国外膨胀管技术的发展与应用

国外膨胀管技术的发展与应用

编译:马洪涛(胜利油田钻井工艺研究院)审校:纪常杰(大庆油田工程有限公司)

摘要　膨胀管技术是石油工业中迅速崛

起的可明显降低钻井完井成本的一项新技

术。威德福公司在可膨胀防砂筛管领域居于

领先地位,其膨胀管技术分为三类:可膨胀

割缝管、实体膨胀管和膨胀系统。哈里伯顿

公司的膨胀产品包括可膨胀筛管系统和可膨

胀尾管悬挂器/封隔器系统,这两种系统都

经过了大量的室内和现场试验。Enventure

公司开发了三种实体膨胀管产品:可膨胀尾

管系统、套管井衬管系统和可膨胀尾管悬挂

器系统。贝克石油工具公司的可膨胀产品包

括可膨胀尾管悬挂器系统、六级分支井完井

系统、可膨胀裸眼完井系统、套管补贴系统

和膨胀封隔器。基于世界各大公司膨胀管技

术上的发展与应用,文章针对我国膨胀管技

术现状提出了相关的看法和建议。

主题词　膨胀管技术　膨胀系统　实体膨胀管　可膨胀割缝管　商业应用

一、膨胀管技术发展回顾

最近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展,该技术对石油工业将产生革命性的影响。例如等径井眼技术,一旦成熟,将极大地降低油井成本,并完全消除常规套管程序的缩径效应,井可以钻得更深,而总井深处的套管内径与常规井相比反而增大。

目前世界上提供膨胀管技术和膨胀产品的公司主要包括威德福公司、Enventure环球技术公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及RE AD油井服务公司。另外,俄罗斯的鞑靼石油研究设计院的膨胀管技术也得到了广泛应用。

1,威德福公司

自1998年以来,威德福公司一直在可膨胀防砂筛管(ESS)领域居于业界领先地位。该技术发展迅速,目前已经成为降低成本、提高产量的标准方法。该公司还对实体膨胀管技术进行了大规模研究与开发。该公司的膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管(EST)、实体膨胀管(STE)、膨胀系统。

(1)可膨胀割缝管

威德福公司的可膨胀割缝管包括以下三种类型:可膨胀防砂筛管(ESS)、井下衬管系统(ABL)、可膨胀完井尾管(ECL)。

◇可膨胀防砂筛管(ESS)

威德福公司是可膨胀防砂筛管技术的主要供应商,目前已经在世界范围内进行了超过225次施工作业,膨胀筛管总长度达3612k m,并成功进行了世界上最长的膨胀作业,膨胀筛管长度超过1494m。ESS作为一种可靠高效的防砂方法应用日趋增多。

ESS应用范围广泛,其中在裸眼井中应用占74%,在套管井中占26%。与其他防砂方法相比可提高产量70%,降低成本超过20%。威德福公司4年前在北海的一口气井首次使用了ESS。这口高产气井至今仍稳定生产,无出砂。另一个里程碑式的成果是在2002年末,威德福公司成功地为康纳科菲利普斯(ConocoPhilli p s)公司在渤海湾的蓬莱油田安装了连接器经过加强的<13917mm ESS,这是ESS在全球的第150次应用。首批6口井,其中2口是射孔完井,另外4口是预射孔套管,然后用ESS完井。

◇井下衬管系统

井下衬管系统能代替技术套管柱,而且确保井眼直径不减小。要封固的井眼部分首先被扩眼,然后利用衬管加强,并用纤维水泥封固这部分井眼。该技术能封固异常压力地层,以确保向更深的地层钻进。

开发这项技术的目的:一是减少钻井成本;二是简化高温、高压深井的设计。

在井身设计中考虑使用应急套管,这不仅增加了套管成本,而且还有许多其他不利因素。应急套管上部的井眼/套管的直径必须大于应急套管,这样,不管是否真地使用了应急套管,其上部的钻井费用增加。

另外,钻大尺寸井眼耗时更长,处理复杂情况耗时更多。在海上,大尺寸的套管要求使用大尺寸的导管,因此平台也必须加大。用这种方式来设计

钻井,费用很高。如果钻井设计中不用应急套管,那么将节约大量的费用。井下可膨胀衬管系统能够代替应急套管,而且消除了井眼直径越来越小的不利后果。

在深井钻井中,为避免井涌/井漏,必须安装附加的套管或尾管,这样可能由于套管的直径太小而导致不能钻至目的层或进入目的层。这也是开发该技术的主要原因。应用该技术可钻成深的勘探井、开发井、评价井和生产井,并使用足够直径的油管来开采。

◇可膨胀完井尾管

威德福公司已经开发了可膨胀完井尾管技术,可以取代传统的割缝尾管或者注水泥射孔尾管。该技术增强了井眼稳定性,提高了选择性隔离和处理能力,并减小了井眼尺寸。该技术尤其适用于过油管侧钻油层完井,既可以到达受限制的油层段,同时也避免了困难的固井和射孔作业。其他优点包括:①井眼增大,流通面积也增大,因此提高了产量;②允许再入油层进行修井作业,延长了油井寿命,也增强了老井的潜力;③重返油层灵活方便,通过插入封隔器或桥塞可以防止产水;④可适用于<8819mm到<24113mm的井眼。

(2)实体膨胀管

实体膨胀管包括可膨胀尾管悬挂器(E LH)和MetalSkin套管修补系统。

◇可膨胀尾管悬挂器

E LH系统可以悬挂ESS和其他不注水泥尾管。ELH可以悬挂MetalSkin套管修补系统。ELH使用柔性旋转技术膨胀,与外层套管形成金属对金属密封,使井眼最大化,方便将来的重入作业。

◇MetalSkin套管修补系统

2003年中期,在加拿大阿尔伯塔省的冷湖油田威德福公司成功地安装了4套MetalSkin实体可膨胀套管修补系统,使4口井恢复生产。该技术是一种金属对金属可膨胀套管系统,可以修补腐蚀或损坏的套管。作业使用了威德福公司的柔性旋转膨胀系统(CRES)。

(3)膨胀系统

传统EST膨胀锥是一种锥形工具,与膨胀心轴联合使用,用来膨胀各种割缝管。威德福系统的根本优点是采用了柔性膨胀管技术。下面介绍两种系统:轴向柔性膨胀膨胀系统(ACE)和柔性旋转膨胀系统(CRES)。

◇轴向柔性膨胀膨胀系统

轴向柔性膨胀膨胀系统用来膨胀割缝管,可以消除割缝管与井壁之间的环空,支撑井眼并防止颗粒运移。该系统包括一个由上向下膨胀的柔性膨胀工具、可回收系统、现场修整工具。柔性膨胀工具包括两部分:用于初始膨胀的固定尺寸滚轴鼻、柔性轴向滚轴。由于活塞可以随着井眼剖面的变化而伸出或缩回,使工具具有柔性。

◇柔性旋转膨胀系统

柔性旋转膨胀系统是一种液压机械工具,用来膨胀实体管。当与可膨胀尾管悬挂器施工工具一起使用时,可用来膨胀E LH。它也用来膨胀更长的MetalSkin实体管系统。如Por oFlex可膨胀筛管系统,该系统由上至下膨胀,轴向载荷小。由于是滚动摩擦,摩擦力也大大减小,对套管内径的不规则性具有很好的适应能力,可以最大限度地防止被膨胀套管破裂。该工具与膨胀前的套管匹配,很容易回收,并具有选择性膨胀能力。

2,哈里伯顿公司

哈里伯顿公司的膨胀管产品包括可膨胀筛管系统(Por oFlex)和可膨胀尾管悬挂器/封隔器系统(VersaFlex),这两种系统都经过了大量的室内和现场试验。

(1)Por oFlex可膨胀筛管系统

Por oFlex可膨胀筛管系统由于性能可靠,该系统正在迅速被人们接受。该系统可用于套管井和裸眼井完井,主要有以下四方面特点:

◇Por oFlex可膨胀筛管系统以近乎实体管的多孔中心管作为流动管道,具有很高的抗挤能力,并允许进行多种修井作业或附件安装。封隔器、桥塞以及智能完井设备都可以很可靠地安装在膨胀后的中心管内。另外,未穿孔管可以下入井内封隔页岩段或事故地层,以提高层位隔离能力。

◇通过一层可膨胀筛网就实现了过滤功能。筛网是基于Pur olat or-Facet公司的Por op late设计制造的,虽然膨胀期间或膨胀后过筛网流动面积增大,但并不改变其微米额定值(过滤固体颗粒)。

◇可膨胀筛管采用了一体式螺纹连接,可以像套管那样在钻台上连接,如果必要的话还允许筛管在井内旋转,这减少了安装所需的钻机时间。

◇筛管通过液压膨胀,使整个膨胀过程实质上不依赖重力,这对于大位移井或者水平井作业来说很理想。固定尺寸膨胀锥使整个筛管膨胀后内径一致。自投入使用以来,没有发生中心管、筛网或者连接部件故障,也没有出砂。