán)5位于技術(shù)套管I內(nèi)，根據(jù)地層的實際情況，下部的橡膠環(huán)可位于技術(shù)套管I內(nèi)或裸眼井眼內(nèi)12。膨脹套管的下端是啟動裝置6，該裝置最大外徑比膨脹套管的上部大，用來安裝膨脹錐7、密封堵頭8等膨脹套管的內(nèi)部膨脹工具。膨脹錐7為一下寬上窄的錐體通孔結(jié)構(gòu)，采用硬質(zhì)合金材料制造，外表為具有一定錐度的變徑結(jié)構(gòu)，下端為一密封堵頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)加工有一帶有通孔的球座。啟動裝置6與膨脹套管I的過渡位置為喇叭口狀的變徑結(jié)構(gòu)。在重力作用下，啟動裝置6的變徑結(jié)構(gòu)與膨脹錐7上的變徑結(jié)構(gòu)可形成一定寬度的密封面，下入篩管管柱時，該密封面用來承載篩管的重量。膨脹套管I開始膨脹時，該密封面可形成液力密封。膨脹套管I及篩管2可在中心管9、膨脹錐7的伴送下下入到預(yù)定的井深位置。圖2為膨脹套管膨脹坐掛示意圖，轉(zhuǎn)換接頭3兩端加工有螺紋，為通孔結(jié)構(gòu)，用來連接下部篩管及上部的膨脹套管I。膨脹套管I上部加工有多段橡膠環(huán)5。啟動裝置6設(shè)在一段預(yù)先擴(kuò)徑的膨脹套管I內(nèi)，其內(nèi)部為一段中心管，其上安裝有膨脹錐7，膨脹錐內(nèi)徑安裝有密封圈，與中心管之間形成密封；密封堵頭內(nèi)徑、外徑安裝有密封圈，分別與中心管和膨脹套管之間形成密封；膨脹套管的最上端約20cm長呈喇叭口狀，在膨脹完畢時用來減少膨脹力。該喇叭口處安裝一環(huán)狀結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)橡膠，用來阻擋固體顆粒進(jìn)入膨脹套管1，確保膨脹套管I順利膨脹。膨脹套管I及膨脹錐7、密封堵頭8在下入到預(yù)定井深位置后，從井口往中心管9內(nèi)投入一金屬球，這里優(yōu)選銅球，該銅球坐封到密封堵頭8上的球座后，形成密封腔，從井口通過中心管9泵入流體，流體經(jīng)過中心管9上的徑向?qū)Я鞴?0進(jìn)入膨脹腔11。膨脹錐7為下寬上窄的錐體通孔結(jié)構(gòu)，外表加工有一定的錐度，膨脹錐7位于啟動裝置6內(nèi)，與膨脹套管I形成密封配合。隨著流體的泵入，膨脹腔11內(nèi)的壓力升高，當(dāng)壓力達(dá)到膨脹套管I的額定膨脹壓力時，推動膨脹錐7沿著中心管9向上做軸向滑動，隨之，膨脹錐將膨脹套管I及橡膠環(huán)5徑向膨脹，使膨脹套管I產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，從而使硫化在膨脹套管I上的多段橡膠環(huán)5被擠壓在膨脹套管I外的環(huán)空內(nèi)，比如膨脹套管I與技術(shù)套管4之間的環(huán)空或者膨脹套管I和裸眼井壁之間的環(huán)空內(nèi)，起到懸掛完井管柱和密封的雙重作用，同時也能實現(xiàn)對復(fù)雜層進(jìn)行封堵。如圖3，膨脹套管I坐掛后，密封堵頭8、膨脹錐7連同中心管9 一起起出，橡膠環(huán)5被壓縮在技術(shù)套管4和膨脹套管I之間的環(huán)空內(nèi)，在裸眼井段的橡膠環(huán)5則被壓縮到技術(shù)套管I和裸眼井壁12之間的環(huán)空內(nèi)。從而形成了懸掛及密封裝置，起到封隔復(fù)雜層和尾管串防竄的目的。膨脹套管膨脹完畢后，尾管通過橡膠懸掛裝置懸掛到上層技術(shù)套管內(nèi)，根據(jù)地層的實際情況，可采用不同數(shù)量的橡膠環(huán)，來封隔復(fù)雜地層。膨脹施工完成后，增大了膨脹套管I的內(nèi)徑，便于后期采油及增產(chǎn)措施的實施。為提高密封效果，橡膠環(huán)5可采用遇水自膨脹橡膠，橡膠環(huán)5遇水膨脹時間可控制，根據(jù)具體井的情況，對應(yīng)于技術(shù)套管內(nèi)和裸眼井段可在膨脹套管上有選擇性的硫化數(shù)段橡膠環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法，其特征是，(一)完井管柱的裝配:在膨脹套管[I]下端部預(yù)先擴(kuò)徑后插入啟動裝置[6]，中心管[9]穿過膨脹套管[I]與啟動裝置[6]相連，膨脹套管[I]底端和篩管[2]相連，膨脹套管[I]外壁上間隔設(shè)置著多段橡膠環(huán)[5]，啟動裝置[6]與膨脹套管[I]內(nèi)壁形成滑動膨脹配合，啟動裝置[6]最大外徑與膨脹套管[I]的壁厚之和略小于技術(shù)套管[4]的內(nèi)徑，啟動裝置[6]最大外徑與橡膠環(huán)[5]和膨脹套管[I]的壁厚之和略大于技術(shù)套管[4]的內(nèi)徑；(二)其施工過程是:將完井管柱中的啟動裝置[6]下入到井下技術(shù)套管[4]的底部位置后，從井口通過中心管[9]驅(qū)動啟動裝置[6]沿待膨脹的膨脹套管[I]上行，使膨脹套管[I]產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，同時硫化在膨脹套管[I]上的多段橡膠環(huán)[5]被壓縮在膨脹套管[I]外與技術(shù)套管[4]的環(huán)空內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法，其特征是:所述的啟動裝置[6]是在中心管[9]的下部連接密封堵頭[8]，密封堵頭[8]向上間隔設(shè)置膨脹錐[7]后形成膨脹腔[11]，其間隔處設(shè)置與中心管[9]內(nèi)部貫通徑向?qū)Я鞴躘10]，膨脹錐[7]為上窄下寬的錐體通孔結(jié)構(gòu)，密封堵頭[8]底部設(shè)置與金屬球配合的球座通孔，膨脹錐[7]和密封堵頭[8]分別與膨脹套管[I]形成密封配合；其施工過程是:將完井管柱中的啟動裝置[6]下入到井下技術(shù)套管[4]的底部位置后，從井口通過中心管[9]內(nèi)投入一金屬球，坐封到安裝在啟動裝置[6]內(nèi)的密封堵頭[8]上的球座后，形成密封腔；然后從井口通過中心管[9]泵入流體，流體經(jīng)過中心管[9]上的徑向?qū)Я鞴躘10]進(jìn)入膨脹腔[11]，隨著流體的泵入，膨脹腔[11]內(nèi)的壓力升高，當(dāng)壓力達(dá)到膨脹套管[I]的額定膨脹壓力時，推動膨脹錐[7]沿著中心管[9]向上做軸向滑動，膨脹錐[7]將膨脹套管[I]及橡膠環(huán)[5]徑向膨脹，使膨脹套管[I]產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，使硫化在膨脹套管[I]上的多段橡膠環(huán)[5]被壓縮在膨脹套管[I]外的環(huán)空內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法，其特征是:膨脹套管[I]通過轉(zhuǎn)換接頭[3]連接在篩管[2]頂部，轉(zhuǎn)換接頭[3]兩端加工有螺紋的通孔結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明為一種篩管頂部膨脹套管封堵的尾管完井的方法，其方案是將完井管柱中的啟動裝置6下入到井下技術(shù)套管4的底部位置后，從井口通過中心管9驅(qū)動啟動裝置6沿待膨脹的膨脹套管1上行，使膨脹套管1產(chǎn)生徑向永久性塑性變形，同時硫化在膨脹套管1上的多段橡膠環(huán)5被壓縮在膨脹套管1外與技術(shù)套管4的環(huán)空內(nèi)。優(yōu)點在于膨脹套管膨脹后可增大回接套管內(nèi)徑，便于后期采油與作業(yè)，膨脹套管上的橡膠環(huán)封隔復(fù)雜層和尾管頭防竄。
文檔編號E21B29/00GK103089193SQ20111033568
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者唐明, 朱海波, 寧學(xué)濤, 唐成磊, 彭志剛, 馬建忠, 吳柳根, 滕照正, 蔡鵬 , 沈?qū)W祥, 朱萬勝 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院