[发明专利]一种用金属膨胀管实现分支井窗口密封的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种油气水井完井窗口密封用的一种用金属膨胀管实现分支井窗口密封的方法。

背景技术：

目前国内外的分支井技术日益成熟，但主要还是采用四级以下的钻完井方法。现有钻井分支井的方法普遍采用的方式是首先使用造斜器在套管壁上开窗侧钻，待分支井眼钻完后，下入分支井眼完井管柱，并利用预开孔套管实现分支井窗口处分支井眼与主井眼的贯通和机械支撑。但是由于分支井完井难度大，分支井接缝处固井质量差，尤其是分支井开窗处密封问题没有可靠的解决方案，无法有效的防止地层流体和细沙通过接缝进入套管，地层压力的非完整性密封限制了分支井技术的发展。国外较先进的六级分支井钻井方法是在主井眼钻进到分支井位置时，首先下入扩眼工具扩大井眼，然后下入分叉管柱接头并固井，再利用小尺寸钻头通过分支管柱内部钻分支井眼。该种方法施工较简单，但是分支井眼尺寸较小，钻具对分支井管会造成较大的损伤，分支管柱完井的机械强度和密封性得不到保证。因此，到目前分支井完井的窗口密封方法和结构形式以及相应配套工具的研制依然是国内外研制的热点问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用金属膨胀管实现分支井窗口密封的方法，该方法解决了现有技术中存在的由于分支井完井难度大，分支井接缝处固井质量差，尤其是分支井开窗处的密封问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用金属膨胀管实现分支井窗口密封的方法，主要通过分支井窗口密封结构、定位定向送入装置和分叉金属膨胀管下入系统说明该密封方法：首先按现有分支井钻井方法完成主井眼的钻进并下入主井眼完井管柱，然后下入造斜器到设计开窗位置侧钻开窗并完成分支井眼钻进，将分支井眼的完井管柱通过预开孔悬挂装置挂接在空心导斜器上部，利用送入装置将预变形分叉密封机具下入到窗口位置，由专用的膨胀管下入系统实现密封金属膨胀恢复和膨胀密封。分支井窗口密封结构，由导入喇叭口、定位定向送入装置、限位定向套、调长套管、主井眼封隔器、预开孔悬挂装置、空心导斜器、主井眼套管、人字形分叉金属膨胀管主井眼部分、导斜器连接件及下封隔器、分支裸眼、人字形分叉金属膨胀管分支眼部分组成；导入喇叭口与定向送入装置用螺纹或焊接连接，可将导入喇叭口作为定位定向送入装置一个部件与其制成一体。导入喇叭口的存在保证后续管柱的顺利下入。定位定向送入装置与限位定向套配合实现分叉装置的周向定向和轴向定位，使分叉装置的分支井眼部分可靠进入预开孔悬挂装置并可保证其轴向位置，使金属膨胀管的分叉高点位置恰好位于套管开窗的上窗口顶点位置，限位定向套与调长套管螺纹连接，其定位面与预开孔悬挂装置的开口具有确定的角度，为定位定向送入装置提供准确的轴向和周向定位。调长套管与主井眼封隔器及预开孔悬装置螺纹连接，具有调整限位定向套至窗口上端的距离，保证分叉金属膨胀管送入过程中可靠定位的作用。预开孔悬挂装置下部与分支井眼完井管柱螺纹连接并下入分支井眼内，下放到位后悬挂在空心导斜器的顶部。空心导斜器的斜口与预开孔悬挂装置的开口对正，使管柱接缝处具有较小的缝隙且具有完整的内通径。人字形分叉膨胀管主井眼部分下入空心导管内部，后续膨胀后形成密封段。人字形分叉膨胀管分支井眼部分下入到预开孔悬挂装置内，并通过后续膨胀实现二者有效密封。预开孔悬挂装置与空心导斜器内管壁均采用精加工处理，并在下入分叉金属膨胀管前对其管壁内表面进行液体高压清理，保证分叉金属膨胀管膨胀后与预开孔套管及空心导斜器的内管壁良好密封。主井眼封隔器主井眼套管与预开孔悬挂装置间的环形空间；导斜器连接件及下封隔器封隔主井眼套管与空心导斜器间的环空空间；人字形分叉密封膨胀管与预开孔悬挂装置和空心导斜器内管壁自身形成可靠密封，保证了分支井的压力密封完整性。在本装置中，分叉金属膨胀管采用了强度高、塑性好的材料制成，要求塑性变形率为10-60％。分叉金属膨胀管整体为人字形结构，人字形分叉管筒之间的夹角α与造斜器造斜角相同。人字形主井眼下分支管筒比分支眼套筒长一些，以便下入过程中装入膨胀驱动装置并具有扶正作用，分叉密封膨胀管预变形前的各分支筒外径的圆形截面小于需要密封的管体内径，以保证膨胀管恢复原形以后与需要密封的管筒内壁间不出现褶皱，便于后续膨胀使金属膨胀管塑性变形实现过赢密封，为了保证人字形分叉金属膨胀管能顺利下入主分支连接部位，必须通过预变形减小其径向尺寸，使其两个分支管预变形后重叠部分的总体圆截面要小于预开口套管或空心导斜器单个管内径尺寸。预变形后分叉金属膨胀管，人字形上部非交汇管体部位与下部主分支管比分支管长出的部位保持原有的形状不变。人字形管体交汇部位轴向产生渐进式变形，周向为纵向波纹结构。人字形下部独立分支管体变形后如图4形状，人字形分叉金属膨胀管分支井眼部分和人字形分叉金属膨胀管主井眼部分变形为纵向波纹结构，且变形后的单个管筒基本上呈现为碟形架构。该主井眼部分变形后的结构有一定的内通径要求。变形管体各方向均为圆弧过渡，不得有死褶，以保证后期恢复变形后的强度和密封。