一种用于大肚子井眼的井身结构
技术领域
本发明是关于井下坍塌复杂地层处理技术领域，尤其涉及一种用于大肚子井眼的井身结构。
背景技术
随着油气资源的不断大力开发，钻探重心逐渐移到埋深大，地层压力复杂，地质情况不清楚的深部储层，尤其是在勘探新区块过程中的风险探井钻井尤为困难，地层压力预测精度相对较低、难以满足工程上合理钻井液密度确定，钻井液密度使用不当，极容易发生井壁坍塌等井下复杂事故。
轻微的井下坍塌十分常见，一般情况下，处理轻微井下坍塌的常用做法是通过优化钻井液体系，提高钻井液密度以及切力，在体系中加入防塌剂，抑制井下坍塌；但若井下坍塌扩径现象比较严重，则一般会选择增大钻井液排量，使用重泥浆进行举砂，将井底掉块送到井口，然后继续钻进。
例如，图1和图2中示出的井身结构，预先设计的钻井方案为：
一开：利用第一开钻头钻至590.47m的井深位置，形成第一开井眼，然后下Φ508.0mm的第一开套管01至590.47m的井深位置，并固井；
二开：利用第二开钻头钻至3035.54m的井深位置，形成第二开井眼，然后下Φ365.1mm的第二开套管02至3035.54m的井深位置，并固井；
三开：利用第三开钻头钻至3794.58m的井深位置，形成第三开井眼，然后下Φ273.1mm的第三开套管03至3794.58m的井深位置，并固井；其中，第三开套管03由Φ273.1mm的上部套管031以及连接在上部套管下端的Φ295mm的无接箍下部套管032构成，在上部套管031的下端形成直径向下渐扩的喇叭口段；
四开：使用Φ241.3mm的第四开钻头继续钻进；
然而，在实钻过程中，四开钻进到4244m时操作人员才突然发现井下发生了严重的井眼垮塌，形成了大肚子复杂层段04，经检测，大肚子复杂层段04从3794.58m的井深位置向下开始，井眼内坍塌严重，扩径现象明显，大肚子复杂层段04内具有明显的坍塌掉块05，无法继续安全钻进。其中，Φ508.0mm、Φ365.1mm和Φ273.1mm分别指对应套管的外径。
对于上述这种井壁垮塌十分严重，局部存在大肚子的情况，在实钻之前是无法预测和知晓的，此时井径可能达到设计钻头尺寸的2～3倍，甚至更大，这样往往会造成垮塌物、岩屑的堆积，其中掉块也比较大，无法继续安全钻进，造成憋泵，憋顶驱的情况频发。若仍采用上述增大钻井液排量，使用重泥浆进行举砂的方式将井底掉块送到井口，由于大掉块上返过程中，与旋转钻柱摩擦较大，很容易造成钻柱局部受损，形成应力集中，在这种憋死情况下，强行上提下放，本来受损的钻柱处很容易发生断钻具等事故，这样会给钻井作业无论从时间、经济、风险、还是效益上都存在沉重打击。
针对上述情况，现有技术中也有采用以不同尺寸的套管层层封固地层的方式来永久性封固大肚子复杂层段04，但这样一方面会临时增加套管层次，更改井身原来的结构设计，去其他场地调用新的套管以及因更改了套管层次需要复杂的流程审批过程，会耽误较多的时间，影响工作效率，增大成本预算；另一方面随钻井深度的增加，套管层次的增多，如果井身结构中一开尺寸(即第一开井眼的直径)既定，最终的井眼直径将会更小，这样可能导致无法钻至目的层，即使钻至目的层，但由于井眼尺寸过小，无法满足后续完井作业过程中的压裂增产工具对井眼尺寸的要求。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于大肚子井眼的井身结构，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大肚子井眼的井身结构，在上部井身结构已定的情况下，能够在不损失井眼尺寸的原则下将大肚子复杂层段有效封隔起来，从而实现继续安全钻进。
本发明的目的是这样实现的，一种用于大肚子井眼的井身结构，包括N开井层段，在第一开井层段至第N开井层段中分别下入有第一开套管至第N开套管，第M开井层段中具有大肚子复杂层段，其中，N为大于等于二的正整数，M为大于等于二小于等于N的正整数，在大肚子复杂层段的下方设有一段第一扩眼井壁，在大肚子复杂层段的位置套设一膨胀管，膨胀管膨胀后的内通径大于第M开井层段的井眼直径，且小于第M-1开套管的内径；膨胀管的上端位于大肚子复杂层段的上方，并能够径向膨胀在第M-1开套管的下端内壁上，膨胀管的下端位于大肚子复杂层段的下方，并能够径向膨胀在第一扩眼井壁上。
在本发明的一较佳实施方式中，大肚子复杂层段的上端距离第M-1开套管的下端之间的轴向长度大于等于0，且第M-1开套管的下端与大肚子复杂层段的上端之间的部分为第二扩眼井壁。
在本发明的一较佳实施方式中，第一扩眼井壁和第二扩眼井壁的内径均大于膨胀管膨胀后的外径。
在本发明的一较佳实施方式中，在膨胀管的上端连接有膨胀式尾管悬挂器，膨胀式尾管悬挂器能够膨胀悬挂在第M-1开套管的下端内壁上。
在本发明的一较佳实施方式中，在膨胀管的上端外壁套设有多个第一密封环，各第一密封环能够紧贴在第M-1开套管的下端内壁上。
在本发明的一较佳实施方式中，在膨胀管的下端外壁套设有多个第二密封环，各第二密封环能够紧贴在第一扩眼井壁上。
在本发明的一较佳实施方式中，第一密封环和第二密封环均为橡胶密封环。
在本发明的一较佳实施方式中，膨胀管的上端外壁与第M-1开套管的下端内壁能够重叠的长度大于等于20m。
在本发明的一较佳实施方式中，膨胀管由多节子膨胀管串接固定构成。
在本发明的一较佳实施方式中，相邻两节子膨胀管之间螺纹连接，并在螺纹连接处设有密封圈。
由上所述，本发明中的井身结构，在钻遇垮塌、漏失层、高压层等大肚子复杂地层，压力体系难以平衡，导致无法采用常规技术钻达目的层时，利用膨胀管作为临时井壁来封堵裸眼大肚子复杂层段，能形成性能稳定、结构安全的机械井壁，且膨胀管的内通径安全稳定规则，可以实现等直径钻井，不损失井眼，在第M开井层段可以按照原第M开钻头的尺寸继续安全钻进。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为现有技术中预先设计的井身结构示意图。
图2：为图1中A处的结构放大图。
图3：为本发明提供的用于大肚子井眼的井身结构示意图。其中，图3中的虚线代表膨胀后的膨胀管的位置。
图4：为图3中B处的结构放大图。
图5：为图3中C处的结构放大图。
附图标号说明：
现有技术：
01、第一开套管；02、第二开套管；03、第三开套管；031、上部套管；032、无接箍下部套管；04、大肚子复杂层段；05、坍塌掉块。
本发明：
1、第一开套管；2、第二开套管；3、第三开套管；4、大肚子复杂层段；5、第一扩眼井壁；6、待钻地层；7、膨胀式尾管悬挂器；8、膨胀管；9、第二密封环。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图3至图5所示，本实施例提供一种用于大肚子井眼的井身结构，包括N开井层段，在第一开井层段至第N开井层段中分别下入有第一开套管1至第N开套管，第M开井层段中具有大肚子复杂层段4，其中，N为大于等于二的正整数，M为大于等于二小于等于N的正整数。在大肚子复杂层段4的下方设有一段第一扩眼井壁5，在大肚子复杂层段4的位置套设一膨胀管8(也称作可膨胀实体钢管或者可膨胀管钢管)，膨胀管8膨胀后的内通径大于第M开井层段的井眼直径，且小于第M-1开套管的内径。膨胀管8的上端位于大肚子复杂层段4的上方，并能够径向膨胀在第M-1开套管的下端内壁上，膨胀管8的下端位于大肚子复杂层段4的下方，并能够径向膨胀在第一扩眼井壁5上。
具体地，这里所说的大肚子复杂层段4是指在钻进后井壁坍塌十分严重，局部存在大肚子，大肚子处的井眼可能达到设计钻头尺寸的2～3倍，甚至更大已无法大致构成井眼的层段。一般第一开套管1称作表层套管，第二开套管2至第N-1开套管称作技术套管，第N开套管称作油层套管。对于上述的膨胀管8能够在打压后利用其内部的膨胀锥实现膨胀管8的径向膨胀，其具体结构和膨胀过程为现有技术，在此不再赘述。膨胀管8膨胀后的内通径即膨胀后存在的最小内径，由于一般现场施工时井眼直径并不规则，实际中需要求膨胀管8膨胀后的内通径大于第M开钻头的外径，一般略大于用于形成第M开井层段的第M开钻头的外径即可，膨胀管8具体的尺寸和膨胀率的选择根据套管与钻头的配套尺寸以及实际需要进行选择，本发明对此不进行限定。
一般在正常钻井时更换一个钻头的尺寸并更换一个套管的尺寸，就称作为一个开次。因此，在上述大肚子复杂层段4内下入膨胀管8，可以认为在原有N开次的基础上又增加了一个开次，更改为了N+1开次；也可以将其作为在第M-1开次的基础上进行了延伸，并将下入膨胀管8的位置作为第(M-1)′开次。本实施例中将下入膨胀管8的位置作为第(M-1)′开次为例来进行说明。
由于第M开井层段中具有大肚子复杂层段4，在实钻至第M开次相应位置时将会发生严重的井眼坍塌，此时需要利用扩眼器对大肚子复杂层段4的下方一段井壁进行扩眼，形成第一扩眼井壁5；然后通过洗井、通井、电测等作业使得井眼尺寸满足要求后在大肚子复杂层段4的位置下入膨胀管8，打压使得膨胀管8径向膨胀，其上端位于大肚子复杂层段4的上方，并能够径向膨胀贴紧在第M-1开套管的下端内壁上，其下端位于大肚子复杂层段4的下方，并能够径向膨胀贴紧在第一扩眼井壁5上，以封隔该大肚子复杂层段4。由于膨胀管8膨胀后的内通径大于第M开井层段的井眼直径，且小于第M-1开套管的内径，因此，并不会影响预先设计的井眼尺寸，第M开井层段可以按照原第M开钻头的尺寸继续钻进。
由此，本实施例中的井身结构，在钻遇垮塌、漏失层、高压层等大肚子复杂地层，压力体系难以平衡，导致无法采用常规技术钻达目的层时，利用膨胀管8作为临时井壁来封堵裸眼大肚子复杂层段4，能形成性能稳定、结构安全的机械井壁，且膨胀管8的内通径安全稳定规则，可以实现等直径钻井，不损失井眼，在第M开井层段可以按照原第M开钻头的尺寸继续安全钻进。
相较于现有技术中利用增大钻井液排量，使用重泥浆进行举砂的方式将井底掉块送到井口的方式而言，能够避免钻柱受损甚至断裂以及钻柱无法正常起出等事故。相较于采用套管层层封固地层的方式，利用膨胀管8作为临时井壁不仅不会影响井眼尺寸，而且膨胀管8本身为非常成熟的技术，具有快速封隔大肚子复杂层段4、缩短事故复杂处理周期、作业流程简单、可靠性强以及成功率高等特点，提高了工作效率。
需要说明的是，整个井身结构在实钻过程中可能出现一处大肚子复杂层段4，也可能存在多处大肚子复杂层段4，均可以利用膨胀管8来封隔大肚子复杂层段4的方式，保证继续安全钻进。
在具体实现方式中，根据大肚子复杂层段4在第M开井层段的具体位置不同，大肚子复杂层段4的上端距离第M-1开套管的下端之间的轴向长度大于等于0，且第M-1开套管的下端与大肚子复杂层段4的上端之间的部分为第二扩眼井壁。
其中，上述的第一扩眼井壁5和第二扩眼井壁均是利用扩眼器进行扩眼后形成的井壁，具体扩眼器类型、尺寸选择，以及井壁的扩眼过程为现有成熟技术，在此不再赘述。通过对这两处的井壁进行扩眼修复后能够保证此处的井壁更加光滑平整，更有利于膨胀管8的下入以及有效膨胀坐挂。一般第一扩眼井壁5和第二扩眼井壁的内径相同，且第一扩眼井壁5和第二扩眼井壁的内径均大于膨胀管8膨胀后的外径，以保证膨胀管8顺利下入。实际使用时第一扩眼井壁5和第二扩眼井壁的内径略大于膨胀管8膨胀后的外径即可，以保证膨胀管8膨胀后能够紧贴在扩眼井壁上。
进一步地，为了保证膨胀管8能够有效悬挂在大肚子复杂层段4的位置不会掉落，如图3至图5所示，在膨胀管8的上端连接有膨胀式尾管悬挂器7，膨胀式尾管悬挂器7能够膨胀悬挂在第M-1开套管的下端内壁上。在膨胀管8的上端外壁套设有多个第一密封环，各第一密封环能够紧贴在第M-1开套管的下端内壁上。在膨胀管8的下端外壁套设有多个第二密封环9，各第二密封环9能够紧贴在第一扩眼井壁5上。
其中，当大肚子复杂层段4的上端距离第M-1开套管的下端之间的轴向长度大于0时，第一密封环还能够紧贴在该轴向长度对应的井壁上。上述的膨胀式尾管悬挂器7能够在机械打压时径向膨胀而悬挂在第M-1开套管的下端内壁上，其具体结构以及膨胀悬挂过程均为现有技术，在此不再赘述。第一密封环和第二密封环9均优选为橡胶密封环，并采用耐高温的密封环。具体第一密封环和第二密封环9的个数根据需要而定，本发明对此不进行限定。
在实际应用中，为了进一步有效保证膨胀管8坐挂在第M-1开套管的下端内壁上的稳定性，膨胀管8的上端外壁与第M-1开套管的下端内壁能够重叠的长度大于等于20m。
这样，膨胀管8的上端与第M-1开套管的下端重叠部分较长，且设有膨胀式尾管悬挂器7进行牢固悬挂，设有第一密封环能够与第M-1开套管的下端内壁紧密贴合以形成过盈配合，设有第二密封环9能够与第一扩眼井壁5紧密贴合以形成过盈配合，提高了密封性，而且由于挤压产生的摩擦力可以提供一部分轴向力，保证接下来钻井的安全可靠，进而有效封固大肚子复杂层段4并提高地层的承压能力。
进一步地，根据膨胀管8的长度需要，所需长度较长时，膨胀管8由多节子膨胀管8串接固定构成。相邻两节子膨胀管8之间螺纹连接，并在螺纹连接处设有密封圈。
如此，各子膨胀管8之间采用无接箍连接，子膨胀管8的上端为公扣，下端为母扣，保证了膨胀前、膨胀过程、膨胀后丝扣的密封和连接强度，在螺纹连接处设置密封圈，能够保证密封效果，最终将大肚子复杂层段4稳定封隔。
进一步地，为了更好地对本实施例的方案有更清楚地理解，以下以背景技术中提到的例子，M等于四为例，在背景技术中已经分析过，预先设计的井身结构在实钻中钻至4244m时发现存在大肚子复杂层段4，利用常规钻完井方式无法顺利钻至目的层。本实施例中针对此种情况利用膨胀管8作为临时井壁，在不损失井眼直径的原则下封隔大肚子复杂层段4，从而继续安全钻进，具体施工方法如下：
(1)一开、二开和三开的施工和原来一样，先形成第一开井眼、第二开井眼和第三开井眼，然后分别下入第一开套管1、第二开套管2和第三开套管3，具体参照前述背景技术部分的描述，在此不再赘述；
(2)三′开：在已有的井身结构基础上，先利用扩眼器对井下3800～4244m的井段进行扩眼，在大肚子复杂层段4的下方形成Φ280mm的第一扩眼井壁5(由于本实施例中大肚子复杂层段4的上端距离第三开套管3的下端之间的轴向长度等于0，因此不存在上述第二扩眼井壁)；然后进行洗井、通井等作业，在3770m～4240m井深位置的井眼内下入Φ219×12mm的膨胀管8及膨胀式尾管悬挂器7(其中，Φ219mm是指膨胀管8膨胀前的管体外径，12mm是指膨胀管8的壁厚)。
接下来先通过机械加压，使得膨胀式尾管悬挂器7悬挂在第三开套管3的下端内壁上；再通过自上而下的高压液体打压膨胀，使得膨胀管8发生塑性变形，其下端与第一扩眼井壁5贴合，其上端与第三开套管3的下端内壁贴合。打压膨胀后膨胀管8的管体内径为Φ245mm，管体外径为Φ273.5mm，上述的第一密封环和第二密封环9(密封压差可以达到50Mpa)能够起到水力密封的作用。
同时，通过下入膨胀管8封隔大肚子复杂层段4，经过膨胀后其顶部和底部与井壁之间配合平稳，无台阶；膨胀管8内壁与下部继续钻进井壁平稳衔接，不留台阶。这样，利用膨胀管8能够将大肚子复杂层段4封隔起来，之后下入磨铣工具将膨胀管8的附件铣掉，便可以继续下入原设计的Φ241.3mm的第四开钻头继续钻进待钻地层6。
(3)四开：使用原设计的Φ241.3mm的第四开钻头继续钻进待钻地层6。
这样，本实施例中在原来三开的基础上又延伸一段，进行第三′开次，并在三′开的位置利用膨胀管8作为临时井壁，能够对大肚子复杂层段4进行精准封隔，同时利用第一密封环和第二密封环9能够形成高效水利密封，在不损失第四开井眼尺寸的情况下封隔大肚子复杂层段4，膨胀后的膨胀管8在通井后能够满足继续使用原设计的Φ241.3mm的第四开钻头钻进。
以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
