膨脹波紋管封隔坍塌煤層技術(shù)在大牛地成功應(yīng)用

劉桂君

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司，河南鄭州450000）

膨脹波紋管封隔坍塌煤層技術(shù)在大牛地成功應(yīng)用

劉桂君*

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司，河南鄭州450000）

煤層、泥巖坍塌一直是困擾大牛地氣田鉆井提速提效的難點。處理地層失穩(wěn)坍塌耗費工期，經(jīng)濟(jì)損失巨大。膨脹波紋管技術(shù)是借助水力打壓將異形截面的波紋管膨脹，再在脹管器的機(jī)械作用下修整成圓管以封隔復(fù)雜地層的一項新型技術(shù)。大牛地氣田PG22井側(cè)鉆鉆遇大段不穩(wěn)定煤層和泥巖。在該井下入109.1m膨脹波紋管成功封隔了2880～2985m井段的易垮塌煤層和炭質(zhì)泥巖互層，保障了該井的順利施工和完鉆，為該區(qū)塊坍塌煤層和泥巖問題的解決提供了新的技術(shù)手段。

大牛地氣田；膨脹波紋管技術(shù)；煤層

煤層、泥巖坍塌一直是困擾大牛地氣田鉆井提速提效的難點，一旦地層失穩(wěn)坍塌，不但耗費工期，經(jīng)濟(jì)損失也十分巨大。膨脹波紋管技術(shù)主要用于鉆井過程中在不減小井眼尺寸的情況下封隔各種復(fù)雜地層，補貼損壞套管，延長技術(shù)套管長度等。該技術(shù)為大牛地氣田坍塌煤層和泥巖問題的解決提供了新的技術(shù)手段。

1　膨脹波紋管技術(shù)簡述

1.1技術(shù)原理

膨脹波紋管技術(shù)（Expandable Profile Liner Technology，EPL）是將異形膨脹波紋管通過上層套管下至待封隔地層，水力膨脹后采用脹管器的機(jī)械修整成圓管以封隔復(fù)雜地層的一項新型技術(shù)［1］［2］。圓形管材通過冷壓處理，使圓管徑向發(fā)生塑性變形，截面形狀呈波紋狀，用以減小圓形管材的外徑，使其可以通過上層套管或裸眼，通過送入工具將管串送到目的位置后，用液壓將其膨脹，使其恢復(fù)成圓形，內(nèi)徑能通過原尺寸鉆頭。

圖1　波紋管成型和膨脹

1.2波紋管結(jié)構(gòu)及連接方式

波紋管的截面形狀見圖2。D1為膨脹波紋管大徑，通常略小于上層套管通徑以保障入井管串順利下入至目的井段。D2為膨脹波紋管小徑。

圖2　波紋管截面形狀

各系列膨脹波紋管的性能參數(shù)見表1。膨脹波紋管膨脹主要方式是固井水泥車水力膨脹。水力膨脹壓力一般在18～25MPa。水力膨脹后采用機(jī)械脹管器進(jìn)一步修整膨脹波紋管［3］。

表1　各尺寸波紋管性能

綜合考慮材料、截面形狀和膨脹特性，波紋管采用圖3所示的連接方式。波紋管和兩端的封隔器采用焊接的方式，封隔器另一端均為螺紋與球座和送入工具相連。采用X射線數(shù)字直接成像的方式現(xiàn)場檢測焊縫質(zhì)量。

1.3施工工藝

圖3　波紋管管串連接方式

波紋管膨脹工藝主要包括井眼準(zhǔn)備、波紋管管串準(zhǔn)備和波紋管膨脹施工3個方面。膨脹波紋管技術(shù)施工流程：

（1）鉆穿不穩(wěn)定地層，測井，確定待封隔離地層位置和井眼尺寸；

（2）根據(jù)井眼尺寸，設(shè)置擴(kuò)眼工具面，擴(kuò)眼后，測井，選擇波紋管下入位置；

（3）下入膨脹波紋管，管串組合：下堵頭（球座）+下過渡接頭+下封隔器+波紋管+上封隔器+上過渡接頭+提拉桿+鉆鋌+鉆桿；

（4）水力膨脹后，上提下壓求取摩擦力大小；

（5）倒開膨脹波紋管上端扣，起出送入工具；

（6）下入脹管器進(jìn)行機(jī)械膨脹，達(dá)到設(shè)計尺寸；

（7）下入原鉆井鉆具組合，繼續(xù)鉆進(jìn)。

目前，膨脹波紋管技術(shù)在勝利油田、江蘇油田成功的進(jìn)行了多口井的現(xiàn)場應(yīng)用，見表2。

表2　膨脹波紋管部分井應(yīng)用

2　PG22井坍塌地層中膨脹波紋管現(xiàn)場應(yīng)用

2.1PG22井煤層坍塌問題

PG22井二開套管固井后，套管脫扣，后套管開窗側(cè)鉆。側(cè)鉆過程中鉆遇煤層，環(huán)空井壁失穩(wěn)坍塌，不連續(xù)返漿，出現(xiàn)阻卡。劃眼憋泵、憋轉(zhuǎn)盤嚴(yán)重。鑒于2940～2972m井段為太原組太1段煤層和灰黑色泥巖互層段，井壁穩(wěn)定性差，一旦失穩(wěn)，后續(xù)施工風(fēng)險大大提高。因此，確定回填側(cè)鉆下膨脹管封固失穩(wěn)井段，然后使用?149.2mm鉆頭進(jìn)行后續(xù)施工方案。

2.2膨脹波紋管施工方案

根據(jù)PG22井煤層坍塌封隔施工方案如下：

（1）自2875m側(cè)鉆，擴(kuò)孔井段2875.00～3000m；

（2）雙井徑測井確定封隔段井徑，根據(jù)井徑確定是否鉆后擴(kuò)孔；

（3）下入110m左右膨脹波紋管封隔2880～2985m易垮塌井段-煤層和炭質(zhì)泥巖互層；

（4）液壓膨脹后采用螺旋脹管器、球形脹管器機(jī)械修整膨脹管，最后采用Φ149.2mm平底磨鞋通井；

（5）施工后下入Φ149.2mmPDC+1°螺桿恢復(fù)鉆進(jìn)。

2.3PG22井膨脹波紋管現(xiàn)場施工

2.3.1擴(kuò)孔施工

10月8日下入CSDR5211S定向隨鉆擴(kuò)孔鉆頭。鉆進(jìn)至2970.96m，鉆時升高起鉆。隨鉆擴(kuò)孔施工井段井眼軌跡數(shù)全角變化率在（4～9.4）°/30m。隨鉆擴(kuò)孔施工井段井眼軌跡數(shù)據(jù)見表3所示。由于錄井顯示2980～2983m可能存在易坍塌煤層，下入6″PDC鉆頭鉆進(jìn)至3000.8m施工后，PG22井裸眼段狗腿度在（4～9.2）°/30m之間。由于井徑未達(dá)到要求，14日下入YK152-178型水力擴(kuò)眼器，16日擴(kuò)至2990m后起鉆下入膨脹波紋管。

2.3.2膨脹波紋管施工

施工中，共下入脹波紋管109.1m，共計13道焊縫，現(xiàn)場檢測無缺陷。

）

表3　井眼軌跡（實鉆）

17日下膨脹波紋管至2865m；采用固井水泥車階梯打壓至18MPa穩(wěn)壓20Min后打壓至28MPa。上提下壓15t驗封，倒扣后起鉆。

①螺旋脹管器機(jī)械膨脹。鉆具組合：135mm球底磨鞋+ ?149mm螺旋脹管器+?88.9mm加重鉆桿5柱+?88.9mm鉆桿119根+?88.9mm加重19根+?88.9mm鉆桿。鉆壓20kN，轉(zhuǎn)速46r/min，排量13.2L/s，泵壓21MPa，19日下探至2988m放空，起鉆。

②球形脹管器機(jī)械膨脹。鉆具組合：?149mm球形脹管器+?88.9mm加重鉆桿5柱+?88.9mm鉆桿修整參數(shù)：鉆壓1～2t，轉(zhuǎn)速65r/min，排量12.1L/s，泵壓18MPa，轉(zhuǎn)盤扭矩6.0～8.7kN·m。機(jī)械膨脹完后，扭矩平穩(wěn)；上提下放無顯示。

③?149.2mm平底磨鞋磨銑球座后，下入PDC+1°螺桿通過膨脹波紋管下鉆到底，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

PG22井下入膨脹波紋管后恢復(fù)正常鉆進(jìn)，于10月31日順利鉆達(dá)設(shè)計完鉆井深4095m，后經(jīng)過通井、測井、下完井預(yù)置管柱等工序，11月10日完井。

3　現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

膨脹波紋管后恢復(fù)正常鉆進(jìn)，完井前起下定向鉆具5趟、常規(guī)通井鉆具2趟、鉆具傳輸測井2趟、下完井管柱1趟，所有入井工具最大外徑147mm（不包括鉆頭），均正常順利通過膨脹波紋管井段，顯示膨脹管完全滿足后續(xù)安全施工的需要。膨脹波紋管入井后又經(jīng)過22天的鉆井施工，封固井段穩(wěn)定，管柱也未發(fā)生任何形變、移動，為鉆井施工提供了安全穩(wěn)定井眼，保證了該井順利完成。

膨脹波紋管技術(shù)應(yīng)用避免了因井壁失穩(wěn)造成的重復(fù)進(jìn)尺施工，保障了順利施工產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益——不包括減少的其它間接損失，僅日費就節(jié)省了96.6萬（除去施工費用）。使用膨脹波紋管技術(shù)封堵易塌地層是一項節(jié)時省費的有效措施。

4　結(jié)論

（1）膨脹波紋管技術(shù)封隔坍塌煤層和炭質(zhì)泥巖互層的成功應(yīng)用，解決了PG22井側(cè)鉆段煤層和泥巖坍塌的難題，使后續(xù)施工和完井得以順利實施，為大牛地氣田地層坍塌問題解決提供了新的技術(shù)手段。

（2）膨脹波紋管技術(shù)不僅能夠封隔漏失地層、封隔坍塌地層、還能夠簡化井身結(jié)構(gòu)、補貼套管，在大牛地氣田有著廣泛的應(yīng)用前景。

（3）由于定向隨鉆擴(kuò)孔后井徑難以保障達(dá)到膨脹波紋管應(yīng)用要求，建議后期直接采取鉆后擴(kuò)孔。

［1］楊順輝，黃永洪，陶興華，吳波，黎學(xué)年，涂玉林.可膨脹波紋管技術(shù)在韋15-19井的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2007（3）：55-57.

［2］陶興華，朱宏武，張宏，等.波紋管成型及膨脹過程力學(xué)性能分析［J］.石油機(jī)械，2011，39（3）：12-15.

［3］陶興華，朱宏武，王鎮(zhèn)全，等.膨脹波紋管脹管器結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗［J］.石油機(jī)械，2011（7）：30-33.

TD26

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1004-5716（2016）03-0080-03

2015-03-17

劉桂君（1972-），男（漢族），山東商河人，工程師，現(xiàn)從事石油鉆井工程技術(shù)工作。