膨胀管工具系统及膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法与流程

1.本技术涉及膨胀管技术领域，特别涉及一种膨胀管工具系统及膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法。


背景技术：

2.在钻井过程中，如遇到易坍塌、易漏的地层，需要进行裸眼井封堵。
3.膨胀管裸眼井封堵是一种裸眼井封堵技术，具有井眼损失小，钻井成本低的优势。膨胀管裸眼井封堵的施工流程一般为：下入工具，丢手，注水泥，膨胀锥胀管，提出工具。在膨胀锥胀管的施工流程中，容易出现膨胀遇阻、工具泄露等意外情况。
4.如何进行膨胀管裸眼井封堵的应急处理，相关技术中尚未提供较好的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种膨胀管工具系统及膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法，联合使用实体膨胀锥以及液压变径膨胀锥，用于膨胀管裸眼井封堵施工过程中的应急处理。所述技术方案如下：
6.根据本技术的一个方面，提供了一种膨胀管工具系统，所述膨胀管工具系统包括：膨胀管、提升短节、实体膨胀锥、液缸、液压变径膨胀锥以及自解锁锚；
7.所述提升短节、所述实体膨胀锥、所述液缸、所述液压变径膨胀锥以及所述自解锁锚设置于所述膨胀管的管腔内；
8.所述提升短节的底部与所述实体膨胀锥的顶部固定连接；
9.所述实体膨胀锥的底部与所述液缸的顶部固定连接；
10.所述液缸的底部与所述液压变径膨胀锥的顶部固定连接；
11.所述液压变径膨胀锥的底部与所述自解锁锚的顶部固定连接。
12.可选的，所述膨胀管工具系统还包括：密封组件，所述密封组件固定设置于所述膨胀管的外壁上。
13.可选的，所述密封组件包括如下中的至少一种：橡胶环；铜环。
14.可选的，所述膨胀管工具系统还包括：丢手工具，所述丢手工具可拆卸地设置于所述自解锁锚的底部。
15.可选的，所述膨胀管工具系统还包括：底堵，所述底堵与所述丢手工具固定连接。
16.可选的，所述实体膨胀锥的外径小于所述液压变径膨胀锥的最大外径，且所述实体膨胀锥的外径大于处于未膨胀状态的所述膨胀管的半径。
17.可选的，所述实体膨胀锥的外径大于处于未膨胀状态的所述膨胀管的半径5-10mm。
18.根据本技术的一个方面，提供了一种膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法，应用于如上述方面所述的膨胀管工具系统中，所述方法包括：
19.响应于所述膨胀管工具系统在井眼缩小段膨胀遇阻，对所述膨胀管工具系统进行
泄压，所述液压变径膨胀锥随所述泄压过程而收缩；
20.向上提升所述提升短节，所述实体膨胀锥在所述向上提升过程中对处于所述井眼缩小段的所述膨胀管进行膨胀；
21.响应于所述液压变径膨胀锥越过所述井眼缩小段，对所述膨胀管工具系统进行持续加压，所述液压变径膨胀锥随所述加压过程而扩大外径；
22.响应于压力达到第一压力阈值，所述自解锁锚启动锚定所述膨胀管；
23.响应于压力达到第二压力阈值，所述自解锁锚解除锚定所述膨胀管，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值。
24.可选的，在所述膨胀管中下入铣锥，磨铣处于所述井眼缩小段的所述膨胀管。
25.可选的，响应于所述膨胀管工具系统发生刺漏，向上提升所述提升短节，所述实体膨胀锥在所述向上提升过程中对所述膨胀管进行膨胀。
26.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
27.膨胀管工具系统中包括实体膨胀锥，通过安装实体膨胀锥预先膨胀，不仅能有效降低施工压力，防止高压导致的管材刺漏，还能在膨胀遇阻时，仍然将膨胀管内径扩大5-10mm，最大限度保证井眼尺寸，不影响后续工具的下入，从而有效处理施工中存在的各种突发情况，保障膨胀管裸眼井封堵施工的安全性。
28.同时，本技术实施例所提供的装置，膨胀管工具系统中包括自解锁锚，自解锁锚通过打压时的压力不同进行“启动锚定—解除锚定”的过程，能够保证液压变径膨胀锥在未膨胀的管内完全张开，保证后续施工的进行。
29.同时，本技术实施例所提供的装置，结构较为简单，避免复杂结构带来的不稳定因素。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本技术一个示例性实施例提供的膨胀管工具系统的结构示意图；
32.图2是本技术一个示例性实施例提供的膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法的流程图；
33.图3是本技术一个示例性实施例提供的膨胀管工具系统的结构示意图；
34.图4是本技术一个示例性实施例提供的膨胀管工具系统的结构示意图。
35.下面，对附图中的各个标号进行说明：
36.10-膨胀管工具系统；
37.11-膨胀管；
38.12-提升短节；
39.13-实体膨胀锥；
40.14-液缸；
41.15-液压变径膨胀锥；
42.16-自解锁锚；
43.17-密封组件；
44.18-丢手工具；
45.19-底堵；
46.20-小胶塞。
具体实施方式
47.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
48.在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
49.在钻井过程中经常遇到漏失层、垮塌层、高低压层，需要进行处理。针对上述情况，一种处理办法为：下入一层套管后继续钻进，但是由于多下入了一层套管，导致井眼尺寸变小，增加了钻井成本。
50.另一种处理办法为：膨胀管裸眼井封堵。使用膨胀管封堵易坍塌、易漏等地层，可以最大限度减少井眼损失，节约了工具成本和时间，具有较大的优势，也是未来处理易坍塌、易漏等地层的趋势。
51.本技术实施例针对的是膨胀管裸眼井封堵这一处理办法。
52.其中，膨胀管是一种具有良好塑形的金属圆管。将膨胀管下入井内后，通过机械或者液压的方法使其沿直径方向膨胀10％～30％左右，从而使管柱发生永久性胀大。同时，在冷作硬化效应的作用下，膨胀管的管材强度和刚性指标得到提高，而塑形指标下降。膨胀管技术主要分为膨胀管补贴、膨胀式尾管悬挂、膨胀管裸眼封堵和膨胀管等井径钻井4个技术体系。本技术旨在研究膨胀管裸眼封堵这一技术体系。
53.膨胀管裸眼井封堵技术的施工流程为：下入工具，丢手，注水泥，膨胀锥胀管，提出工具。在膨胀锥胀管的过程中，若遇到井壁上粘卡异物、泥岩吸水膨胀导致井眼尺寸缩小等情况，则膨胀锥无法顺利完成胀管，出现膨胀遇阻。
54.在出现膨胀遇阻的情况时，常规的处理方法有如下两种。
55.第一种方法是投球，通过安全接头，将膨胀管封堵工具和上部钻具分离开来，但是这种方法会导致将膨胀管封堵工具留在井底，还可能会导致井眼报废，造成较大的经济损失。
56.第二种方法是使用液压变径膨胀锥。在膨胀遇阻时进行泄压，液压变径膨胀锥收缩，随上部钻具提出井口，将膨胀管留在井下。这种方法的问题在于，由于膨胀锥胀管还未完成，下部膨胀管已处于膨胀的状态，而上部膨胀管处于未膨胀的状态，上部未膨胀的膨胀管会妨碍后续工具的下入。因此，亟需一种膨胀管裸眼井封堵施工的应急处理措施。
57.本技术所示出的膨胀管裸眼井封堵应急处理措施工具系统(下文简称为膨胀管工具系统)，联合使用实体膨胀锥以及液压变径膨胀锥，用于膨胀管封堵易塌、易漏等地层施工过程中的应急处理。下面，对膨胀管工具系统进行示例性的说明。
58.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的膨胀管工具系统10的结构示意图。膨
胀管工具系统10包括：膨胀管11、提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16。
59.示意性的，提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16设置于膨胀管11的管腔内。示意性的，提升短节12的底部与实体膨胀锥13的顶部固定连接。示意性的，实体膨胀锥13的底部与液缸14的顶部固定连接。示意性的，液缸14的底部与液压变径膨胀锥15的顶部固定连接。示意性的，液压变径膨胀锥15的底部与自解锁锚16的顶部固定连接。
60.示意性的，上述各个部件之间的“固定连接”是螺纹连接。
61.膨胀管11是一种由低碳钢经加工而制成的套管。由于膨胀管11的含碳量低，因而具有柔性好，可塑性强的特点。膨胀管11支持通过机械或者液压的方法，沿直径方向膨胀，从而使膨胀管11的管柱发生永久性胀大。
62.膨胀管11在膨胀锥的作用下进行膨胀，在本技术实施例中，膨胀锥包括实体膨胀锥13以及液压变径膨胀锥15。示意性的，膨胀管11的类型包括但不限于：实体膨胀管、纵向波纹管以及割缝膨胀管。示意性的，膨胀管11的膨胀方式为自下而上膨胀。示意性的，膨胀管11的长度不限，各段之间采用膨胀螺纹进行固定连接，膨胀螺纹是一种在膨胀前后和膨胀过程中均能保持一定的密封性能和连接强度的螺纹。
63.提升短节12是在钻井作业中，用于提升其他工具的一种专用工具。如图1所示，由于提升短节12与实体膨胀锥13固定连接，实体膨胀锥13与液缸14固定连接，液缸14与液压变径膨胀锥15固定连接，液压变径膨胀锥15又与自解锁锚16固定连接，则提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16形成一体式结构，在对提升短节12进行提升的情况下，可以带动上述一体式结构整体性地进行提升。
64.实体膨胀锥13是锥体的外径大小是定值的一种膨胀锥。实体膨胀锥13的优势在于结构简单，支持通过机械进行推动，从而在膨胀管工具系统10发生泄漏的情况下也可进行作业。
65.示意性的，实体膨胀锥13的外径大于处于未膨胀状态的膨胀管11的半径，从而使得实体膨胀锥13在运动的过程中，对处于未膨胀状态的膨胀管11进行膨胀。示意性的，实体膨胀锥13的外径大于处于未膨胀状态的膨胀管11的半径5-10mm。可以理解的是，对于膨胀管11来说，实体膨胀锥13对膨胀管11进行的膨胀是一种“微膨胀”。
66.液缸14是一种利用液压来进行运动的元器件。液缸14将液体的压力能转换为机械能，从而进行直线运动或回转运动，在本技术实施例中，液缸14在膨胀管11的管腔内进行上下直线运动。示意性的，由于液缸14与提升短节12、实体膨胀锥13、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16形成一体式结构，液缸14的运动可以带动提升短节12、实体膨胀锥13、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16进行相应的运动。
67.在本技术实施例中，液缸14的位置处于实体膨胀锥13与液压变径膨胀锥15之间。由于实体膨胀锥13会对膨胀管11进行“微膨胀”，则液缸14所处的管腔位置是已经被“微膨胀”过的膨胀管，相对于未膨胀过的膨胀管，液缸14的受力面较大，减少施工压力。
68.液压变径膨胀锥15是在液压的作用下，锥体的外径可变的一种膨胀锥。相较于上述实体膨胀锥13而言，液压变径膨胀锥15的优势在于：椎体的外径是可调整的，用于适应不同的膨胀需求，液压变径膨胀锥15的劣势在于：结构复杂，且需要液压密封环境。也就是说，
在膨胀管工具系统10出现刺漏的情况下，液压变径膨胀锥15的外径将会收缩，无法对膨胀管11进行膨胀。
69.在未膨胀作业时，液压变径膨胀锥15处于收缩状态，此时椎体的外径较小，小于处于未膨胀状态的膨胀管11的半径；在膨胀作业时，液压变径膨胀锥15处于膨胀状态，此时椎体的外径较大，大于处于未膨胀状态的膨胀管11的半径，从而对膨胀管11进行膨胀(如图1所示)。示意性的，实体膨胀锥13的外径小于液压变径膨胀锥15的最大外径。最大外径是液压变径膨胀锥15在通过加压而处于膨胀状态时所能达到的最大的外径。由于实体膨胀锥13是对膨胀管11进行“微膨胀”，液压变径膨胀锥15能够对膨胀管11进行更进一步的膨胀，增大膨胀管11的膨胀率。
70.自解锁锚16是一种锚定器件，自解锁锚用于在锚定状态下锚定膨胀管11。可以理解的是，由于自解锁锚16锚定膨胀管11，则提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16形成的一体式结构不会与膨胀管11发生相对运动。
71.示意性的，自解锁锚16在第一压力阈值下启动锚定，在第二压力阈值下接解除锚定，第二压力阈值大于第一压力阈值。示意性的，第一压力阈值为3-5mpa。示意性的，第二压力阈值为15-20mpa，第二压力阈值下，液压变径膨胀锥15能够达到最大外径，膨胀完全。
72.下面，结合参考图2，对图1所示出的膨胀管工具系统10对应的膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法进行示例性的说明。
73.1)意外情况为：膨胀管裸眼井封堵出现膨胀遇阻。
74.步骤201，响应于膨胀管工具系统10在井眼缩小段膨胀遇阻，对膨胀管工具系统10进行泄压，液压变径膨胀锥15随泄压过程而收缩。
75.在膨胀管裸眼井封堵作业过程中，膨胀管工具系统10被下入至裸眼井中。井眼缩小段是裸眼井的井眼缩小的区域。示意性的，井眼缩小段是由于裸眼井的井壁上粘卡异物、裸眼井的泥岩吸水膨胀等原因造成的。
76.示意性的，膨胀管工具系统10在井眼缩小段膨胀遇阻指的是：膨胀管工具系统10中的膨胀锥(包括实体膨胀锥13以及液压变径膨胀锥15)无法顺利通过井眼缩小段，从而造成井眼缩小段的膨胀管11未能进行膨胀。
77.对膨胀管工具系统10进行泄压，液压变径膨胀锥15随泄压过程而收缩。示意性的，液压变径膨胀锥15的外径变小，以便于液压变径膨胀锥15无阻碍地通过井眼缩小段。
78.步骤202，向上提升提升短节12，实体膨胀锥13在向上提升过程中对处于井眼缩小段的膨胀管11进行膨胀。
79.向上提升提升短节12，此时提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16形成的一体式结构也向上提升。
80.由于实体膨胀锥13的外径是固定的，且外径大于处于未膨胀状态的膨胀管11的半径，实体膨胀锥13在向上提升过程中能够对处于井眼缩小段的膨胀管11进行膨胀。示意性的，在实体膨胀锥13的作用下，处于井眼缩小段的膨胀管11的半径扩大5-10mm。
81.可以理解的是，由于膨胀管11的自重一般较大，大于实体膨胀锥13的胀管压力，所以膨胀管11不会向上运动。
82.步骤203，响应于液压变径膨胀锥15越过井眼缩小段，对膨胀管工具系统10进行持续加压，液压变径膨胀锥15随加压过程而扩大外径。
10mm，不影响后续施工。
97.综上所述，本技术实施例所提供的装置，膨胀管工具系统中包括实体膨胀锥，通过安装实体膨胀锥预先膨胀，不仅能有效降低施工压力，防止高压导致的管材刺漏，还能在膨胀遇阻时，仍然将膨胀管内径扩大5-10mm，最大限度保证井眼尺寸，不影响后续工具的下入，从而有效处理施工中存在的各种突发情况，保障膨胀管裸眼井封堵施工的安全性。
98.同时，本技术实施例所提供的装置，膨胀管工具系统中包括自解锁锚，自解锁锚通过打压时的压力不同进行“启动锚定—解除锚定”的过程，能够保证液压变径膨胀锥在未膨胀的管内完全张开，保证后续施工的进行。
99.同时，本技术实施例所提供的装置，结构较为简单，避免复杂结构带来的不稳定因素。
100.可选的，为了顺利完成膨胀管裸眼井封堵施工，如图3所示，膨胀管工具系统10还包括：密封组件17、丢手工具18以及底堵19。
101.示意性的，膨胀管工具系统10还包括：密封组件17，密封组件17固定设置于膨胀管11的外壁上。
102.膨胀管裸眼井封堵需要用膨胀管11对裸眼井的漏失段进行封堵，设置于膨胀管11的外壁上的密封组件17达到将膨胀管11与裸眼井的井壁贴紧的目的。示意性的，密封组件17包括如下中的至少一种：橡胶环；铜环。使用橡胶环和铜环进行双重密封，密封效果更好，可耐高温以及高压。
103.示意性的，膨胀管工具系统10还包括：丢手工具18，丢手工具18可拆卸地设置于自解锁锚16的底部。丢手工具用于在下入膨胀管工具系统10后，完成下部工具(包括丢手工具18以及底堵19)与上部工具(包括提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16)之间的拆卸，以便于上部工具对膨胀管11进行膨胀作业。示意性的，丢手工具18在如图4所示的小胶塞20的触发下释放。
104.示意性的，膨胀管工具系统10还包括：底堵19，底堵19与丢手工具18固定连接。示意性的，底堵19与丢手工具18之间的“固定连接”是螺纹连接。底堵19用于辅助膨胀管工具系统10顺利下入裸眼井的漏失段，同时，也可以对膨胀管工具系统10进行封闭，以避免裸眼井中的杂质进入膨胀管工具系统10。
105.示意性的，如图3以及图4所示，在不需要进行应急处理时，本技术实施例提供的膨胀管工具系统10进行膨胀管裸眼井封堵施工的过程如下：
106.将膨胀管工具系统10按照图3所示连接起来，下入到需要封堵的地层位置。向膨胀管工具系统10中注入水泥浆，然后投入小胶塞20，将水泥浆顶替到膨胀管11和裸眼井壁中间的环空中，此时底堵19和小胶塞20紧密结合，在膨胀管11内形成密封腔体。注入清水，打压，丢手工具18释放，液缸14启动，液压变径膨胀锥15在液缸14的推动下闭合。继续打压，提升短节12、实体膨胀锥13、液缸14、液压变径膨胀锥15以及自解锁锚16在液力作用下向上运动，实体膨胀锥13先对膨胀管11进行微膨胀，然后液压变径膨胀锥15将膨胀管11胀大到预计尺寸。持续打压直至所有膨胀管11都膨胀完全，将所有工具提出井口，施工完成。
107.上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本技术的可选实施例，在此不再一一赘述。
108.本技术实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所
述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如上述方面所述的膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法。
109.本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上述方面所述的膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法。
110.本技术实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面或者上述方面的各种可选实现方式中提供的膨胀管裸眼井封堵的应急处理方法。
111.以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。