土耳其儲氣庫大井徑擴眼技術(shù)研究與應用

胡浩杰 魏勇

【摘 要】土耳其天然氣儲庫項目是土耳其第一個儲庫項目和全世界最大的地下天然氣儲庫。為保證項目運行，滿足鹽穴儲氣庫鉆井要求，通過研究施工區(qū)域地質(zhì)情況、當?shù)貎鈳鞓藴什⒔Y(jié)合現(xiàn)場施工實際，優(yōu)化施工方案，形成了儲氣庫鉆井配套技術(shù)。本文主要從擴眼方案的制定、工具的選擇、工藝的實施等方面，闡述了土耳其儲氣庫項目的一項關(guān)鍵技術(shù)——大井徑擴眼技術(shù)。通過技術(shù)的實施，保證了擴眼作業(yè)的安全進行，且現(xiàn)場應用效果良好，擴速快，井徑均勻，滿足業(yè)主要求，取得了良好的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】儲氣庫；井身結(jié)構(gòu)；大井徑；擴眼

按照甲方設計要求，在鉆井完井施工前，需要過Φ339.7mm套管將下部Φ215.9mm井眼擴至Φ444.5mm，該類擴眼作業(yè)在國內(nèi)外均屬首次，施工難度相當大。擴眼要求：生產(chǎn)套管鞋以下留足330m鹽層厚度（鹽腔頂頸部留30m，鹽穴造腔深度300m）進行擴眼，采用8-1/2″（Φ215.9mm）鉆頭和17-1/2″（Φ444.5mm）擴孔器擴孔到17-1/2″（φ444.5mm）井眼，并驗證擴眼效果，如不滿足要求重復擴眼。

一、大井徑擴眼技術(shù)研究

1.1擴眼施工難點分析

1、由于上部套管尺寸為Φ339.7mm套管，其內(nèi)徑為Φ311.2mm，而擴眼目標尺寸為Φ444.5mm，由于套管內(nèi)徑的限制，擴眼器的本體尺寸受限，所以擴眼器的目標擴眼尺寸很大，增加了擴眼工具工作的扭矩，影響擴眼施工的機械鉆速和工具的使用壽命，同時易產(chǎn)生井下復雜情況。

2、上部鹽層含膏巖成分多，擴眼切削面積又大，水力沖洗不充分，容易導致膏巖“泥包”切削齒，從而造成機械鉆速低。中部鹽層結(jié)晶顆粒大、脆性大、易斷，擴眼過程中臺肩面不穩(wěn)定，易被壓垮，易造成擴后達不到井徑要求。

3、井眼尺寸大（Φ444.5mm），環(huán)空鉆井液返速低，不利于攜帶巖屑，易造成大量巖屑在井眼中沉降堆積。

1.2擴眼方案制定

根據(jù)擴眼要求，要把井眼從Φ215.9mm擴到Φ444.5mm，擴眼切削面積為3.14×（444.52-215.92）/4=1.185×105mm2，Φ215.9井眼的切削面積為：3.14×215.92/4=0.365×105mm2，擴眼切削面積是Φ215.9全面鉆進切削面積的1.185/0.365=3.25倍，擴眼切削面積大，國際上以前也沒有進行過這么大切削面積的擴眼作業(yè)，沒有資料可參考。我們制定了分兩步進行擴眼的方案：首先把井眼從Φ215.9mm擴到Φ304mm，然后再把井眼從Φ304mm擴到Φ444.5mm。

1.3擴眼工具的選擇

通過與勝利鉆井院的技術(shù)交流，擴眼作業(yè)使用由勝利鉆井院研制的KKB215.9-304雙心擴眼鉆頭和YK304-444.5液壓式擴眼器[1]。

在施工中跟蹤分析擴眼器的使用情況，合理選擇鉆井參數(shù)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，及時與鉆井院交流，對擴眼器進行優(yōu)化設計，保證擴眼作業(yè)順利進行，效果達到甲方要求。

1.4擴眼作業(yè)施工工藝

KKB215.9-304雙心擴眼鉆頭施工工藝推薦操作參數(shù)：鉆壓：20-40kN；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：40-90r/min。

推薦鉆具組合：Φ215.9牙輪鉆頭+KKB215.5-304雙心擴眼鉆頭+8″DC×3+轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿。

施工措施：擴眼過程中應密切注意觀察扭矩、泵壓等鉆進參數(shù)的變化情況。若出現(xiàn)嚴重蹩跳鉆現(xiàn)象，應立即降低轉(zhuǎn)速和鉆壓，待正常后，再逐步恢復原鉆壓和轉(zhuǎn)速。擴眼過程中，剎把操作人員務必做到送鉆均勻，跟鉆及時，在鉆壓允許范圍內(nèi)可適當調(diào)節(jié)鉆壓值，以尋求最佳鉆速；施工過程中，應確保各種設備運轉(zhuǎn)正常，儀器儀表齊全準確、靈敏可靠，尤其是指重表靈敏指示一定要達到真正靈敏。施工完畢或擴眼刀翼完全磨損應及時起鉆，起鉆前應充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼。然后停泵起鉆。

YK304-444.5液壓擴眼器施工工藝：鉆壓：10-30kN；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)：40-60r/min，35-45L/s。推薦鉆具組合：Φ304鉆頭或引鞋+YK304-444.5型擴眼器+鉆鋌×3+鉆桿。

施工措施：①地面試驗：工具入井前，接方鉆桿，開泵觀察擴眼刀翼是否順利張開，停泵后能否自動收回。試驗目的：一是檢驗工具的可靠性；二是試驗擴眼刀翼張開前后的泵壓變化值，并作好記錄，為判斷井下擴眼刀翼是否完全張開提供參考。停泵后，三個擴眼刀翼應順利收攏。達不到以上要求，工具不能下井。②下鉆操作要平穩(wěn)，應嚴格控制下鉆速度，以防突然遇阻造成工具損壞、套管損傷或?qū)е缕渌鼮閲乐氐你@井復雜事故發(fā)生。下鉆過程中嚴禁開泵及劃眼，遇阻不得硬壓強下，情況嚴重時應起鉆通井。③造臺階：工具下至設計擴眼井深，先啟動轉(zhuǎn)盤，鉆柱旋轉(zhuǎn)正常后，方可緩慢啟動鉆井泵，要求分4次緩慢開泵到擴眼最大工作排量。④擴眼作業(yè)：擴眼過程中應密切注意觀察扭矩、泵壓等鉆進參數(shù)的變化情況。若出現(xiàn)嚴重蹩跳鉆現(xiàn)象，應立即降低轉(zhuǎn)速和鉆壓，待正常后，再逐步恢復原鉆壓和轉(zhuǎn)速；擴眼過程中，剎把操作人員務必做到送鉆均勻，跟鉆及時，適當調(diào)節(jié)鉆壓值，以尋求最佳鉆速。⑤起鉆：施工完畢或擴眼刀翼完全磨損應及時起鉆，起鉆前應充分循環(huán)鉆井液，清洗井眼。然后停泵，停泵后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)15～20分鐘，有助于擴眼刀翼收攏。起鉆過程中，在工具未進入小井眼前、工具過套管鞋時，需緩慢上提鉆具，嚴防一次性拔死。進入套管后，起鉆速度應比常規(guī)起鉆慢，不宜過快。

二、現(xiàn)場應用效果

2.1 KKB215.9-304雙心擴眼鉆頭現(xiàn)場應用情況

施工中，擴眼過程中工具工作正常，擴眼速度與正常鉆進速度相當，磨損小，切削齒沒有損壞，本體沒有沖蝕，說明該擴眼鉆頭結(jié)構(gòu)設計合理，擴速快，適合該鹽層擴眼，可以在該地區(qū)推廣應用。

2.2 YK304-444.5液力擴眼器現(xiàn)場應用情況

利用YK304-444.5液壓式擴眼工具已經(jīng)進行了12口井的擴眼作業(yè)，作業(yè)過程中使用情況見表1。UGS-8井為首次使用YK304-444.5液壓擴眼器進行擴眼作業(yè)，對工具在井下受力情況估計不足，導致出現(xiàn)了銷軸、切削刀翼、限位塊機構(gòu)脫落和擴后井徑偏小等現(xiàn)象。針對這些情況，對工具進行了優(yōu)化設計：限位機構(gòu)采用了燕尾槽結(jié)構(gòu)，切削刀翼增加了清洗流道。優(yōu)化后在使用過程中，工具各方面性能得到了大大改善，機械擴速得到了很大提高，擴眼工具未出現(xiàn)異常情況，擴后直徑均勻，滿足了擴眼要求。

三、結(jié)論

（1）土耳其儲氣庫大井徑擴眼（從Φ215.9mm擴到Φ444.5mm）采取兩步走戰(zhàn)術(shù)：首先把井眼從Φ215.9mm擴到Φ304mm，然后再把井眼從Φ304mm擴到Φ444.5mm，該技術(shù)措施成功解決了大井徑擴眼切削面積過大的難題，保證了擴眼作業(yè)的安全進行。

（2）KKB215.9-304雙心擴眼鉆頭和優(yōu)化后的YK304-444.5液力擴眼器設計合理，使用中未再出現(xiàn)擴眼工具異常情況，滿足施工要求，且擴眼效果好，擴速提高，井徑均勻，達到甲方要求。

【參考文獻】

[1]裴學良，陳忠?guī)?，叢海洋，大井徑液壓式擴眼器的研制與應用.《天然氣工業(yè)》，2014 ，34 （11）：95-100.