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专利名称：一种超深油气井支撑管及其制作方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011101295.3

专利申请（专利权）人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
权利人地址：北京市朝阳区朝阳门北大街22号

专利发明（设计）人：李晓益,何祖清,赵旭,龙武,罗燕,姚凯,翟羽佳,陈亚姝,艾爽

专利摘要：本发明提供一种超深油气井支撑管及其制作方法，所述支撑管包括：陶瓷内骨架管主体；外包络主体，其包覆在所述陶瓷内骨架管主体的内外两侧；其中，所述陶瓷内骨架管主体和外包络主体的一体结构的一端为支撑管上接头，另一端为支撑管下接头，使得至少两个超深油气井支撑管首尾相连。本发明的超深油气井支撑管采用陶瓷内骨架材料和易钻外包络材料双材料浇铸包络结构，具有易钻除、耐高温、耐酸碱、抗外挤等功能，可以用于超深油气井储层段下入支撑尾管完井，解决超深油气井裸眼完井存在的井壁不稳定，井壁坍塌问题，同时兼顾了预留完整储层段井筒具有后续侧钻开发潜力、可以开展酸洗酸化等功能，实现超深油气井储层段的最优化完井。

主权利要求：
1.一种超深油气井支撑管，其特征在于，包括：
陶瓷内骨架管主体；
外包络主体，其包覆在所述陶瓷内骨架管主体的内外两侧；
其中，所述陶瓷内骨架管主体和外包络主体的一体结构的一端为支撑管上接头，另一端为支撑管下接头，使得至少两个超深油气井支撑管首尾相连；
所述外包络主体采用铝或铝合金材质制成；
所述陶瓷内骨架管主体和外包络主体的一体结构上具有多个渗流孔道；
所述陶瓷内骨架管主体的两端分别具有陶瓷内骨架管上接头和陶瓷骨架管下接头，所述陶瓷内骨架管上接头和陶瓷骨架管下接头为平行于陶瓷内骨架管主体中心线方向的向外侧凸起的加强筋；
支撑管上接头和支撑管下接头的外层均由外包络主体包覆，陶瓷骨架管下接头的外径小于陶瓷内骨架上接头的内径。
2.根据权利要求1所述的超深油气井支撑管，其特征在于，所述外包络主体以浇铸的形式设置在所述陶瓷内骨架管主体的内外两侧。
3.根据权利要求1所述的超深油气井支撑管，其特征在于，所述陶瓷内骨架管上接头与所述支撑管上接头对应设置，且所述陶瓷骨架管下接头与支撑管下接头对应设置。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的超深油气井支撑管，其特征在于，所述支撑管上接头和支撑管下接头采用API标准的公扣和母扣规格设计。
5.一种针对权利要求1至4中任一项所述的超深油气井支撑管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：(1)在浇铸模具中放置并支撑陶瓷内骨架管主体；
(2)在陶瓷内骨架管主体的内外两侧浇铸外包络主体；
(3)制作超深油气井支撑管的渗流孔道，以完成所述超深油气井支撑管。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在步骤(1)中，在所述陶瓷内骨架管主体的相邻渗流孔道之间的外侧表面上放置陶瓷内骨架管支撑器。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述浇铸模具在对应陶瓷内骨架管主体的渗流孔道的部位设置有孔径大于渗流孔道的浇铸注入孔，所述浇铸注入孔中预设有浇铸占位柱，浇铸完成后，通过外力去除浇铸占位柱，从而形成超深油气井支撑管的渗流孔道。 说明书 : 一种超深油气井支撑管及其制作方法技术领域[0001] 本发明属于油气井完井技术领域，涉及超深油气井井壁稳定与支撑技术，特别涉及一种超深油气井支撑管及其制作方法。背景技术[0002] 随着中东部老油田的产量衰减，以及我国不断增加的能源需求，为保障能源安全，降低不断增高石油进口比例，我国石油勘探的重点转入深井与超深井储层。近年我国陆上较大的油气勘探发现多位于西北地区7000m以深的储层。鉴于现有的生产开发技术，目前7000m以上的超深油气井全部为单井眼，主要采用裸眼完井方式，因为超深油气井储层多数具有高温高压特征(多数井底温度160℃以上)，部分井生产一段时间后，面临储层段井壁不稳定，井壁坍塌掉块等问题，特别是为了增产或者解除钻井过程泥浆污染，采用酸化或者酸压的超深油气井，更容易出现储层段井壁不稳定、井壁坍塌现象，造成油管堵塞、甚至油井报废等问题，且超深井修井周期长、费用高。[0003] 常规油气井面临此问题时，通常通过下入钢铁尾管(支撑管)，对井壁进行支撑。而超深油气井，因为钻井费用高达1?2亿元人民币，如果超深油气井在完井时同样下入钢制尾管，理论可以解决井壁坍塌的问题，但是因为超深油气井钻井过程中逐渐缩小的井径和特殊多级井身结构，以及套管内可以选择下入的进行侧钻的钻具组合尺寸限制和扭矩限制，使得后期在下入钢铁支撑管的此类超深井储层内开窗侧钻难以实现，投资1?2亿元形成的超深井眼需要留有后续开发的空间和可能，钢铁材质尾管支撑管不被考虑。[0004] 如果为了可以下入钢铁支撑管兼顾可以实现侧钻，特意从一开至完钻相对原来成熟设计增加各开次井径，则钻井费用、时间成本和消耗的套管重量成本，以及特别配套的防喷器和井口装置等综合成本，会等于新钻一口超深井的费用，经济效益差。[0005] 煤层气井用的PVC材质支撑管，具有易钻性，但是耐温不建议超过80℃，玻璃钢类型支撑管，具有易钻行，但是耐温不建议超过100℃，且PVC和玻璃钢材质支撑管在接近额定温度后，材质硬度下降严重，不具备支撑功能；相对易钻，且有一定延展性的铝合金材料，制成支撑管后，在超过150℃后会高温软化，支撑作用有限，且铝合金材料，不耐酸碱，如果采用铝合金材料支撑管，则该井无法进行酸洗酸化，并且目前市场无成品铝合金管材，制作方法为铝合金棒进行掏铣，形成铝合金管，目前民用的机加工工具掏铣性能多数在5m以下，难以掏铣接近910m长的铝棒成铝合金管(常规油管、套管和尾管接近910m)，较短的铝合金管意味着更多的上扣时间和连接问题。[0006] 为了高效地开发深井超深井储层，特别是西北超深井碳酸盐岩缝洞型油气储层，在防止井壁坍塌的基础上保留井眼后期的可开发性，需要发明一种适用于超深井油气井完井的支撑管柱及制作方法，以通过下入该支撑管柱进行完井，有效的防止井壁坍塌，并且具有易钻性和一定的耐酸碱性，正常生产支撑井壁，防止井壁坍塌，可以耐一定程度的酸碱度，允许井筒酸洗酸化作业；后续需要对储层段进行侧钻拓展时，可以相对容易地实现被钻除，保留后续侧钻拓展的可行性，一定程度上实现超深井最优化支撑管完井。发明内容[0007] 本发明的目的在于提供一种适用于超深油气井的易钻、耐高温、耐一定酸碱性的支撑管及其制作方法，克服超深油气井下入常规钢铁制支撑管，无法钻除而失去后后续侧钻拓展可行性的不足、克服下入易钻的PVC、玻璃钢材质支撑管，但是耐温抗压性能不足的缺点、克服民用的机加工工具难以掏铣接近910m长的铝棒制成铝合金管，纯铝质支撑管高温软化及不耐酸碱等不足。解决超深油气井裸眼完井井壁易失稳，需要进行支撑完井，同时需要兼顾预留完整储层段井筒具有后续侧钻开发潜力、可以开展酸洗酸化等功能的难题，实现超深油气井最优化完井。[0008] 为达上述目的，本发明提供一种超深油气井支撑管，其包括：[0009] 陶瓷内骨架管主体；[0010] 外包络主体，其包覆在所述陶瓷内骨架管主体的内外两侧；[0011] 其中，所述陶瓷内骨架管主体和外包络主体的一体结构的一端为支撑管上接头，另一端为支撑管下接头，使得至少两个超深油气井支撑管首尾相连。[0012] 在优选实施例中，所述外包络主体以浇铸的形式设置在所述陶瓷内骨架管主体的内外两侧。[0013] 在优选实施例中，所述外包络主体采用铝或铝合金材质制成。[0014] 在优选实施例中，所述陶瓷内骨架管主体的两端分别具有陶瓷内骨架管上接头和陶瓷骨架管下接头，所述陶瓷内骨架管上接头和陶瓷骨架管下接头为平行于陶瓷内骨架管主体中心线方向的向外侧凸起的加强筋。[0015] 在优选实施例中，所述陶瓷内骨架管上接头与所述支撑管上接头对应设置，且所述陶瓷骨架管下接头与支撑管下接头对应设置。[0016] 在优选实施例中，所述支撑管上接头和支撑管下接头采用API标准的公扣和母扣规格设计。[0017] 在优选实施例中，所述陶瓷内骨架管主体和外包络主体的一体结构上具有多个渗流孔道。[0018] 本发明还提供一种针对上述的超深油气井支撑管的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：[0019] (1)在浇铸模具中放置并支撑陶瓷内骨架管主体；[0020] (2)在陶瓷内骨架管主体的内外两侧浇铸外包络主体；[0021] (3)制作超深油气井支撑管的渗流孔道，以完成所述超深油气井支撑管。[0022] 在优选实施例中，在步骤(1)中，在所述陶瓷内骨架管主体的相邻渗流孔道之间的外侧表面上放置陶瓷内骨架管支撑器。[0023] 在优选实施例中，所述浇铸模具在对应陶瓷内骨架管主体的渗流孔道的部位设置有孔径大于渗流孔道的浇铸注入孔，所述浇铸注入孔中预设有浇铸占位柱，浇铸完成后，通过外力去除浇铸占位柱，从而形成超深油气井支撑管的渗流孔道。[0024] 本发明的有益效果在于：本发明的超深油气井支撑管，采用陶瓷内骨架材料和易钻外包络材料双材料浇铸包络结构，具有易钻除、耐高温、耐酸碱、抗外挤等功能，克服超深油气井下入常规钢铁制支撑管，无法钻除而失去后后续侧钻拓展可行性的不足、克服下入易钻的PVC、玻璃钢材质支撑管，但是耐温抗压性能不足的缺点、克服民用的机加工工具难以掏铣接近910m长的铝棒制成铝合金管，纯铝质支撑管高温软化及不耐酸碱等不足。采用本发明的一种超深油气井支撑管后，可以用于超深油气井储层段下入支撑尾管完井，解决超深油气井裸眼完井存在的井壁不稳定，井壁坍塌问题，同时兼顾了预留完整储层段井筒具有后续侧钻开发潜力、可以开展酸洗酸化等功能，实现超深油气井储层段的最优化完井。附图说明[0025] 图1为根据本发明的超深油气井支撑管的结构示意图；[0026] 图2为采用浇铸模具在陶瓷内骨架管主体上进行浇铸的示意图。具体实施方式[0027] 为清楚说明本发明的发明内容，下面结合实施例对本发明进行说明。[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0029] 第一实施例[0030] 首先如图1所示，本发明提供一种超深油气井支撑管，其主要包括：支撑管上接头11、支撑管上接头内螺纹12、陶瓷内骨架管上接头13、外包络主体14、陶瓷内骨架管主体15、渗流孔道16、陶瓷骨架管下接头17、支撑管下接头外螺纹18以及支撑管下接头19。[0031] 其中，所述陶瓷内骨架管主体15呈管体形状，且所述外包络主体14包覆在所述陶瓷内骨架管主体15的内外两侧，在优选实施例中，所述外包络主体14以浇铸的形式设置在所述陶瓷内骨架管主体15的内外两侧，使得所述超深油气井支撑管具有双层材质结构。[0032] 陶瓷内骨架管主体15为预制的陶瓷材料，陶瓷内骨架管主体15具有超深油气井支撑管选材时需具备的易钻除、耐高温、耐酸碱，一定的抗外挤性能等功能。然而，考虑到陶瓷骨架材料相对易碎，缺乏延展性，运输过程和安装过程容易损坏，并且陶瓷材质较难加工形成接头，难以实现连接成较长支撑管串的能力，且陶瓷材质在工业粗加工成本控制下的形成的产品接头很难具有密封功能，并且接头抗拉强度差，超深油气井下入全陶瓷材质的支撑管不具备可行性，为了克服此难题，应用陶瓷材质在超深油气井支撑完井应用时的优。虼松杓屏嗽谔沾赡诠羌芄苤魈15的内外两侧全浇铸易钻材质的外包络主体14，其采用但不局限于铝、铝合金材质，通过在陶瓷内骨架管主体15外包覆外包络主体14，使得外包络材料14保护内陶瓷骨架管主体15在运输、安装、下入过程中不会破损，同时具备接头易加工、接头密封、抗拉等功能。[0033] 浇铸完成后的陶瓷内骨架管主体15和外包络主体14一体结构，其中一端为所述支撑管上接头11，所述支撑管上接头11的内侧具有支撑管上接头内螺纹12，另一端为支撑管下接头19，所述支撑管下接头19的外侧具有支撑管下接头外螺纹18，其中所述支撑管上接头11和支撑管下接头19为API标准的公扣和母扣规格设计，从而能够根据所需管串长度将多个超深油气井支撑管依次首尾连接。[0034] 由于所述支撑管上接头11和支撑管下接头19的外层均由外包络主体14包覆，即为易钻易延展的铝或铝合金材料(不以此为限)，可以通过机加工形成支撑管上接头内螺纹12和支撑管下接头外螺纹18，使其具有接头易加工、接头易上扣连接成管柱串、接头连接部位密封性良好，抗拉等功能。[0035] 此外，所述陶瓷内骨架管主体15的两端分别具有陶瓷内骨架管上接头13和陶瓷骨架管下接头17。优选地，所述陶瓷内骨架管上接头13与所述支撑管上接头11对应设置，且所述陶瓷骨架管下接头17与支撑管下接头19对应设置。[0036] 所述陶瓷内骨架管上接头13和陶瓷骨架管下接头17相对于陶瓷内骨架管主体15的中段的径向尺寸更大，换句话说，所述陶瓷内骨架管上接头13和陶瓷骨架管下接头17为平行于陶瓷内骨架管主体15中心线方向的向外侧凸起的加强筋，以强化两部位对应的所述支撑管上接头11和支撑管下接头19抗内外挤和抗扭强度，以防止超深油气井支撑管在连接成管串的上扣过程中破坏。并且为了便于多个超深油气井支撑管彼此连接，陶瓷骨架管下接头17的外径小于陶瓷内骨架管上接头13的内径。当达到极限情况，酸化酸洗过程完全腐蚀支撑管外包络主体14时，两根之前连接在一起的超深油气井支撑管不至于错位脱落，可以继续成为一套管具有流体出流通道。[0037] 此外，浇铸完成后的陶瓷内骨架管主体15和外包络主体14一体结构上具有多个渗流孔道16，所述渗流孔道16主要用来作为储层及井筒内液体流入支撑管内的通道，或者酸化酸洗时支撑管内作业液进入井筒和储层的通道。[0038] 第一实施例的工作原理是：当超深井钻井至储层段以上，会下入对应开次的套管，通常会进行固井，再用最后一开次的钻头打开储层，钻完储层段之后，将多个超深油气井支撑管首尾相连而连接成需要长度的支撑管串，最后一根支撑管连接在尾管悬挂器上(根据需要也可设计安装相应的易钻尾管悬挂器)，悬挂器连接在丢上装置上，丢上装置连接在钻杆上，通过钻杆将整个尾管串下入到设计位置，丢手后，悬挂器悬挂整套支撑管在井底支撑井壁，防止井壁失稳坍塌。之后就可以进行酸压或者试油投产。[0039] 第二实施例[0040] 再如图2所示，本发明还提供一种超深油气井支撑管的制作方法，所述制作方法主要包括以下步骤：[0041] (1)放置并支撑陶瓷内骨架管主体[0042] 在图2所示的浇铸模具中放入预制的陶瓷内骨架管主体25，其中所述浇铸模具的其中一端为浇铸模具上部21，另一端为浇铸模具下部26。并且，在所述陶瓷内骨架管主体25的相邻渗流孔道之间的外侧表面上放置陶瓷内骨架管支撑器24，以使陶瓷内骨架管主体25位于超深油气井支撑管的中间部位。需要强调的是，陶瓷内骨架管支撑器24选用与陶瓷内骨架管主体25同样的陶瓷材质。[0043] (2)在陶瓷内骨架管主体的内外两侧浇铸外包络主体[0044] 所述浇铸模具在对应陶瓷内骨架管主体25的渗流孔道的部位设置有孔径大于渗流孔道的浇铸注入孔22，所述浇铸注入孔22中预设有浇铸占位柱23，通过所述浇铸注入孔22注入外包络主体的材料。[0045] (3)制作超深油气井支撑管的渗流孔道[0046] 浇铸完成后，通过外力去除浇铸占位柱23，从而形成超深油气井支撑管的渗流孔道16(如图1所示)。[0047] 优选地，所述浇铸占位柱23选用耐温易散碎材质，如石英砂、石英长石砂、黏土砂等。[0048] 综上所述，本发明的有益效果在于：通过采用陶瓷内骨架材料和易钻的外包络材料双材料浇铸包络结构，内骨架选用预制的陶瓷材料，具有耐高温、耐酸碱、不易变形而抗外挤，易碎而易被钻头钻除等特性，具有超深油气井支撑管选材时需具备的易钻除、耐高温、耐酸碱，一定的抗外挤性能等功能；同时，设计了在陶瓷内骨架主体的外部，全浇铸易钻材质的外包络主体，采用但不局限于铝、铝合金材质，通过在陶瓷内骨架主体外包络易钻外包络主体材料，使得外包络材料保护内陶瓷在运输、安装、下入过程中不会破损，同时接头易加工、接头密封，抗拉等功能。本发明可以用于超深油气井储层段下入支撑尾管完井，解决超深油气井裸眼完井存在的井壁不稳定，井壁坍塌问题，同时兼顾了预留完整储层段井筒具有后续侧钻开发潜力、可以开展酸洗酸化等功能，实现超深油气井储层段的最优化完井。[0049] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-10-15

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114427354B