（石油与天然气工程专业论文）水平井先期防砂完井技术研究及应用.pdf

水平井先期防砂完并技术研究与应用 张顺清( 石油与天然气工程) 指导老师：姚军( 教授) 摘要 承j f 势泄漆澌积大、采涨强度低，可以开发难采黼量、提高漳i 最 收率和单井产量。充分利川已有的水淹井、套变井中的部分井筒侧钻水 甲毙其有充分剥用原有资源挖掘剩余油抟优势。 2 0 0 2 年以来，冀乐汕升始大规模应用水甲井进行外发调整，水 平井技术成为冀东油| = f 刀。发效果的熏要开发手段之一。截止目前，冀东 漓吲投产水平井近百口，其中绝大部分分布在浅层，但由于浅层泊藏螽交 结疏松易出砂、堵塞，3 0 以上的井闲出砂而无法j 下常生产，或凶后期防 砂焉渗漉笈力严重下降，造成供液不足，产量极低。 针对上述问题，本文充分调研国内外的水平井与侧钻水平井资料， 对水平井及铡钴水平井筛管宠弗方式进行研究，取拇突破性进展。彤成 了水平井带管外封隔器的筛管完井技术、侧钻水平井带管外封隔器的筛 管完井技术、侧钻水平井带管外封隔器的筛管完井及项部注水泥等3 项 技术。同时进行配套技术研究，对系列套管外封隔器、双级分缀箍、帝强 钻水平井系列悬挂器等配套工具进行研究优化。 本硕究针对冀衮港剐主要出砂区块送行出砂预测及评价石开究，愿时 进行筛管和防砂管的选择性分析研究和完井技术的优选，并进行防砂管 泥浆返排试验，进行钻井渡和油层保护技术硬究，完善了各个区块浊气 屡保护方案，并配套完善了相关的施工工艺。 这些技术均投入现场应用，到目前为止，共实施2 6 口井，效聚显著， 单并产量明显提高，形成了适合冀东浅层疏松砂岩油藏的水平并及侧钻 水平井先期防砂完井技术。 荚键谲：承平并，铡链承平并+ 防砂，完并 a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho fc o m p l e t i o nt e c h n o l o g y o f h o r i z o n t a lw e l io rs i d e t r a c kh o r i z o n t a lw e l lu n d e r p r e v i o u ss a n dc o n t r o i z h a n gs h u n q i n g ( o i la n dg a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry a oj u n a b s t r a c t t h eh o r i z o n t a lw e l lc a nb eu s e dt od e v e l o pd i f f i c u l t l y 。r e c o v e r e dr e s e r v e a n di n c r e a s er e c o v e r yf a c t o ra n dd a i l yr a t ed u et ot h eb i g g e rd r a i n a g ea r e a a n dt h el o w e re x t r a c t i o ns t r e n g t h 。t h el a t e r a lh o r i z o n t a lw e l l sw h i c hc a n m a k ef u l lu s eo ft h ee x i s t i n gh o l ei ns o m ef l o o d e da n dc a s i n gd e f o r m e dw e l l s a r eh i g h l ye f f i c i e n td e v e l o p m e n t ， s i n c e2 0 0 2a d j i d o n go i l f i e l db e g a nt ou s eh o r i z o n t a lw e l l st od e v e l o p r e s e r v o i rc o s m i c a l l y u pt on o w , a l m o s t1 0 0h o r i z o n t a lw e l l sh a v eb e e ni n t o p r o d u c t i o nw i t hm o s to ft h e mi nt h es h a l l o wl a y e r , b u tb e c a u s eo fs a n d p r o d u c t i o na n dp l u g ，3 0 o ft h eh o r i z o n t a lw e l l sa r en o tp r o d u c i n gn o r m a l l y o rt h ep r o d u c t i o nd e c r e a s eq u i c k l ya f t e rs a n dc o n t r o lo p e r a t i o n i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ed o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a ld a t ao fh o r i z o n t a lw e l la n ds i d et r a c ka n dm a k e sb r e a k t h r o u g h i nm e t h o d so fw e l lc o m p l e t i o n as e r i e so fc o m p l e t i o nw e l lt e c h n i q u ea n d r e l e v a n tt e c h n i q u ea n dt o o l sw i l lb ee l a b o r a t e di nt h i sp a p e r f h i sp a p e rm a k ee s t i m a t i o n so ft h es a n dp r o d u c t i o ni nm a i nf a u l tb l o c k s a n db a s e do nt h ea b o v e m e n t i o n e dr e s e a r c ho p t i m i z eas e l e c tt h ea p p r o p r i a t e c o m p l e t i o nt e c h n i q u e r e s e r v o i rp r o t e c t i o nr e s e a r c hi s an e c e s s a r yc o n c e r n ， d r i l l i n gf l u i d i s o p t i m i z e da c c o r d i n gt o t h er e s e r v o i rp r o p e r t i e sa n ds a n d p r o d u c t i o nm e c h a n i s m ，as e r i e so ft e c h n o l o g yh a sb e e nd e v e l o p e d r h es e t i e so ft e c h n o l o g yh a v eb e e nu s e di n2 6w e l l si nf i e l do p e r a t i o n w f l h ； c r yg o o da n dc l e a rr e s u l t sa n de c o n o m i c s i n c r e a s e dp r o d u c t i o n ( ) | s i n g l e w e l l m a r k e d l y 。l 、h i sp a p e r l b r m sar c l a t i v c l ym a t u r e s a n dc o n t r o l t c c l m o l o g y k e yw o r d s ：h o t ；z o n t a i w e f1 s i d e t r a c kh o r iz o n t a | w e i1 s a n d c o n tr o i c o m p t e t i o n 独创性声明 小人卢i 叫所i | 交的论文足我个人在导师指导下进行的研究工作及取 狲的研究成果。尽我所知，除了文中拍别加以杯泣和致驸的地方外，论 文r 1 - 4 i 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获衙巾 j 自j 油人学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：狻! 堕勇l 6 年r 月；。日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 铅，璁蒲 上。口e 年f月孑r 砩2 - 月? 。r 中国i 油人学( o # 尔) 1 种硕十学付论文第l 章前言 1 1 研究的目的和意义 第1 章前言 冀东油阳为渤海湾衙地典型的复杂断块油田。油区内地面水域纵横 交错，虾池、鱼塘、稻阳密布；地下断层较为发育，构造比较破碎，储 层横向变化快，含油井段长，油层层数多，油水关系复杂，油臧类型多 样、单个油藏规模较小。浅层油藏的开发在油田开发中占有重要地位。 浅层油藏自1 9 8 6 年投入丌发以来，原油产量一直稳步增长。近几年，浅 层油藏通过精细油藏描述和剩余油分布研究，新增可采储量4 1 4 4h - 吨。 截至2 0 0 4 底，已投入丌发高南浅、高北浅、柳赞南区、老爷庙浅层、唐 南等5 个区块，目前共有油井2 7 5 口，丌井1 8 0 口，占油用总丌井数的 4 8 6 。浅层油藏中动用地质储量最大的区块是高1 0 4 - 5 区块，其动用地 质储量1 4 5 0 万吨，占浅层油藏的3 5 3 。该区块出砂井占到丌井数的8 0 9 6 ， 其中部分油井出砂十分明显，检泵周期不足一个月。 浅层油藏的主要含油层位为上第三系明化镇组和馆陶组，油减埋深 小于2 5 0 0 米。油藏类型主要为构造层状油藏；馆陶组地层岩性主要为高 孔高渗，储层胶结疏松；地层砂粒度中值较大，岩性根。 冀东油阳过去一直以常规定向井刀：发，原油产量低，年产油6 0 x1 0 4 t 左右，平均单井同产油5 9 t ：采收率低，标定采收率1 8 8 。而水平井 油层完善面积大，采油强度低，可以丌发难采储量、提高油阡i 采收率和 堆并产量。截止目前，黄东油用已投产水平井近百口，其中，绝大多数 水平并分钿在浅层油藏。在浅层油藏丌发的水平井中有3 0 以上的井因 n j 砂无法正常生产，或心防砂后由于渗流能力严重下降，造成供液刁：足， 广 檄低。坯行一止浅层汕减胶结疏松易砂、埔褒，作业频繁，多次 防砂、解堵，措施效果屋，定向片无法i f 常! e 产。寇i ；分 i 深层、深层f j ! 水 发汕藏储从娈化人，物住较麓，| | 均质性燃；f f f ；f i = 动川f t 。殳低，多 数_ i f l 从术得纠允分幼川；汕水j l 作q k 肋0 1 册j 立人。 中国f i 油人学( 华自：) i b 一碗十学付论文第l 章前言 期望通过水平井先期防砂完井技术的研究产生批先进高效的工艺 技术，并通过大规模应用，提高冀东油阳的丌发水平、改善丌发效果。 1 2 国内外研究的现状 随着世界石油天然气勘探丌发的不断发展，钻井技术经历了经验钻 井、科学钻井和自动化智能钻井三个发展阶段，钻井新技术、新工艺和 钻井新装各不断发展和完善。丛式井、水平井、小井眼侧钻水平井、大 位移井、分支并等复杂结构井不断出现、发展和成熟。【1 1 水平井技术始于二十世纪三十年代，由于水平段井眼是沿着油层钻 进，因而可最大限度地裸露油气层，提高油气井产量和采收率，对油气藏 作横向探查，确定地层圈闭边界和断层闭合位置，并可减少水锥、气锥 的影响，以及减少占地和其它工程建设费用，有效地降低了油f r 综合成 本，具有较好的经济效益，因而在国内外得到迅速发展和日臻完善，到 二十世纪末，全世界已完成水平井2 3 3 8 5 口，并已向综合应用、集成系 统方向发展和用于油田的整体开发 我国于“八五”期间对该项技术进行了攻关，其后在各油田进行了 推广应用和发展，目前国内已钻水平井近千余口，其技术已达国际先进 水平。随着水平井以及侧钻水平井的发展，水平井先期防砂技术得到人 们的重视。啪 目静，国内外采用的是滤砂管防砂工艺技术。滤砂管是由多层不锈 钢会届网或金属纤维层( 金属毡) 、中心管及外管组成。在防砂施工过程 中，滤砂管与其它井下配套工具连接在一起下入油层部位，封隔器座封、 丢手、起出施工管柱。在油井生产过程中，油流通过滤砂管的挡砂层进 入井筒，采出地面，i 酊地层砂被阻挡在筛管与片简环空内，形成自然允 j ；l l l 层，起到了防砂效果。滤砂管防砂的优点足施 二工2 简单，捎砂粘度 商。但它存在者彳i 少缺点：皮碗失效后，挡砂效粜，变差；防砂管内仃砂， ；后要连续油管冲砂，拢川新：防砂管内通径小后期、堵水雕以进行 等。 中国袖人学( 毕尔) i ：拌硕十学何论文第1 章前言 1 3 主要研究内容及总体思路 在目前国内外水平拌完井工艺及工具现状调研的基础上，深入研究 适合黉东油用的水平井及侧钻水平井先期防砂完井技术以及采油工艺技 术、工具装备配套技术，并进行现场试验，主要研究内容为： ( 1 ) 疏松砂岩油藏水平井及侧钻水平井筛管完井技术研究，进行地 层出砂预测及评价工作，在地层评价、地层分析( 包括粒度分析等) 基 础上，进行防砂管的优选和参数优选。 ( 2 ) 进一步研究筛管完井技术，取得突破性进展。形成了水平井带 管外封隔器的筛管完井技术 ( 3 ) 侧钻水平井带管外封隔器的筛管完井技术 ( 4 ) 侧钻水平井带管外封隔器的筛管完井及顶部注水泥技术 ( 5 ) 进行筛管和防砂管的选择性分析研究和完并技术的优选 ( 6 ) 筛管完井的完井液研究 1 4 关键技术、技术路线及技术指标 1 4 1 关键技术 ( 1 ) 水平井、侧钻水平井筛管完井方式技术研究 ( 2 ) 水平井先期防砂完井工艺技术研究 1 4 2 技术路线 总结、分析国内外水平井及侧钻水平井完井技术应用情况，根掘篼 东油f 开的油藏特征，进行完井方式优化设计、完井方案设计、完井管柱 及配套工具设计、以及现场施工，以达到提高复杂结构井丌发效果及提 - 苛采收率的目的。 1 4 3 技术指标 ( i ) 完片及投产施一l - 成功率9 5 ； ( 2 ) 防砂彳j 皴j p i 3 年。 中国i i 油人学( 华尔) i 群硕十学位论文第2 章水平井及侧钻水平升筛管完升方式研究 第2 章水平井及侧钻水平井筛管完井方式研究 2 1 水平井带管外封隔器的筛管完井工艺研究 筛管完井是用筛管对地层进行支撑或挡砂，储层不受固井水泥浆污 染。国内筛管完井主要采用割缝衬管完井，目前已发展到带管外封隔器 的割缝衬管完井。冀东油田在国内带管外封隔器的割缝衬管工艺的基础 上，结合复杂结构井特点和地层、采油状况。进行了系统的研究，取得 了突破性的进展。”1 目前国内常规衬管完井工艺是将钻孔割缝衬管悬挂在技术套管上， 依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。但造斜段与油层段连通，当造斜 段还有油层或水层时，该工艺不适合，为此近来发展了带管外封隔器的 衬管完井，即造斜段用管外封隔器卡封掉。但这一工艺也存在着两个问 题：一是管外封的耐压强度和可靠性问题；二是造斜段还存在油层，后 期进行投产问题。从上述工艺和存在的问题出发，冀东油田做了进一步 研究，形成带管外封隔器的筛管完井工艺技术。 2 i i 关键思路 采用全井下油层套管，套管底连防砂管( 或筛管) ；油套从主力油 层顶部( 造斜段) 注水泥封隔，对于水平段主力油层为多个层段的，要 能够分隔；对于多个层段中有水层的，要能够在完井阶段将之封掉。 2 1 2 基本机理 主力油层段对应防砂管或筛管，对于浅层疏松砂岩主要用于防止地 层出砂和坍塌，对于中深层主要用来支撑产层的岩石；在造斜段下入两 级管外封隔器，对固井段和筛管段进行分隔，并通过盲板和分级铆的f l 己 合使川对油层上部j 段汽水泥固井，以此解决主力油层上f i | f 水层封隔， 油层的后期投入生产的 题：水平段层段的分隔以及水层的膏封，通过 多组管外封阮器完成。 完j f ：管杠组合为：( f il i f + i 上) 引让+ 沈片叫，k i i i 4 + 筛管十分i 锄部 中国f i 油人学( 华东) 1 _ 拌硕十学付论文第2 章水平井及侧钻水平，f 筛管完什方式研究 分( 带2 组管外封隔器) + 筛管+ 固井盲板+ 膨胀式封隔器( 2 级) + 5 z i n 分级箍+ 油套( 到井口) 完井。 2 1 3 实施步骤 ( 1 ) 通井并反复划眼，选用的通井钻具组合为：牙轮钻头+ 配合接 头+ 螺旋扶正器+ 钻杆； ( 2 ) 下入完井管柱； ( 3 ) 打压完成筛管上端管外封隔器胀封、继续打开至2 0 m p a 打丌分 级箍、循环、固井、压入胶塞碰压关闭分级箍、关井候凝； ( 4 ) 下入钻头，钻掉胶塞、分级箍内套和盲板，打开油层； ( 5 ) 下入后期作业管柱( 替泥浆、酸沈、胀封封隔器一次性完成管 杠) ：为2 i 。密封插管+ 2 7 厶油管+ 2 7 球座+ 胀封工具+ 2 7 厶油管+ 沈 井工具+ 2 ：厶油管+ 泄压阀+ 8 油管。 ( 6 ) 反循环替泥浆、酸洗泥饼，替酸后，之后正打压胀封完井管柱 上的管外封隔器； ( 7 ) 打开泄压阀，起出作业管柱： ( 8 ) 下入防落物管柱； ( 9 ) 下泵生产。 2 2 小井眼侧钻水平井带管外封隔器的筛管完井工艺 侧钻水平井采用裸眼筛管完井，其主要优点：储层不受固井水泥浆 污染，防止井眼坍塌和油层出砂，成本相对较低。缺点是：当造斜段有 油层或水层，无法实现封隔；水平段采多层时，不能实施层段分隔，不 能避免层段之日j 窜通和干扰。为进一步完善复杂结构井的滤砂管完片工 2 三，在筛管完井技术基础上，进行进一步研究形成带管外封隔的筛锊 究j 技术。m 带管外封隔的筛管完外足在原片套管j 1 ：窗侧钻水平井，j 1 j 怂n 器将 j d - 舒悬挂于原王井眼上，通过小a 径防砂筛管埘准油层，埘油层裸眼j f 段进行吏撑肜成j ! l ! 则的汕流通道j l ：防砂；川多级管外封| ，描器对$ 1 j i ：部 中国l i 油人学( 华东) l ：稃硕十学静论文第2 章水平弗及侧钴水平持筛管完井方式研究 到悬挂器之阿的造斜段进行卡封、实现涵承慧乏闯的隔离，防止层问干 扰。实现不固井完并。对于生产多个层段可以用管外封隔器分隔。 嗣静冀东漓l 千 侧锚水平芽主要谯5 ：i n 套管内下，1 1 8 r r 拍锻头侧钻水 平舞，瘗子舔并套霞帮铡链舞羧两方嚣蔽翻( 瓣势套管5 麒n ，铡链求 平井裸跟尺寸中l1 8 r a m ) ，侧钻水平并完井套管只能在2 7 r3 a i n 之间， 完井工具最大外径：ml1 4 r a m 。 嚣瓣实藏较多、瞧鞍藏熬瓣按零是在5 ：i n 套譬溺链承警多 ( 豢警 外封隔器封隔的) 悬挂2 i i n 筛臀技术。 2 2 1 宪井管柱 弓| 鞍+ 2 z i n 鲔管+ 回压蠲+ 滤妙警+ 2 z i n 演譬短节+ 2 缀2 z i n 膨胀式辩隔器( 裸蔽) + 滤移管+ 2 组2 7 , i n 膨胀式封隔器( 裸眼) + 油管+ 2 以i n 膨胀式封隔器( 套管 内) 厶i n 潴警+ 3 , i n 漓警短 节+ 悬挂器( 5 2 i n x 3 ：i n ) 2 2 2 施工步骤 | ) 逶芳：完镑爱，骧链控 通并，对起下钴途中遥卡、遇阻 井段反艇划跟，进行短起下，并 进行循环沈势，保诞选斜段及水 6 中国f i 油入学( 华尔) i 干! l ! 硕十学仲论文第2 章水平井及侧钻水平井筛管完片方式研究 扣，用吊卡座于井口。完片管杜组合设计 引鞋+ 2 7 ，i n 筛管+ 回压阀+ 滤砂管+ 2 7 厶i n 油管( 2 根) + 2 7 。i n 膨胀式封隔器( 裸眼) + 2 7 。i n 油管+ 2 7 ，i n 膨胀式封隔器 ( 套管内) + 2 ：。i n 油管( 1 根) + 3 1 2 i n 油管( 1 根) + ( 悬挂 器) 表2 - 1 管柱强度设计 管 抗拉系数 抗内压 抖升段外径钢罐厚系数 抗外挤系数 程( m )( m )级( m ) 设 实际 设实 设计实际 序计计际 油 1 4 0 0 1 9 9 97 3n 8 05 5 11 86 7 91 23 21 1 2 53 6 6 管 筛 - 2 1 2 9 7 3 管 ( 3 ) 配管柱一一酸沈、胀封管柱( 内管) ：将内管按组合顺序 依次下入外管即完井管柱中，通过悬挂器将内、外管柱连接为一体。 内管柱组合( 自下而上) ： 密封插管+ 1 9 0 0 i n 油管+ 单流阀+ 皮碗封隔器+ 胀封总成+ 1 9 0 0 i n 油管+ 胀封总成+ 1 9 0 0 i n 油管( 1 根) + 旋转器+ 悬挂器 ( 内管) + 钻柱，用钻杆将完井、冲洗管柱下入井内。 ( 4 ) 分别将外管和内管连接于悬挂器上，并用钻杆将悬挂器及 其下管杜下入井内。 ( 5 ) 坐挂悬挂器：按正沈井方式连接地面管汇；接方钻卡下，调 接方入，下放管杜到设计位置；开泵小排量循环，泵压升高到8 m p a 后，加压1 0 0 k n ，坐挂怂桂器；倒扣，释放完井外管。 ( 6 ) 各泥浆，沈外：按反循环沈井方式接方钻十f 及地俩箭汇； 泉循环沈井液，充分沈片，将泥浆替出；循环酸沈液，解除泥饼 及滤砂管污染；允分反觚外完片液，将艘液待i h 。 ( 7 ) 膨胀封隔；： ；：于友i f ：沈j i ：方式接方销卡i 及地f f l j 竹“：；i ：挺竹 7 中翻f i 油人学( 华瓠) l 稃颀 ：学静论文第2 章水平转及侧钴水平弦簿管完井办妓研囊 往，将膨胀总成定位刮膨胀式封隔器处；歼泵循环完辩液，小摊爨 逐渐升高，5 m p a ，7 m p a ，9 m p a ，l i m p a ，1 3 m p a ，1 5 m p a ，最后升高 到2 0 m p a ，将单漉阕球座打搏。 ( 8 ) 将著肉餐柱起密，宠舜。 ( 9 ) 下入防落物管柱。 ( 1 0 ) 下泵。 2 + 2 ，3 技零美键 一是采取完井、酸沈、胀掰等施工一麟管柱完成。 筛管( 或割缝衬管) 完井管柱下入后，应及时进行套井替泥浆， 酸纯，姆除钻进淀锈对油屡堵塞，打开油层。为此该工慧采取完劳、 酸 隽、胀封等施簟一趟管 圭完成。 = 是小直径篱外封隔器卡封水层以及水平段各层之f h j 的分隔。 该封冁器在静瑟水平井带管处封隔器的筛管完技术部分擞过研究 彝圈透，零篾承警并采露基警兔7 i n 或厶i n 酶管终封鞴器。嚣测 钻水平井应用小巍径的管外封隔器，是采用基管为2 7 。i n 的管外封 隔器。目前对于在5 l i n 套管内用m 1 1 8 m 钻头开窗侧钻毙成侧钻水平 势，筇譬栗臻2 么i n ，瑟秦襄臻3 厶i n ，主要豢嚣是2 z i n 蒸营夔管终封 隔器可以下入，而3 ：i n 基管的管外封隔嚣下入困难，扩大完并筛管内 径熙下步努力的一个方面。 2 。3 夺并聚铡键承孚并带警外封臻器静筛警、】菱帮溪承泥工艺 鼗东油f h 在带管外封隔的筛管完井技术成功研究和大舰模实施的基 硝上，又秀始进一步熬磅究，形成赘骜疆器豹簿警疆零洼承淀宠势技求。 这一工艺的优点怒造籍段实施可靠的封隔，鼹岗密封的可箍住，若造篇 段仃在水层时，可以可1 ；r 密封水层：若存在油层，可以谯j 三力汕层卉用 j 舌，射礼投产。 2 3 1 主体思路 斑带管外封隔的筛管完片技术的基础上，主要通过征究j l ：竹托i | l 瞅 中国j i 油人学( 华东) l ：稗硕+ 学何论文第2 章水平井及侧钻水平井筛管完升方式研究 上分缎箍，盲扳等工具来实施油层项部( 造斜段) 注水泥。 冀东油r 1 丌展研究了7 i n 套管侧钻水平井、4 i n 尾管悬挂顶部注水泥 完井技术，并成功地投入现场实验。即在7 i n 套管内下入6 i n 钻头丌窗 侧钻水平井，实施悬挂4 i n 尾管( 筛管) ，水平段下入滤砂管，造斜段下 入两级膨胀式封隔器，对油层和造斜段进行分隔，并通过分级箍和盲板 装置对造斜段注水泥，水平段油层生产多段或存在水层时，用管外封隔 器分隔油层或封隔水层。 2 3 2 完并管柱组合( 自下而上) 4 i n 引鞋+ 4 i n 洗并回压阀+ 4 i n 防砂筛管+ 4 i n 油管短节+ 2 组4 i n 膨胀式封隔器+ 4 i n 油管短节+ 4 i n 防砂筛管+ 2 组4 i n 膨胀式封隔器+ 4 i n 固井盲板+ 4 i n 膨胀式封隔器( 2 级) + 4 i n 分级箍+ 4 i n 油管+ 悬挂器 + 钻柱。 后期需要钻开固井盲板，完成酸洗、胀封等工序，来解除解除油层 污染，沟通油流通道，胀封分开油层的管外封隔器，这一过程主要通过 酸沈、胀封一次管柱完成，管柱组合为( 自下而上) ：4 i n 冲洗插管+ 2 1 单流阀+ 2 3 i n 油管+ 4 i n 胀封工具总成+ 2 3 s i n 油管+ 2 3 厶i n 筛管+ 4 i n 胀封工具总成+ 2 3 。i n 油管+ 4 i n 洗井工具总成+ 2 3 i n 油管+ 变扣 + 2 7 i n 油管+ 2 7 厶i n 泄压阀+ 2 7 。i n 油管( 到井口) 。 2 3 3 主要施工步骤 ( 1 ) 通井：完钻后，用原钻柱通井，对以往起下钻途中遇卡、阻井 段反复划眼，进行短起下，并循环沈井。通井到井底后，校准井深，大 排量充分循环泥浆2 周以上，调整好泥浆性能，保证井眼无沉砂，井壁 稳定，不垮塌，不掉块。 ( 2 ) 组配完井管柱：撤据提供的测井数据和井眼数据，确定封隔器 # 封位置和分级筘位西，井确定尾管组合，配接完井管杜并依次f 入片 i i ，舒i 片卣扳下入后，锥卜入3 立杜，j l 二口灌泥浆1 次，要求滞满。眦 接管柱。管桂进入裸眼段后。每根立桂下放时问不少于2 m i n ，卜稳。f 放 剑改计位置当下完域后一根t 杜后，连接顶常，用f f j 忙鹰j ：l ：门。 ( 3 ) 悬挂器座譬、丢f ：连接钻卡| ，水_ 2 l l i 头、地山f 管线及l 改衙， 小固l i 浊人譬( 华尔) l 群硕十学停论文第2 章水平前及侧钴水平升筛管完弦方式研究 并进行管汇试压2 5m p a , 用图并鬈小摊量打雁，当压力升离掰- 8 m p a ， 稳压5 m i n 下放，下腿8 l o t ，襁钻杆上标记此位置，完成廉挂；泄压 并倒捆蒜手：倒扣聪，上提管柱，确定已丢手。 ( ) 痉封管终封黼器；下藏镣柱翻琢霞嚣，簇固劳车令捺量继续蠢 压。当压力升高到9 1 3 m p a ，各稳压2 m i n ，胀封两级封隔器。 ( 5 ) 固井：继续打压到1 7 2 0 m p a 左右，压力突降，分缴箍打开， 实瑷委簇坯，大接鼙簇g 混浆， 菝强劳准冬；注瘩淀霆劳，懑窳淀泵注 完毕，释放顶替胶塞，顶管胶塞下行，至悬挂嚣中心管的空心胶塞处， 剪断空心胶塞剪钉，顶替胶塞与警心胶塞合并成复合胶塞；小排量顶替， 复合驳塞下行，行至分级攘楚，聪力表压力突然舞高，碰爨2 2 m p a ，分 缓箍美游，簿泵；弗掰放压，鼹察环空永泥浆是否倒返，若光倒返，粼 上提管柱l 2 米沈辩：若环空水泥浆倒返，则上提管柱l 2 米沈井， 沈井聪，起出钻柱。 ( 6 ) 候凝：鬏攥承泥浆配方，蠡蠢著擎馥确定簇凝霹瓣，溺霞势爱 量。 ( 7 ) 钻塞：巾8 6 m 蚰钻头钻塞，钻穿后，在落板处多次划眼( 包括倒 裂羧) 移踅超下，撵迸无专阻囊纛测，下入零8 4 x 2 0 0 0 m m j 毳势痰通劳裂 井底，僳证畅通。 ( 8 ) 酸洗：按照管柱组合下入酸洗、胀封一体化管柱；报据设计下 入深度，下教管拄到下部洗井通邋，按反循巧方式牙泵洗劳。投捧打开 澄压阕。起链。 ( 9 ) 下入防落物管柱。 ( 1 0 ) 下泵生产。 2 。3 。4 接零关毽 悬挂器必须能够可靠的悬挂庶卡和丢手操作；分级筛必须能够进行 i 叮秘的打开与j f 常的关洲。 1 0 中国i i 油人学( 华尔) i 拌硕十学位论文第3 章配套i 贝岍究 第3 章配套工具研究 3 1 系列套管外封隔器研究 套管外封隔器是采用水力膨胀式结构， 主要应用于较复杂油气井固井工程中，以 实现各种目的的井下封隔与桥堵，对改善 和提高油气井固井质量有明显作用，经实 践证明套管外封隔器是一种重要的井下固 井工具( 见图3 一1 ) 。“1 该工具具有以下特点：施工操作简便， 不需改变原施工工艺；适应范围广、可用 于各种不同条件的油气井；工具膨胀密封 体自动随井径、井下压差变化而变化；阀 系统可以可靠地保护和准确地控制工具安 全座封： 套管外封隔器还具有以下特殊性能： 耐高温：常用的可耐温1 5 0 ，最高耐温 达1 7 0 1 2 的封隔器。强度高：中心管选用 了高钢级、高壁厚套管：规格齐全：根据 油r 井径情况，设计生产了同规格不同胶 简直径的封隔器，以满足不同井径条件的 需要。 结构：套管外封隔器主要由橡胶简、 c i t 心图3 - - 1 套管外封隔器结构管、阀箍等组 成。i - 心管为段奁管，, , f f f 拨与食管连 接：橡胶筒足一种伯有软食届片卺加成的 ) j i l , h l j - j 橡胶硫化一体w 乐受离从的町膨 胀街上于元件：t w l ：8 9 ( 3 1 2 ”) ，t w f l 2 7 ( 5 ” e 乏 剥 【 2 j 、 r 压甩 l 一茸 牮，意阁一 馈紧目 嗣 毛一9 l 诲 h i m & f f l 下入2 锚町剪断3 水久性荚埘 阿打开 闺随 座封瞬社片 ，饿态 闱： i 食竹外4 r 舶器结 灯 中国f 瑚人学( 华尔) i 硕士学付论文第3 章配套i ：贝研究 有密封滑套，在施工时，通过密封滑套上下移动来控制座封和自锁，动 作安全可靠：其余五种系列套管外封隔器的阀箍上装有两只断开丰t 和三 个并列串联一起的控制阀，在施工中阀系可以准确地控制封隔器座封， 不必担心封隔器会提自u 座封或由于座封压力过大胀破胶筒：阀箍中还有 过滤装置，也不必担心泥浆中的颗粒物堵塞阀孔及进液通道。 基本作用原理：根据帕斯卡流体力学原理：。在一个平衡的流体中， 由于外部施加的压力而引起各部分是均匀变化的”。套管外封隔器j 下是根 掘这一原理而发生作用的，当封隔器内膨胀到一定压力后，其外部压力 ( 压差) 的增减都会引起内部压力的相应变化，外部压差增加则封隔器 对井壁的密封压力也成比例增加，故封隰器的膨胀压力达到一定后就能 随着环空压差的变化而变化，封隔器承受环空压差能力与环形间隙大小 是成反比关系。( 原理图见3 一1 ) 表3 - l 技术参数与规格 公称商径最火总长密封 重量 连接螺纹 璀 外径 内径 度 长度 号( m m ) ( k g ) ( r a m )( i n )( m m )( m m )( m m )公称尺寸( i n ) 3 平式油管扣，锥度 8 93 1 2i1 1 47 62 6 2 09 5 0 l ：1 6 3 1 a 平式 1 0 24 l 1 3 38 9 2 6 8 0 9 5 0 油管扣 1 1 44 ：i1 4 69 72 6 6 09 5 0 9 0 4 ；或5 1 2 75 i 1 4 81 0 82 6 8 09 5 01 0 5 5 i1 7 81 1 92 8 2 09 5 01 2 05 2 1 4 0 5 2 i i 1 9 01 1 92 8 2 09 5 0j 3 0 5 2 i 2 0 41 5 5 2 8 6 0 9 5 01 8 07 1 7 87 i l2 1 01 5 52 8 6 09 5 01 9 0 7 2 4 59 7 。i2 8 62 2 0 2 7 9 0 9 5 0 2 7 5 9 t 当顶替胶褒捉高封r 粕器r i 一心僻及阀接头时将断丌杆打断r 如粜无胶 中国_ i 油人学( 华身、) l 样颁十学位论文第3 章配套i ：只研究 塞通过应事先断丌卸掉) ，当顶替胶塞运行到阻流板时，套管内形成密封、 蹩压时泥浆经阀箍的进液孔、滤网，进入锁紧阀，当压力达到一定时锁 紧阀上的销钉被剪断，锁紧阀打丌，同时单流阀也打丌，泥浆经限压阀 进入中心管与胶筒日j 的膨胀腔内，在压力作用下封隔器膨胀变形与井壁 紧密接触形成密封。当膨胀腔内的压力达到一定时，限压阀销钉剪断， 限压阀关闭，将进液孔堵死，此时套管内压力的大小对膨胀腔内的压力 无任何影响，实现安全座封，井口放压为零、锁紧阀自动锁紧，实现永 久性关闭，以后的井下压力作业不影响封隔器命运。参数见表3 - 1 ，表 3 2 。 表3 - 2 中心管强度性能 公称加i ：抗内承受压差 适应升径 百径肇厚处壁压强抗拉强( m p a )型 抗挤 ( m m ) 钢级 ( m m ) 厚度度( k n )最号 强度 ( ) ( i n ) 最小( m p a ) 最最 ( 巾m )( m p a ) 大大小 8 9 3 5n 8 06 4 57 2 97 2 1 62 8 7 i4 5 11 6 01 2 7 1 0 24n 8 05 7 45 6 76 5 3 22 87i4 9 01 7 81 4 0 1 1 44 5p l l o8 5 67 99 4 67 2 0 32 87i8 8 42 2 51 6 0 1 2 75p l l 09 1 97 28 2 59 8 9 8 2 8 7i6 6 52 3 51 6 0 p l l o9 1 7i8 9 42 7 0 2 0 0 1 4 05 垤7 79 5 11 0 9 7 62 87 、t l l ol o 5 4 i i1 0 t 62 8 02 1 0 i5 8 5 3 0 02 2 0 1 7 87 p l l 01 1 5i o 17 8 11 6 3 1 72 8 7 王i5 8 53 2 0 2 4 0 2 4 59 p l l o 1 1 9 9l l 6 1 5 2 5 5 7 82 87 i3 1 5 3 8 53 0 0 附注：农中抗拉姒叟为阀箝奉体螺纹抗拉强叟材料为2 0 c r ，牛u 当与j 5 5 俐级。 ( 1 ) 锁紧触打j f 胍h ( j i j 钉! 断压力) ：1 0 m l a ，1 5 m i ，a ，2 0 m i ，a ，2 5 m i a 中厘l 瑚人掌 华自；) l 黜颈扛学劈论文第3 章既窭l ：贝研究 或蔽璃声要求爱定。 ( 2 ) 限压阀关c i l 膨力( 销钉鹅断压力) ；9 m p a i o m p a ，绒依用户要 求设寇，但用户不缚隧意更换。 ( 3 ) 嚣套歼熹驻秀镑钌势翳藤夷k 藏鲻户要求设定。 ( 4 ) 封隔器唐封位置井下静止温度不超过1 5 0 。 ( 5 ) 保管条件：温度一2 0 一+ 3 5 。c ，相对湿度 8 0 ，保存期2 军。 ( $ ) - r 艺设计器熹：根据焉德芷确选择封黼器位置，封隔嚣尽量座 封在井径较规则，地层较致密，并斜小处，对庭封井段的井径区块应搞 清楚；童卡箨出翥封躏器承受豹势下丽空压差值，校撂势径与题差关系曲 线捺替匏矮大鎏确定是否我瀵是嚣簧；其终分耩谤算，确定镁紧阕镑钌 剪断雁力p 销，p 销般以施工最大循环压力为依掘。 ( 7 ) 确定最大施王表压力p 淡：p i = p 精十p 斗p m ；式巾：p f 一 一麓z 鼹太表蕴秀m p a ；矗卜封璐器痊封使霞麓静匿差m p a ；p * 考虑备方面误差所附加压力、取3 4 m p a 。 ( 8 ) 施工程序。封隔器在不同情况下使用臌采取相应的施芷工艺， 一般不要每其它露照瀑盔一踅。簸王鼹嚣器登漉袋黢塞暹遥封隔器裾繇 歼杆抒撺胶塞弱达隰流板形成密封压差，磁舔孵制定一台永漏车缓慢整 压，聪力达到p 袅，锁紧阀销钉剪断，封隔器膨胀座封，蹩聪3 5 分钟 获封聪器充分澎账，然螽迅速放蠖至零，各簿关翅，垂锬完线。 3 。2 双级分级箍磁究 渡疆蕊双缀注承溅器廷琢予彝嚣注承漫箨她的特豫装嚣。“1 墨要臻于 翔下情况：一次浚承溅鳌过丈；戆展不能承受避大鹃滚轻舔力；羹鞭特 殊层能；防止聊j 尉环空气窜；尉刚段上下温麓犬，水泥浆性能不豺附 萤：勰井及承乎舅：。 翁构缀残；掭z 焘餐镬缀鼗承滚器主要怒l | 羧缓攘( 奉体、稀；嚣 鹰、饶住塞屙l 关闭磁缀成。j e 装燃甜i 构见蹦3 2 中国f i 油人学( 华尔) - i 拌碗十学付论文第3 章配套i ：尺研究 双级注水泥器具有以下主要特点：一是采用内关闭结构，关闭套关 闭后自锁，打丌、关闭动作时，均不存在小腔液体压缩问题；二是上下 接头内径与套管内径一致，但小于关闭套内径，起下钻及钻除作业时可 有效保护关闭套免遭损伤：三是全部附件均由可钻性好的橡胶铝质材料 挠性塞善冒重力型打开塞 碰压座压j 目 天闭塞 髫 鲁 图3 - 2 双级注水泥器结构组成图 制成，且具有防转机构，钻除方便。 工作原理：当挠性塞碰压后，继续憋压至1 5 m p a ( 或设定值) ，下滑 套销钉剪断，滑套下行露出循环孔，建立循环，然后可进行第二绒注水 泥作业。当关闭塞座于上滑套后，加压，滑套销钉剪断并下行，上滑套 推动下滑套运移，并座于挡块上，在压力作用下，关闭套随上、下滑套 及挡块一道下行，止于下接头。由于设计有卡瓦式自锁装置，关闭套永 久关闭。作业流程见图3 3 。 闱3 - 3 作q k 流榭示意嘲 i1l，jmt_0jl-llmg 巍k。卜oo扎；h 中国l 釉人学( 华尔) i ：拌硕f ：学倚论文 第3 章配套i ：只研究 注意事项：一是下完套管循环时，严格控制丌泵泵压和循环压力， 确保双级注水泥器处内外压差1 2 m p a ，以防止双级注水泥器提前打丌： 二是双级注水泥器本体应放在岩性较致密、稳定的井段三是在直井中使 用y s z a 型液压式双级注水泥器，如果用液压的办法打不丌循环孔，也 可以投重力型打丌塞的方法打丌循环孔。 钻附件推荐方法：使用牙轮钻头：应选用短一中短齿适用硬地层的 牙轮钻头，推荐钻井参数见表3 3 。 表3 钻井参数 规格( m )中1 0 1 6 ( 4 i n ) 打开泵压( m e a ) 1 7 打开作h j 力( k n ) 6 0 笑闭泵压( m p a ) 5 关闭作埘力( k m ， 4 0 密封能力( p a ) 2 5 额定负荷能力( t )8 0 连接扣剩4 i n 平式油管扣( 8 扣寸) 最人外径( m m ) 1 4 0 通径( m )9 8 挠性塞欧度( ) 3 9 0 重力塞k 度( m m ) 3 5 0 ) 乏闭塞k 度( m m ) 2 9 0 总k ( 0 i f 0 ) 1 2 0 0 3 3 侧钻水平井系列悬挂器 悬挂器可用于直弗或水平井尾管圃井作业施工，它足利用液压作， j 实现强行悬挂，可静住赢。 主要部件有：主体( 山凹接筒、反扣接头、主体管、锥套，k 与， 推杆、液缸、必销等组成) 、送入工具( 包括钻朴接头、提5 1 短节，舣雌 t 妾头，甲师轴，艮、仡键轴、反于| l 蝶奁、i | l 心管、密封公、空摩短竹) 、钻 中国l i 油人学( 乍尔) i 拌颁十学位论文 第3 章陀套i ：贝研究 枉胶塞、铜球、球座、浮箍、浮鞋等。( 悬挂器结构见图9 6 ) 性能特点：液压控制实现座挂，可适用各种井况，也可用于大位移 井、水平井座挂。平面倒扣轴承、承受较大轴向负荷，倒扣容易钻杆 胶塞性插入，容易复合密封。双塞复合好，碰压容易。密封套可提出， 不必钻除。全部组装好，便于施工连接。见图3 4 。 图3 - 4 液压悬挂器示意图 3 4 液压释放工具的研究 液压释放工具是构成各种完井管柱的重要配套工具之一，陔工具连 接在送入管柱( 即钻杆) 和完井尾管及井眼清沈管柱之间，保证整个管 枉次下入片内。当完_ 井管柱下入到设计位胃后，保证完井尾管与送入 管枉和片眼清沈管托脱丌，完成尾管释放浚工具无须倒扣，液压释放， 释放方式有投球和憋压两种方式，适用- f 定向井、水平j f 管，n 安全“r 锯，不存在脱不 现象，施工时，地面压力显示叫显 结构特点：y 1 1 5 型液爪释放工具主要订平 ；放短节、田i 饮简、连接食、 活寒，蜉钉，锁块、卜饮火，内联接管和密土寸件等组成，如i l3 - 5 所，j ；。 中围_ i 油人学( 华尔) l + 种顾十学位论文第3 章配套l 贝研究 图3 - 5y d s 型液压释放工具示意图 工作原理：完井管杠下入到设计位置后，向钻柱内投入一只钢球， 待钢球到达活塞上端的球座时，从钻丰t 内加液压，活塞在一定压差作用 下剪断剪钉，活塞下行，锁块失去支撑，使连接完井尾管的下接头和回 接简与送入管柱和井眼清沈管柱脱离，上提钻杠则将井眼清沈管杠提出 而将完井尾管丢在井中其技术指标见表3 4 。 表3 - 4y d s 型液压释放工具技术指标 最人外径内径长度释放压力上连接f 迕接 规格及型号 ( m