实体膨胀管钻井工艺在塔河油田的应用.pdf

2 0 1 4年第4 2卷第 1 0期 石 油机械 CHI NA PE TROL EUM MACHI NERY 钻 井技术与装备 实体膨 胀管钻 井工艺在塔河油 田的应用 徐 刚 李林 涛 应海玲 中石化西北油田分公司．Y - 程技术研究院 摘要 塔河油田侧钻井段泥岩裸露给钻井与完井作业造成很大影响。为此，将 实体膨胀管钻 井技术在塔河油田进行推广应用。该技术的成功应用 ，解决 了 1 7 7 ． 8 m m套管开 窗侧钻难题，为 后期钻井 、完井和采油作业开辟 了新的途径。针对膨胀管钻井工 艺研究的一系列配套技术保 障了 膨胀作业的顺利实施，为 同类型油气井现场作业提供 了重要 的依据和借鉴。通过分析塔河油田膨 胀管钻井工艺现场施工参数，验证 了基于弹塑性力学膨胀力计算解析解 的适用 性，为后期工 艺优 化提供 了指导。根据膨胀力计算理论分析膨胀力影响 因素可知，适 当增大半锥角并尽可能降低摩 擦 因数可 降低现场施工泵压 ，有利于减少施工过程中的复杂情况。 关键词 塔河油田；侧钻井；实体膨胀管；膨胀力；膨胀锥锥角；摩擦因数 中图分类号T E 9 2 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 0 4 App l i c a t i o n o f So l i d Ex p a nd a b l e Tubu l a r Te c hn o l o g y i n Ta he Oi l fie l d Xu Ga n g L l Li n t a o Yi n g Ha i l i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， N o r t h w e s t O i e l d C o m p a n y ， S I N O P E C Abs t r a c t S i d e t r a c k i n g t he mud s t o n e l a y e r i n T a h e o i ffie l d b r i n g s g r e a t c ha l l e ng e s t o t h e d r i l l i ng a n d c o mpl e t i o n o pe r a t i o n s ． To a d d r e s s t he c h a l l e n g e s，s o l i d e x pa n d a b l e t u b u l a r t e c h n o l o g y h a s be e n a p pl i e d ． Th e s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f t h i s t e c h n o l o g y ha s s o l v e d t h e 0 1 77 ． 8 mm c a s i n g s i d e t r a c k i ng pr o b l e ms a nd p r o v i d e d ne w o p t i o ns f o r l a t e r d r i l l i n g ，c o mp l e t i o n，p r o d u c t i o n o p e r a t i o n s ． A s e r i e s o f s u p p o r t i n g t e c h n o l o g i e s r e s e a r c h e d f o r t h e s o l i d e x p a nd a b l e t u bu l a r t e c h n o l o g y h a v e e ns u r e d t h e s u c c e s s f u l e x p a ns i o n o p e r a t i o n ，p r o v i d i n g v a l ua b l e b a s e s a nd r e f e r - e n c e s f o r t h e s i mi l a r fie l d o p e r a t i o ns ．T he o p e r a t i o na l pa r a me t e r s o f s o l i d e x p a n d a b l e t ub u l a r t e c h n o l o g y v a l i d a t e t h e a p p l i c a b i l i t y o f a n a l y t i c a l s o l u t i o n ba s e d o n t he e l a s t i c - p l a s t i c me c ha n i c s e x p a ns i o n f o r c e a n d p r o v i de g u i d a n c e f o r t h e l a t t e r t e c h n i q u e o p t i mi z a t i o n ． Fa c t o r s t h a t i mp a c t t h e e x p a n s i o n f o r c e a r e a na l y z e d ba s e d o n e x p a n s i o n f o r c e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t i n c r e a s i n g t h e h a l f c o n e a n g l e a p p r o p ria t e l y a n d mi n i mi z i n g t h e f ri c t i o n c o e ffi c i e n t c a n r e d u c e t h e pu mp p r e s s u r e，wh i c h i s b e n e fit f o r r e d uc i n g t h e c o mp l e x s i t ua t i o n d u rin g o p e r a t i o n ． Ke y wo r ds T a h e Oi l fie l d；s i d e t r a c k we l l ；s o l i d e x p a nd a b l e t u b u l a r ；e x p a n s i o n f o r c e；e x p a n s i o n c o ne a n g l e； f r f l t o n f a e t n r 0 引 言 塔河油 田碳 酸盐岩油藏具有埋藏深 、温度高 、 地层压力高 垂深 5 4 0 0～ 7 0 0 0 m，储层温度在 1 2 5 o C以上 ，地层压力 5 5 MP a以上 等特点 卜 。 为 了顺利钻至 目的层并考虑经济性 ，井身通常为四 开结 构 ，即 3 3 9 ． 7 m m x 2 4 4 ． 5 m m 1 7 7 ． 8 m m x 1 4 9 ． 2 m m， 1 7 7 ． 8 m m 套管下至储层顶 部，管鞋 距储层 5 0～8 0 m。油井生产后期底 水锥进造成产 量下 降，侧钻是提高油井产能 、降低投资成本的有 效方式 。目前 ，塔河油田碳酸盐岩油藏侧钻方式有 基金项 目国家科技重大专项 “ 大型油气 田及煤层气开发”之 专题 “ 塔里木盆地大型碳酸盐岩油气 田开发示范工程 ” 2 0 1 1 Z X 0 5 0 4 9 0 0 2 。 石 油机械 2 0 1 4年第 4 2卷第 1 0期 3 膨胀施工参数分析 膨胀管施工最主要的施工参数为膨胀力。为解 决膨胀力计算 问题 ，国内有关人 员进行 了大量研 究 。 。根据膨胀过程 中膨胀管与膨胀锥 的接触 关系和膨胀锥受力分析 见 图 3 ，由弹塑性力学 理论研究得出，膨胀管膨胀过程中，维持膨胀锥运 动的推力为u F s i n s c o s a I n 1 __ 一 L l 4 3 a c o s o ／ d f c o s a d N 2 式中 半锥角 ； ．产__摩擦因数 ； 屈服强度 ； 膨胀管 内半径 ； 6 膨胀管外半径 ； 产__摩擦力的微元量 ； Ⅳ _膨胀锥与膨胀管之间的接触压力 ； 膨胀锥与膨胀管接触面的垂直高度。 图 3膨胀锥 受力分析 图 F i g ． 3 S t r e s s a n a l y s i s d i a g r a m o f e x p a n s i o n c o n e 带人膨胀管与膨胀锥参数 ，经计算得膨胀力为 2 5 3 ． 2 k N。与现场施工参数相比，稳定膨胀时泵压 2 0 MP a ，折算膨胀力 2 4 2 ． 0 k N，计算误差 4 ． 6 ％ 。 计算模型满足现场施工计算需要。 根据计算模型对施工参数及膨胀工具进行受力 分析 ，结果如下 1 膨胀锥锥 角增 大会导致膨胀 管径 向膨 胀 力增大 ，但在膨胀率不变的情况下膨胀锥锥角减小 会增加膨胀锥的长度 ，从而导致摩擦力增大 。如图 4所示 ，当摩擦 因数 0 ． 0 l时 ，膨胀 锥锥角 在 1 2 。 ～1 4 。 时膨胀力达到最小值 。 2 从 图 5可 以看 出，摩擦 因数对膨胀力的 影响很大 ，为减小膨胀力 ，应尽可能地减小摩 擦 因数。 3 考虑摩擦 的影 响，膨胀锥应选取 膨胀力 最小值对应 的半锥角 ，但是半锥角增大会增大膨胀 管残余应力 ] ，因此建议半锥角不超过 l 5 。 。 图4 0 ． 0 1时膨胀锥锥角与膨胀力的关系曲线 F i g ． 4 T h e e x p a n s i o n f o r c e v e r s u s t h e e x p a n s i o n c o ne a n g l e wi t h o f0 ． 01 图5 膨胀锥锥 角和摩擦 因数与膨胀 力的 关系曲线 F i g ． 5 T h e e x p a n s i o n c o n e a n g l e a n d f r i c t i o n f a c t o r v e r s us t h e e x p a ns i o n f o r c e 根据塔河油 田膨胀管钻井工艺现场应用情况和 弹塑性力学理论分析结果 ，通过工艺优化 ，若将膨 胀锥半锥角增大至 1 5 。 ，并采取措施将摩擦 因数降 低 0 ． 0 2 ，则膨胀管膨胀力可降低 4 7 k N，相应的施 工泵压可降低 4 MP a ，有利于减少膨胀作业 中的复 杂情况。 4 结 论 1 塔河油田奥陶系碳酸盐岩膨胀管钻井工艺 的成功应用，解决了 1 7 7 ． 8 m m套管开窗侧钻难题， 为后期钻井、完井和采油作业开辟了新的途径。 2 针对实体膨胀管钻井工艺研究 的一 系列 配套技术 ，可 以成功地保障膨胀作业 的顺利实施 ， 叭 ∞ ∞m B “ 加 0 O 0 0 0 O O 0 0 0 0 O O 0 0 O O O 0 O 肛肛肛肛 肛 肛肛 肛 2 0 1 4年 第4 2卷 第 1 0期 徐 刚等实体膨胀管钻井工艺在塔河油田的应用 一 l 7一 为同类 型油 气 井 现场 作业 提 供 了重要 的依 据 和 借鉴。 3 通过分析塔河油 田实体膨胀管钻井工艺 现场施工参数 ，验证 了基于弹塑性力学膨胀力计算 解析 解 的适 用 性 ，为 后期 钻 井 工 艺优 化 提 供 了 指导 。 4 根据膨胀力计算 理论分析膨胀力影 响因 素可知 ，适当增大半锥角并尽可能地减小摩擦因数 可以降低现场施工泵压 ，有利于减少施工过程中的 复杂情况 。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 参考文献 张波，薛承瑾，周林波，等 ．遇水膨胀封隔器分段 酸压技 术及应用 [ J ]．西南石油大学 学报 自然科 学 版 ，2 0 1 3 ，3 5 2 1 0 91 1 4 ． 耿宇迪 ，张烨，韩忠艳，等 ．塔河油田缝洞型碳酸 盐岩油藏水平井酸压技术[ J ]．新疆石油地质， 2 0 1 1 ，3 2 1 8 9 9 1 ． 江夏，张烨 ．塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏深度改 造技术研 究 与应用[ J ]．油气 地质 与采 收率 ， 2 0 1 0 ，1 7 6 1 0 71 1 0 ． 郝和伢，周伟，雷新超 ．塔河油田 1 7 7 ． 8 m m套管 开窗侧钻井技术难题与对策探讨 [ J ]．海洋石油， 2 0 1 2，3 2 2 9 0 9 4 ． 唐明，唐成磊，宁学涛，等 ．实体膨胀管技术在油 田开发中的应用 [ J ]．钻采工艺，2 0 0 8 ，3 1 3 7072 ． 罗发强 ．实体膨胀管技术在塔河油 田 T K 1 0 5 1井的 应用 [ J ]．化工文摘 ，2 0 0 8 6 6 1 6 2 ． 胥豪，崔海林 ，张玲 ，等 ．塔河油田膨胀管井钻井 技术 [ J ]．石油钻采工艺，2 0 1 3 ，3 5 4 2 6 29 ． [ 8 ] 朱春林 ，刘爱民，赵志国 ．膨胀管技术在塔河超深 井侧钻井中的应用 [ J ]．科学技术与工程，2 0 1 2 ， 1 2 3 1 8 3 8 48 3 8 9 ． [ 9 ] 潘志勇，上官丰收，宋生印，等 ．套管膨胀过程中 膨胀锥锥 角对 驱动力 的影 响 [ J ]．石油 机械， 2 0 1 0，3 8 3 2 2 2 3 ，5 3 ． [ 1 0 ] 郭慧娟 ，杨庆榜 ，徐丙贵，等 ．实体膨胀管数值模 拟及膨胀锥锥 角优化设计[ J ]．石油机械 ，2 0 1 0 ， 3 8 7 3 0 3 2 ． [ 1 1 ] 张建 ，肖刚，孙骞 ，等 ．实体膨胀管膨胀过程数值 模拟及结构优化 [ J ]．石油矿场机械，2 0 1 1 ，4 O 5 6 77 0 ． [ 1 2 ] 陈功剑 ，李春福 ，宋开红，等 ．实体膨胀管膨胀工 具优化分析 [ J ]．石油机械 ，2 0 0 9 ，3 7 1 1 2 9 31 ． [ 1 3 ] 刘永刚，练章华，易浩，等．膨胀管技术中膨胀芯 头锥角设计 [ J ]．西南石油学院学报，2 0 0 4 ，2 6 4 7 0 7 2 ． [ 1 4 ] 尹虎，李黔，李林涛．实体膨胀管膨胀推力理论模 型研究 [ J ]．钻采工艺，2 0 1 1 ，3 4 4 5 9 6 2 ． [ 1 5 ] 曾欣 ，陈颖杰 ，马天寿 ，等 ．膨胀套管技术 中膨胀 - 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