长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术.pdf
《长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 43 卷第 8 期2023 年 8 月 98 天然气工业Natural Gas Industry引文:郑有成,郭建华.长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术J.天然气工业,2023,43(8):98-107.ZHENG Youcheng,GUO Jianhua.Application of expandable tubular plugging technology in long open hole wells with severe lost circulationJ.Natural Gas Industry,2023,43(8):98-107.长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术郑有成1郭
2、建华21.中国石油西南油气田公司2.中国石油西南油气田公司工程技术研究院摘要:四川盆地天然气井钻井过程中,经常面对长裸眼井段、多压力系统、承压能力要求高的堵漏需求,但已有的化学类堵漏及承压技术无法完全达到承压目标及时效要求。为此,针对四川盆地天然气井恶性井漏问题,研发了高抗挤膨胀管、配套工具及液体体系,开展了管材性能评价及适用边界分析,形成了膨胀管裸眼封堵技术并开展了现场应用。研究结果表明:低碳锰合金化技术、“第三代”Mn-TRIP 钢材配方以及高标准的生产制造工艺可大幅提高管材性能,新研制的高抗挤膨胀管胀后冲击韧性 105 J,抗外挤强度 20 MPa;基于测定的螺纹接头连接效率,参考 AP
3、I 标准及 J55 膨胀管应用边界计算方法,建立了高抗挤膨胀管的适用边界;基于高抗挤膨胀管,结合水力扩眼器、悬砂清砂液及固井水泥浆等,形成了“扩眼膨胀管下入膨胀作业恢复钻进”全过程规范化膨胀管裸眼封堵施工工艺。结论认为:该技术在四川盆地已成功应用 8 井次,累计作业长度 5 177.81 m,承压能力达 35 MPa 以上,均实现了裸眼井段的有效封隔;该技术有望成为解决恶性井漏的有效途径,并可在井身结构拓展、高压盐水封隔及井筒修复等领域进行推广应用。关键词:膨胀管;裸眼封堵;长裸眼井段;恶性井漏;低碳锰合金化;恶性井漏治理;井身结构拓展;井筒修复DOI:10.3787/j.issn.1000-
4、0976.2023.08.009Application of expandable tubular plugging technology in long open hole wells with severe lost circulationZHENG Youcheng1,GUO Jianhua2(1.PetroChina Southwest Oil&Gasfield Company,Chengdu,Sichuan 610051,China;2.Engineering Technology Research Institute,PetroChina Southwest Oil&Gasfiel
5、d Company,Chengdu,Sichuan 610017,China)Natural Gas Industry,vol.43,No.8,p.98-107,8/25/2023.(ISSN 1000-0976;In Chinese)Abstract:The drilling of natural gas wells in the Sichuan Basin often faces the plugging demand of long open hole section,multi-pressure system and high pressure-bearing capacity,but
6、 the existing chemical plugging and pressure-bearing technologies cannot fully meet the requirement of pressure-bearing target and time efficiency.In order to solve the problem of severe lost circulation in the natural gas wells in the Sichuan Basin,this paper researches and develops high-performanc
7、e expandable tubulars,supporting tools and liquid system,and carries out performance evaluation and application boundary analysis of expandable tubulars.The expandable tubular based open hole plugging technology is formed and applied on site.The following research results are obtained.First,the low
8、carbon manganese alloying technology,the third generation of Mn-TRIP steel formula and the high standard manufacturing process can greatly improve the performance of expandable tubulars.The impact toughness of the newly developed expandable tubular after expansion is greater than 105 J,and the colla
9、pse strength is more than 20 MPa.Second,based on the measured connection efficiency of the threaded joint,the application boundary range of the high-performance expandable tubular is established by referring to API standard and the calculation method of application boundary range of the J55 expandab
10、le tubular.Third,based on the high-performance expandable tubulars,combined with hydraulic reamer,suspension sand cleaning fluid and cementing slurry,the standardized construction process of hole reaming,expandable tubular running,expandable tubular expansion,and drilling recovery is formed for the
11、expandable tubular based open hole plugging.In conclusion,this technology has been successfully applied eight times in the Sichuan Basin,with a cumulative operation length of 5 177.81 m and a pressure bearing capacity of more than 35 MPa,and all of their open hole sections are plugged effectively.Wh
12、ats more,this technology is expected to be an effective method for solving the problem of severe lost circulation,and it can be popularized and applied in well structure prolongation,high-pressure brine isolation,wellbore repair and other fields.Keywords:Expandable tubular;Plugging in open hole sect
13、ion;Long open hole section;Severe lost circulation;Low carbon manganese alloying;Severe lost circulation control;Well structure prolongation;Wellbore repair基金项目:中国石油天然气股份有限公司重大工程技术现场试验项目“膨胀管裸眼封堵技术与装备现场试验”(编号:2017F-19)。作者简介:郑有成,1964 年生,正高级工程师;长期从事石油天然气钻完井技术研究和管理工作。地址:(610051)四川省成都市成华区府青路一段 3 号。ORCID:
14、0000-0002-3943-2447。E-mail:zheng_通信作者:郭建华,1980 年生,高级工程师,本刊青年编委;长期从事石油天然气钻井技术研究工作。地址:(610017)四川省成都市青羊区小关庙后街 25 号。E-mail:g_第 8 期 99 郑有成等:长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术0引言四川盆地经历多期构造运动,具有基底和沉积盖层的二元结构,震旦系基底之上的沉积盖层为海相地层和陆相地层的叠合,总厚达 6 000 12 000 m1-2。目前纵向上已发现 11 套油气成藏组合,29 个工业油气层3,以气为主,满盆含气。纵向上多套高低压力系统并存4-5,复杂缝洞体6-8、高压
15、盐水及不整合面等特征发育2,9,同时面临大量采空区。近年来,钻井过程中发生井漏复杂井数已达 300 余口,共漏失钻井液和堵漏浆超 50104 m3,井漏已成为影响高效钻井及地质目标实现的重要因素之一。以渝西页岩气 Z203 井区为例,该区域雷口坡组缺失,导致三叠系嘉陵江组须家河组不整合接触,嘉陵江组裂缝溶洞发育,三开钻进过程恶性漏失频发,该井区嘉陵江组井漏复杂占比高达 50.4%,平均单井漏失量 5 152.46 m3,平均处理周期 80.99 d。该井区开展了大量化学堵漏工作,取得了一定成效10,但对于漏失地层存在大尺寸缝洞、长距离延伸裂缝等情况,承压堵漏不能满足下部嘉陵江组石牛栏组高压地层
16、安全钻进需求,无法按照原井身结构设计施工,导致部分井面临不能高效高质量打成的风险11。膨胀管是一种具有良好延展性和塑性的“特殊材料”,下入井内后可通过机械或液压的方法使其在直径方向膨胀 10%30%12-13,从而实现管柱的小尺寸下入、大尺寸服役。该技术早期主要应用于套损修复14-19,随着材料技术的发展,初步具备在钻井过程中用于裸眼封堵20-26的可行性,但受限于膨胀管管材性能与膨胀管管材评价体系,膨胀管裸眼封堵的应用案例较少,且封堵段长较短。本文针对四川盆地天然气井恶性井漏问题,分析了膨胀管裸眼封堵技术的需求和技术难点,针对膨胀管管材、性能评价方法、扩眼器及配套工作液体系开展管材配方和制造
17、工艺改进、适用边界计算模型修正、扩眼工具适应性改进、配套工作液研发与优化,实现膨胀管抗外挤强度超过 20 MPa、胀后冲击韧性超过 105 J 的突破,最终形成适应于四川盆地天然气井的膨胀管裸眼封堵技术,并建立了“扩眼膨胀管下入膨胀作业恢复钻进”全过程规范化膨胀管裸眼封堵施工工艺。1生产需求及技术难点四川盆地蓬莱气区、长宁和渝西区块页岩气个别井钻井过程中突发恶性井漏,存在溢漏同存、漏塌同存,化学堵漏等常规堵漏技术不能满足下部高压层段安全钻井需求,造成大量物资材料损失和钻井周期延长,严重影响钻井生产安全、施工进度以及地质目标的实现。Z203H5-8 井三叠系须家河组嘉三段孔洞发育导致钻井过程中钻
18、井液失返性漏失频发,采用桥浆、高失水堵漏浆“刚性粒子”、凝胶、水泥等多种化学堵漏手段治理无效,地层承压能力仅能达到 1.07 1.15 g/cm3,无法满足下部三叠系嘉二段志留系石牛栏组高压地层 1.77 1.85 g/cm3 高密度钻井液安全钻进需求;N209H33-2 井志留系韩家店组石牛栏组裂缝发育导致恶性漏失频发,低压层段采用密度 1.05 1.20 g/cm3钻井液钻进发生井漏失返,常规化学堵漏方式仅能将地层承压能力提高至 1.35 g/cm3,无法达到下部目的层龙马溪组高密度钻井液 1.47 1.65 g/cm3安全钻进要求;蓬莱气区 ZS102 井三叠系嘉陵江组存在局部异常高压,
19、下部二叠系龙潭组寒武系筇竹寺组断裂带发育,常规承压堵漏技术提高下部地层承压能力有限,为保障安全钻进,需封隔上部三叠系嘉陵江组高压地层,否则“上喷下漏”风险突出,两个层段无法实现同一裸眼安全钻进。以上复杂井若采用增加一个开次下常规套管方式治理,完钻井眼尺寸、油层套管尺寸均会缩小一级,将无法有效满足后期改造及投产需求。原有 J55 钢级膨胀管(以下简称 J55 膨胀管)胀后冲击韧性不足 10 J,胀后抗外挤强度不足 15 MPa。该膨胀管在 L201 井现场应用时膨胀施工过程顺利,但后续钻进过程中膨胀管发生严重变形,变形最严重处内径 178.35 mm,较膨胀管胀后内径 194 mm 缩小 8%以
20、上。因此 J55 钢级膨胀管无法有效满足四川盆地裸眼封堵需求,需研发高性能且满足硫化氢环境下应用需求的膨胀管。针对四川盆地地层压力高,地质条件复杂且多含硫化氢等难题,膨胀管裸眼封堵技术开展现场应用主要存在以下难点:复杂地质条件对膨胀管抗外挤、抗内压性能要求高,硫化氢环境下膨胀管安全服役面临巨大挑战;原有膨胀管评价体系不完善,缺乏膨胀管应用于长井段的评价标准,没有考虑施工和服役过程中特殊井况对膨胀管性能的影响,未能准确掌握膨胀管应用边界范围,亟需建立一套膨胀管选材及评价体系;四川盆地膨胀管应用地层大多位于三叠系志留系,地层可钻性差,已有扩眼工具可靠性不足,有时甚至需要重复扩眼,且扩眼后的井筒清洁
21、作业缺乏配套的高效悬砂清砂工作液,无法满足膨胀管下入要2023 年第 43 卷 100 天 然 气 工 业求,亟需研发高效扩眼器及膨胀管井筒清洁配套工作液;膨胀管封堵裸眼段长近 900 m,打压膨胀作业时间长达8 h,膨胀作业期间容易发生水泥初凝,影响后续膨胀作业,膨胀施工窗口与封固效果之间存在矛盾,亟需研发适用于膨胀管固井的水泥浆 体系。2高性能膨胀管技术2.1高抗挤膨胀管选材及加工针对国内原有 J55 膨胀管冲击韧性不足和焊缝壁厚不均度高导致的胀后弯曲变形问题,通过调整钢材配方,确保管材获得足够的残余奥氏体,从而在外加载荷作用下产生 TRIP 效应,有效提高管材强度。采用低碳锰合金化技术在
22、膨胀管微观组织内引入 10%左右的纳米残余奥氏体,利用相变诱发塑性机制(TRIP 效应)解决膨胀管高强度与易膨胀之间的矛盾,有效满足膨胀前屈服强度低、膨胀后屈服强度高的要求。最终定型“第三代”Mn-TRIP钢材配方,其中碳、硅、锰、磷质量百分比分别为0.05%0.07%、0.15%0.27%、2.96%3.08%、0.007%0.01%。优化生产制造工艺,形成“热轧、冷轧、临界淬火、高温回火热处理”为核心的生产制造工艺,大幅提高奥氏体的稳定性,确保奥氏体在室温下保留下来。根据膨胀管管材不同热处理和冷却方式后的拉伸实验结果可以看出(图 1),780 热处理和空冷后获得的膨胀管管材性能最为优异,其
23、屈服强度、伸长率较 J55 膨胀管大幅提升。图1J55膨胀管与高抗挤膨胀管管材应力应变曲线对比图2.2高抗挤膨胀管性能评价及适用边界分析2.2.1管材物理性能测试针对新研制的高抗挤膨胀管开展胀前、胀后拉伸和冲击韧性试验,测试结果如表 1 所示,高抗挤膨胀管胀后抗拉强度介于 600 665 MPa,胀后屈服强度介于 508 562 MPa,接近 API 80 钢级;胀前伸长率介于 43.5%53.5%,胀后伸长率介于26.5%43.0%。对比表 2 发现,高抗挤膨胀管力学性能较 J55 膨胀管大幅提升,其中胀后抗拉强度提高超过 5%,屈服强度提高超过 7%,胀后伸长率提高超过 17%;高抗挤膨胀
24、管胀后冲击韧性超过 105 J(表 3),冲击韧性较 J55 膨胀管提高超过 10 倍,达到 API 标准规定的膨胀管胀后管体 0 全尺寸夏比V 型缺口冲击韧性大于等于 27 J 的要求。表2J55膨胀管部分力学性能试验结果表外径/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率胀前胀后胀前胀后胀前胀后21947457028947541.5%26.5%20347558829145542.0%25.0%19447451128242241.5%22.5%表1高抗挤膨胀管部分力学性能试验结果表外径/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率胀前胀后胀前胀后胀前胀后29961465243650849.7%4
25、3.0%21951960040151048.5%33.0%20357966539752653.5%35.5%19456864744655443.5%26.5%15957865841756245.5%31.0%14060063140451044.7%34.5%第 8 期 101 郑有成等:长裸眼恶性漏失井膨胀管堵漏适用技术2.2.2螺纹接头性能测试分别采用水压爆破试验系统、复合挤毁试验系统对膨胀后的螺纹接头开展抗内压和抗外挤强度试验,以测定螺纹接头的极限承载能力与密封性能。试验结果表明膨胀后螺纹接头抗内压强度超过46.35 MPa,抗外挤强度超过 20.30 MPa(表 4);与原 J55 膨胀
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 裸眼 恶性 漏失 膨胀 堵漏 适用 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。