论文部分内容阅读
摘 要：胜利油田利用常规管封技术成熟后，又经研究并应用到高压井、漏失井、复杂井等压力层系井的完井固井工艺中，解决了工作难题，提高了固井质量；保护了油气层、提高了采收率，收到了较好效果。随着管封结构的研究与改进，推广应用到了特殊油藏的开发中，对固井质量的提高具有重要意义。
關键词：管封 固井 全橡胶管封 自膨胀管封 完井 改进
1管封的结构原理
1.1结构
管封的结构：主要由橡胶筒、中心管、密封环、阀箍等组成。
橡胶筒是由内胶筒和外胶筒组成，中心管为一段短套管，可与套管连接；阀箍由2支断开杆和3个并列串联的控制阀组成，分别是锁紧阀、单流阀和限压阀，在施工中这组控制阀可以准确控制管封坐封，不必为管封提前坐封和座封压力过大胀破胶筒而担心。同时阀箍中还设滤网装置，可防止钻井液中的颗粒物进入通道堵塞阀孔。
1.2工作原理
1.2.1管封的工作原理
“在一个平衡的流体中，由于外部施加的压力而引起的分压力，在整个流体内部各部分是均匀变化的”，管封是据帕斯卡流体原理工作的，当管封内部膨胀到一定压力后，外部压力或压差的增减都会引发内部压力的相应变化，外部压差增加则管封对井壁的密封压力亦成比例增加。故当管封膨胀压力达到一定值后，就能随着环空压差变化而变化，环空承受压差能力与环空间隙大小成反比关系。
1.2.2工作膨胀机理
固井胶塞在替浆时将断开杆打断，继续下行到“碰压”，管内形成密封，然后蹩压，钻井液通过进液孔进入锁紧阀，当达到一定压力值时，锁紧阀的销钉被剪断，锁紧阀和单流阀同时打开。钻井液经限压阀进入膨胀腔，在液体压力作用下，胶筒与井壁形成密封。当膨胀腔内压力达到一定值时，限压阀销钉被剪断，进液孔道被封堵死，将限压阀关闭。此时套管内压力与膨胀腔内压力相互隔绝，实现安全坐封。将井口放压为零，锁紧阀自动关闭，整个管封形成永久性封堵。
工作膨胀机理结构示意图见下图（1）
2管封在完井固井中的应用
2.1在高压井中的应用
高压井固井的技术[1]难题就是固井后水泥浆失重，当环空液柱压力的总和低于地层高压层的压力时，高压油、气、水就会侵入水泥浆或沿着第一、二界面上窜，形成油气水通道。在高压层的上部井段，安装管封，保证固井质量。
2.2在漏失井中的应用
在低压易漏井固井施工中，当管外液柱压力高于地层破裂压力时就会发生漏失，造成水泥低返。在低压易漏层的上部加放管封，保证水泥返高。
在滨南、桩西等油藏完井固井中，采用了加放管封工艺[2]，避免了水泥浆的漏失，保证了水泥浆返出了地面。
2.3在复杂井完井中的应用
在深井或超深井的加深过程中易出现多套压力层系和含油气层，为测试地质储量，采用筛管顶部注水泥尾管完井工艺。为保护油层、保证固井质量，需要加多个管封，并正确设置上下管封的打开压力级别，采用尾管筛管顶部注水泥工艺，在不同油层之间和尾管重叠段加放了多个管封，满足甲方勘探的需要。
2.4在特殊井完井中的应用
水平井已经成为开发多种油藏的有效手段，在水平井完井中多采用筛管顶部注水泥工艺，筛管顶部的管封的密封性尤为重要，特别是潜山裂缝油藏、低压高渗油藏。另外，目前的选择性完井、分段封隔完井、分支井完井等工艺中，管封的应用更广泛、更重要。
3常规管封结构的改进
为了提高密封效果，实现周向的异型密封，称为全橡胶式管封，为了提高轴向耐压能力，也有选择断开的不连续的钢片式，称为不连续式管封（常规的称为连续式）；为保护油气层，研究应用了水泥浆充填式管封；为满足特殊工艺或复杂油藏的需要还应用了自膨胀式管封。
4特殊管封的应用
水泥浆膨胀管封，是在对常规（水力）管封结构进行改造后，用水泥浆充填并在液压的作用下膨胀，达到有效封隔各个目的层，实现有效开采的目的。
4.1通过内管充填膨胀的管封及应用
4.1.1结构
在常规水力式膨胀管封的基础上进行了改进。一是胶筒长度增长至原来2倍，密封长度也增长至原来的2倍，二是对三套阀系孔径进行了加大，孔径增大后，水泥浆易进入胶筒内，密封长度增大，更易达到密封。
4.1.2工艺原理
按照设计串接水泥浆膨胀管封，下完套管后，下入内管，通过内管将水泥浆送到预定位置，将机械式管内管封下放座封，开泵小排量蹩压到一定值时，在液压作用下管封与井壁形成密封。放压后上提内管，管内机械式管封自动解封，开泵将多余的水泥浆循环出地面。
4.1.3优点：
采用水泥浆胀封的优点：
（1）在井下温度、压力的变化无常条件下，能实现永久可靠的密封。
（2）保护油藏不受水泥浆的污染，提高原油采收率。
（3）多管封可选择性完井，实现分层、分段酸化压裂，提高增产效果。
4.1.4现场应用
富台油田为碳酸盐岩潜山油藏，有较发育的孔洞和裂缝，固井易漏失，水泥浆低返，而且严重污染油藏。在该地区应用后取得了较好的经济效益；桩古油田属于碳酸盐岩溶洞型油藏，采用此技术完井效果明显[3]的桩古10-28井日产原油100多吨。
选用长橡胶筒的管封，在水泥充填的管封井段射孔采油，可以有效防止出砂。减少采油成本。
4.2全橡胶管封在特殊油藏中的应用
对于水平井和水平井特殊完井固井工艺，选用全橡胶管封可以取得较好效果。这种管封可有效地封隔油层和水层，实现选择性完井固井，更好地保护油层，提高采收率，延长油井寿命。
孤东、河口油区等区块的直井和水平井的开发中应用了筛管顶部注水泥工艺，尾管悬挂器位置井斜度已近90°，相邻油层已经是严重水淹层，甲方还要采用压裂工艺，为保证固井水泥封隔质量，在筛管顶部加放了两只不连续管封，通过设置不同的压力级别，实现了工艺成功，达到了保护油层的目的，满足了甲方要求。
4.3自膨胀管封的应用
自膨胀管封是选择遇水、遇烃膨胀的橡胶或特种膨胀材料硫化在套管表面，通过选择配方可以实现在一定温度下的膨胀时间和膨胀速率。可用于固井完井、非固井完井，适应不规则裸眼，可增强水泥环对地层的封隔效果或直接代替水泥环对套管与地层之间的环空密封，多用于高压油气防窜和水平井、分支井等复杂结构井完井工艺中密封性能更好。
5结论
（1）连续式管封，作为辅助完井手段，在完井固井中，解决了技术难题。
（2）全橡胶式管封，效果较好，能保护油气层，延长油井寿命。
（3）通过使用内管胀封工艺复杂一些，但易失灵。
（4）应据油气藏的性质和地质情况选择管封使用类型。
（5）通过改进管封结构，解决了低渗、低压、稠油等油藏开发的技术难题，保护了油气藏，使复杂、低效油藏得到高效开发。
参考文献
[1]张明昌张宏军等管封在高压低渗油田的应用[J].石油钻采工艺，1999，21（2）
[2]张宏军张伟潜山裂缝型油藏完井固井工艺技术研究[J].钻采工艺，2007，30（1）
關键词：管封 固井 全橡胶管封 自膨胀管封 完井 改进
1管封的结构原理
1.1结构
管封的结构：主要由橡胶筒、中心管、密封环、阀箍等组成。
橡胶筒是由内胶筒和外胶筒组成，中心管为一段短套管，可与套管连接；阀箍由2支断开杆和3个并列串联的控制阀组成，分别是锁紧阀、单流阀和限压阀，在施工中这组控制阀可以准确控制管封坐封，不必为管封提前坐封和座封压力过大胀破胶筒而担心。同时阀箍中还设滤网装置，可防止钻井液中的颗粒物进入通道堵塞阀孔。
1.2工作原理
1.2.1管封的工作原理
“在一个平衡的流体中，由于外部施加的压力而引起的分压力，在整个流体内部各部分是均匀变化的”，管封是据帕斯卡流体原理工作的，当管封内部膨胀到一定压力后，外部压力或压差的增减都会引发内部压力的相应变化，外部压差增加则管封对井壁的密封压力亦成比例增加。故当管封膨胀压力达到一定值后，就能随着环空压差变化而变化，环空承受压差能力与环空间隙大小成反比关系。
1.2.2工作膨胀机理
固井胶塞在替浆时将断开杆打断，继续下行到“碰压”，管内形成密封，然后蹩压，钻井液通过进液孔进入锁紧阀，当达到一定压力值时，锁紧阀的销钉被剪断，锁紧阀和单流阀同时打开。钻井液经限压阀进入膨胀腔，在液体压力作用下，胶筒与井壁形成密封。当膨胀腔内压力达到一定值时，限压阀销钉被剪断，进液孔道被封堵死，将限压阀关闭。此时套管内压力与膨胀腔内压力相互隔绝，实现安全坐封。将井口放压为零，锁紧阀自动关闭，整个管封形成永久性封堵。
工作膨胀机理结构示意图见下图（1）
2管封在完井固井中的应用
2.1在高压井中的应用
高压井固井的技术[1]难题就是固井后水泥浆失重，当环空液柱压力的总和低于地层高压层的压力时，高压油、气、水就会侵入水泥浆或沿着第一、二界面上窜，形成油气水通道。在高压层的上部井段，安装管封，保证固井质量。
2.2在漏失井中的应用
在低压易漏井固井施工中，当管外液柱压力高于地层破裂压力时就会发生漏失，造成水泥低返。在低压易漏层的上部加放管封，保证水泥返高。
在滨南、桩西等油藏完井固井中，采用了加放管封工艺[2]，避免了水泥浆的漏失，保证了水泥浆返出了地面。
2.3在复杂井完井中的应用
在深井或超深井的加深过程中易出现多套压力层系和含油气层，为测试地质储量，采用筛管顶部注水泥尾管完井工艺。为保护油层、保证固井质量，需要加多个管封，并正确设置上下管封的打开压力级别，采用尾管筛管顶部注水泥工艺，在不同油层之间和尾管重叠段加放了多个管封，满足甲方勘探的需要。
2.4在特殊井完井中的应用
水平井已经成为开发多种油藏的有效手段，在水平井完井中多采用筛管顶部注水泥工艺，筛管顶部的管封的密封性尤为重要，特别是潜山裂缝油藏、低压高渗油藏。另外，目前的选择性完井、分段封隔完井、分支井完井等工艺中，管封的应用更广泛、更重要。
3常规管封结构的改进
为了提高密封效果，实现周向的异型密封，称为全橡胶式管封，为了提高轴向耐压能力，也有选择断开的不连续的钢片式，称为不连续式管封（常规的称为连续式）；为保护油气层，研究应用了水泥浆充填式管封；为满足特殊工艺或复杂油藏的需要还应用了自膨胀式管封。
4特殊管封的应用
水泥浆膨胀管封，是在对常规（水力）管封结构进行改造后，用水泥浆充填并在液压的作用下膨胀，达到有效封隔各个目的层，实现有效开采的目的。
4.1通过内管充填膨胀的管封及应用
4.1.1结构
在常规水力式膨胀管封的基础上进行了改进。一是胶筒长度增长至原来2倍，密封长度也增长至原来的2倍，二是对三套阀系孔径进行了加大，孔径增大后，水泥浆易进入胶筒内，密封长度增大，更易达到密封。
4.1.2工艺原理
按照设计串接水泥浆膨胀管封，下完套管后，下入内管，通过内管将水泥浆送到预定位置，将机械式管内管封下放座封，开泵小排量蹩压到一定值时，在液压作用下管封与井壁形成密封。放压后上提内管，管内机械式管封自动解封，开泵将多余的水泥浆循环出地面。
4.1.3优点：
采用水泥浆胀封的优点：
（1）在井下温度、压力的变化无常条件下，能实现永久可靠的密封。
（2）保护油藏不受水泥浆的污染，提高原油采收率。
（3）多管封可选择性完井，实现分层、分段酸化压裂，提高增产效果。
4.1.4现场应用
富台油田为碳酸盐岩潜山油藏，有较发育的孔洞和裂缝，固井易漏失，水泥浆低返，而且严重污染油藏。在该地区应用后取得了较好的经济效益；桩古油田属于碳酸盐岩溶洞型油藏，采用此技术完井效果明显[3]的桩古10-28井日产原油100多吨。
选用长橡胶筒的管封，在水泥充填的管封井段射孔采油，可以有效防止出砂。减少采油成本。
4.2全橡胶管封在特殊油藏中的应用
对于水平井和水平井特殊完井固井工艺，选用全橡胶管封可以取得较好效果。这种管封可有效地封隔油层和水层，实现选择性完井固井，更好地保护油层，提高采收率，延长油井寿命。
孤东、河口油区等区块的直井和水平井的开发中应用了筛管顶部注水泥工艺，尾管悬挂器位置井斜度已近90°，相邻油层已经是严重水淹层，甲方还要采用压裂工艺，为保证固井水泥封隔质量，在筛管顶部加放了两只不连续管封，通过设置不同的压力级别，实现了工艺成功，达到了保护油层的目的，满足了甲方要求。
4.3自膨胀管封的应用
自膨胀管封是选择遇水、遇烃膨胀的橡胶或特种膨胀材料硫化在套管表面，通过选择配方可以实现在一定温度下的膨胀时间和膨胀速率。可用于固井完井、非固井完井，适应不规则裸眼，可增强水泥环对地层的封隔效果或直接代替水泥环对套管与地层之间的环空密封，多用于高压油气防窜和水平井、分支井等复杂结构井完井工艺中密封性能更好。
5结论
（1）连续式管封，作为辅助完井手段，在完井固井中，解决了技术难题。
（2）全橡胶式管封，效果较好，能保护油气层，延长油井寿命。
（3）通过使用内管胀封工艺复杂一些，但易失灵。
（4）应据油气藏的性质和地质情况选择管封使用类型。
（5）通过改进管封结构，解决了低渗、低压、稠油等油藏开发的技术难题，保护了油气藏，使复杂、低效油藏得到高效开发。
参考文献
[1]张明昌张宏军等管封在高压低渗油田的应用[J].石油钻采工艺，1999，21（2）
[2]张宏军张伟潜山裂缝型油藏完井固井工艺技术研究[J].钻采工艺，2007，30（1）