一种等井径井壁修复装置及修复方法与流程

1.本发明涉及油气钻井易坍塌、掉块地层的井壁支护技术领域，特别涉及一种等井径井壁修复装置及修复方法。


背景技术：

2.深层、超深层油气资源是钻探开发的重点方向。井壁坍塌、掉块是制约深井和超深井长裸眼段钻井安全的重要因素，甚至导致断钻具、卡钻/埋钻、井眼报废等事故，造成重大经济损失。
3.受限于井眼尺寸，深井和超深井钻井设计时套管多优先封隔复杂压力地层和恶性漏失地层，难以完全顾及局部坍塌、掉块井段。而且，深井长裸眼段内上部不稳地层多在钻柱震动、钻井液长期浸泡等因素的激发下才发生坍塌、掉块，而非揭开该地层时即发生复杂工况；若采用注水泥浆工艺来封隔不稳地地层，一方面需组织水泥罐车增大时间和经济成本，另一方面还将回填下部已钻的长井段，将显著浪费钻井周期并进一步增大成本。针对局部坍塌、掉块问题，当前实钻中主要有两种解决思路：一是采用高密度钻井液支护井壁，但会导致长裸眼段机速降低、泵耗增大的问题；二是采用油基钻井液增强抑制性并降低钻具摩阻，但会显著增大经济和环保压力。因此，亟需一种使用便捷，无需注水泥浆工艺，不减小井眼尺寸的井壁支护装置及工艺。
4.中国专利cn109267963a公开了一种等井径膨胀套管堵漏方法，其步骤如下：一、在下入上层套管时，预先将带有喇叭口结构的套管鞋随上层套管下入到设计位置，该套管鞋下端的喇叭口结构内径大于上层套管内径，按照施工设计固井后，下钻头钻穿套管鞋形成搭接喇叭口；二、钻遇复杂地层发生井漏后，下入扩孔工具对所钻井段进行定径扩孔。该发明专利主要针对漏失地层的压力封隔，需动用水泥罐车，采用注水泥浆工艺将整个裸眼井段封隔，在深井、超深井中的长裸眼会损失大量进尺，成本高。
5.中国专利cn103089185a公开了一种等井径膨胀套管的作业装置及作业方法，作业装置主要由膨胀回接管、可降解环、等井径膨胀套管和密封橡胶组成。膨胀回接管和可降解环连同技术套管先下入井内，继续钻进后下入等井径膨胀套管，待可降解环完全降解，采用膨胀工具实现等井径膨胀套管和膨胀回接管的膨胀，膨胀后等井径膨胀套管通过密封橡胶无内径损失的回接至膨胀回接管内，钻穿等井径膨胀套管下部的引鞋，可进行下一步钻井作业。该发明专利主要针对漏失地层的压力封隔：如果实际钻进时不发生漏失等复杂工况，即无需进行膨胀套管封隔作业时，则上一开次连同技术套管同时下入的膨胀回接管、可降解环将是资源的浪费；如果在深井长裸眼段发生漏失需要进行封隔作业，则同样需要动用水泥罐车，采用注水泥工艺将整个裸眼段封隔，会损失进尺，成本高。
6.综上，亟需一种使用便捷，无需注水泥浆工艺，不减小井眼尺寸的井壁支护装置及工艺。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供一种等井径井壁修复装置及修复方法，以进一步改善前述问题。
8.为此目的，本发明由如下技术方案实施。
9.一种等井径井壁修复装置，主要包括：引导头、丢手机构、胀管机构、可变径套管、锚爪、尾管、钻杆；
10.所述引导头安装于底部，并通过所述丢手机构与所述钻杆连接；所述丢手机构的上端面沿周向连接有所述可变径套管，所述可变径套管位于所述丢手机构的上方；所述可变径套管的上端沿周向连接有所述尾管；所述引导头、可变径套管、尾管内部形成连续的柱状空腔，所述钻杆位于空腔的轴线处，并串接有所述胀管机构；
11.在轴向方向上，所述胀管机构初始位置位于所述可变径套管的下部；所述胀管机构初始外径小于所述可变径套管内径；所述胀管机构工作中外径最大值大于或等于上部固井套管内径；
12.所述可变径套管外表面，沿周向安装有至少两个所述锚爪。
13.进一步，所述尾管和所述引导头材质为可磨铣材料。
14.更进一步，所述丢手机构包括丢手接头、丢手机构本体；所述丢手机构本体为筒状结构，底面加工有沉孔，所述丢手接头一端安装于所述沉孔中，并形成可拆卸连接结构，另一端与所述钻杆底部为固定连接；所述丢手机构本体材质为可磨铣材料。
15.进一步，所述锚爪包括上部锚爪、下部锚爪；所述可变径套管上部外表面，沿周向均匀分布有至少两个所述上部锚爪；所述可变径套管下部外表面，沿周向均匀分布有至少两个所述下部锚爪。
16.更进一步，所述锚爪通过销轴与所述可变径套管转动连接；所述销轴的转轴与所述钻杆的转轴相互垂直；所述销轴安装处还设置有转动限位结构，所述上部锚爪转动范围为-90
°
～0
°
,所述下部锚爪转动范围为0
°
～90
°
。
17.更进一步，所述锚爪与所述可变径套管间安装有弹簧机构。
18.更进一步，所述可变径套管的表面铠装有锚爪压帽；在初始状态，所述锚爪的末端贴附于所述可变径套管的表面，并位于所述锚爪压帽与所述可变径套管之间。
19.另一方面，本发明还提供基于等井径井壁修复装置的修复方法，具体步骤为：
20.s1、实钻中发生局部坍塌、掉块时起钻，下入扩眼工具对不稳地地层进行扩孔；
21.s2、将修复装置下至扩眼井段；
22.s3、将丢手机构与钻杆脱开；
23.s4、启动钻井泵向所述钻杆内注钻井液，当井下钻井液压力超过阀值后，胀管机构推靠可变径套管扩径，锚爪张开并锚固在井壁上；
24.s5、所述胀管机构扩张后上行至顶界，完成对整个所述可变径套管的扩径，同时锚爪伸开形成刺状结构，避免所述可变径套管在起出所述胀管机构后掉入井底；
25.s6、停泵，所述胀管机构缩径，恢复初始尺寸后起出；
26.s7、下入磨铣工具磨铣引导头、丢手机构残余结构及尾管超出井径部分；
27.s8、继续钻进工作，待再次发生井壁坍塌、掉块后重复实施步骤s1-s7。
28.本发明具有如下优点：
29.本发明通过采用可变径管为支护结构，为长裸眼段内的局部坍塌、掉块地层提供机械支撑，并经过扩径后补贴、磨铣，使修复不改变井身结构，不损失井眼尺寸，且结合锚爪设计，使贴附后整体更加牢靠，无需组织水泥罐车及注水泥浆工艺，有助于缩短钻井周期、降本增效。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例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是本发明的一个或几个实施例，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.附图中体现的相同结构分布位置及分布数量仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的结构必须具有特定的方位、分布数量，因此不能理解为对本发明的限制。
32.图1为上层套管及不稳定地层扩径后的结构示意图；
33.图2为本发明修复装置初始工作位结构示意图；
34.图3为本发明胀管机构推靠可变径套管扩径示意图；
35.图4为本发明胀管机构到达上行顶界示意图；
36.图5为下入磨铣工具示意图；
37.图6为井壁不稳定地层完成修复后示意图。
38.图中：
39.1-套管；2-不稳地层；3-尾管；4-上部锚爪；5-可变径套管；6-锚爪压帽；7-弹簧机构；8-丢手接头；9-丢手机构本体；10-引导头；11-裸眼段；12-钻杆；13-胀管机构；14-下部锚爪；15-磨铣工具。
具体实施方式
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.结合图1-6对本发明技术方案进一步阐述：
42.一种等井径井壁修复装置，如图2所示，主要包括：引导头10、丢手机构、胀管机构13、可变径套管5、锚爪、尾管3、钻杆12。
43.引导头10安装于底部，并通过丢手机构与钻杆12连接；丢手机构的上端面沿周向连接有可变径套管5，可变径套管5位于丢手机构的上方；可变径套管5的上端沿周向连接有尾管3；引导头10、可变径套管5、尾管3内部形成连续的柱状空腔，钻杆12位于空腔的轴线处，并串接有胀管机构13；优选地，尾管3和引导头10材质为可磨铣材料。
44.优选地，丢手机构包括丢手接头8、丢手机构本体9；丢手机构本体9为筒状结构，底面加工有沉孔，丢手接头8一端安装于沉孔中，并形成可拆卸连接结构，另一端与钻杆12底部为固定连接；丢手机构本体9材质为可磨铣材料。
45.在轴向方向上，胀管机构13初始位置位于可变径套管5的下部；胀管机构13初始外径小于可变径套管5内径；胀管机构13工作中外径最大值不小于上部固井用的套管1的内
径；
46.可变径套管5外表面，沿周向安装有至少两个锚爪。优选地，如图2所示，锚爪包括上部锚爪4、下部锚爪14；可变径套管5上部外表面，沿周向均匀分布有至少两个上部锚爪4；可变径套管5下部外表面，沿周向均匀分布有至少两个下部锚爪14，本实施例中优选上、下锚爪可沿外周各均布3-4个。锚爪通过销轴与可变径套管5转动连接；销轴的转轴与钻杆2的转轴相互垂直；销轴安装处还设置有转动限位结构，上部锚爪4转动范围为-90
°
～0
°
,下部锚爪14转动范围为0
°
～90
°
。锚爪与可变径套管5间安装有弹簧机构7。进一步，可变径套管5的表面铠装有锚爪压帽6；在初始状态，锚爪的末端贴附于可变径套管5的表面，并位于锚爪压帽6与可变径套管5之间，以便于装置进入井中，并在膨胀机构13开始膨胀后，铠装的锚爪6会脱开，锚爪在弹簧机构7的推动下展开，上部锚爪4和下部锚爪14向外侧撑开，形成如倒刺的结构。
47.另一方面，基于本实施例，还提供一种修复方法，具体步骤如下：
48.s1、如图1所示，在裸眼段11的上部未被套管1封隔的地层发生坍塌、掉块后，起出钻进用的钻具，下入扩眼钻具组合对不稳地地层2进行扩径。
49.s2、如图2所示，起出扩眼钻具组合后，下入本实施例中修复装置至指定井深。整个修复装置无须下至井底，即可留有下部裸眼段11。
50.s3、如图3所示，脱开丢手接头8与丢手机构本体9的连接，
51.s4、还如图3所示，启动钻井泵向钻杆12注钻井液，当井下钻井液压力超过阀值后，胀管机构13推靠可变径套管5扩径，此时锚爪压帽6脱落，对应的锚爪在弹簧结构7的作用下张开并指向井壁，并在胀管机构13上行拉力的带动下形成“倒刺”结构，实现对可变径套管5的自紧锚固；
52.s5、如图4所示，胀管机构13上行至顶界，完成对整个可变径套管5的扩径，此时上部锚爪4的压帽6脱落，进而锚爪在弹簧机构的推靠下指向井壁，形成新的“倒刺”结构，避免可变径套管5在起出胀管机构13后掉入井底11；停泵，胀管机构13缩径至初始状态，起出钻杆12和胀管机构13；
53.s6、如图5所示：下入与上部的套管1等径的磨铣工具15磨铣引导头10、丢手机构本体9和尾管3超出井径等残余结构；保持修复后井径与原尺寸一致；
54.s7、如图6所示：起出磨铣工具后，实现了对坍塌、掉块地层的机械支撑；期间未改变井身结构，未损失井眼尺寸，也无需组织水泥罐车及注水泥浆工艺，未损失钻井进尺。
55.s8、继续正常钻进，再次发生井壁坍塌、掉块后可重复实施上述s1-s7的步骤。
56.以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。