膨胀波纹管封隔坍塌煤层技术在大牛地成功应用

2016-09-22刘桂君

西部探矿工程 2016年3期

关键词：管器大牛井段

刘桂君

（中石化华北石油工程有限公司西部分公司，河南郑州450000）

膨胀波纹管封隔坍塌煤层技术在大牛地成功应用

刘桂君*

（中石化华北石油工程有限公司西部分公司，河南郑州450000）

煤层、泥岩坍塌一直是困扰大牛地气田钻井提速提效的难点。处理地层失稳坍塌耗费工期，经济损失巨大。膨胀波纹管技术是借助水力打压将异形截面的波纹管膨胀，再在胀管器的机械作用下修整成圆管以封隔复杂地层的一项新型技术。大牛地气田PG22井侧钻钻遇大段不稳定煤层和泥岩。在该井下入109.1m膨胀波纹管成功封隔了2880～2985m井段的易垮塌煤层和炭质泥岩互层，保障了该井的顺利施工和完钻，为该区块坍塌煤层和泥岩问题的解决提供了新的技术手段。

大牛地气田；膨胀波纹管技术；煤层

煤层、泥岩坍塌一直是困扰大牛地气田钻井提速提效的难点，一旦地层失稳坍塌，不但耗费工期，经济损失也十分巨大。膨胀波纹管技术主要用于钻井过程中在不减小井眼尺寸的情况下封隔各种复杂地层，补贴损坏套管，延长技术套管长度等。该技术为大牛地气田坍塌煤层和泥岩问题的解决提供了新的技术手段。

1　膨胀波纹管技术简述

1.1技术原理

膨胀波纹管技术（Expandable Profile Liner Technology，EPL）是将异形膨胀波纹管通过上层套管下至待封隔地层，水力膨胀后采用胀管器的机械修整成圆管以封隔复杂地层的一项新型技术［1］［2］。圆形管材通过冷压处理，使圆管径向发生塑性变形，截面形状呈波纹状，用以减小圆形管材的外径，使其可以通过上层套管或裸眼，通过送入工具将管串送到目的位置后，用液压将其膨胀，使其恢复成圆形，内径能通过原尺寸钻头。

图1　波纹管成型和膨胀

1.2波纹管结构及连接方式

波纹管的截面形状见图2。D1为膨胀波纹管大径，通常略小于上层套管通径以保障入井管串顺利下入至目的井段。D2为膨胀波纹管小径。

图2　波纹管截面形状

各系列膨胀波纹管的性能参数见表1。膨胀波纹管膨胀主要方式是固井水泥车水力膨胀。水力膨胀压力一般在18～25MPa。水力膨胀后采用机械胀管器进一步修整膨胀波纹管［3］。

表1　各尺寸波纹管性能

综合考虑材料、截面形状和膨胀特性，波纹管采用图3所示的连接方式。波纹管和两端的封隔器采用焊接的方式，封隔器另一端均为螺纹与球座和送入工具相连。采用X射线数字直接成像的方式现场检测焊缝质量。

1.3施工工艺

图3　波纹管管串连接方式

波纹管膨胀工艺主要包括井眼准备、波纹管管串准备和波纹管膨胀施工3个方面。膨胀波纹管技术施工流程：

（1）钻穿不稳定地层，测井，确定待封隔离地层位置和井眼尺寸；

（2）根据井眼尺寸，设置扩眼工具面，扩眼后，测井，选择波纹管下入位置；

（3）下入膨胀波纹管，管串组合：下堵头（球座）+下过渡接头+下封隔器+波纹管+上封隔器+上过渡接头+提拉杆+钻铤+钻杆；

（4）水力膨胀后，上提下压求取摩擦力大小；

（5）倒开膨胀波纹管上端扣，起出送入工具；

（6）下入胀管器进行机械膨胀，达到设计尺寸；

（7）下入原钻井钻具组合，继续钻进。

目前，膨胀波纹管技术在胜利油田、江苏油田成功的进行了多口井的现场应用，见表2。

表2　膨胀波纹管部分井应用

2　PG22井坍塌地层中膨胀波纹管现场应用

2.1PG22井煤层坍塌问题

PG22井二开套管固井后，套管脱扣，后套管开窗侧钻。侧钻过程中钻遇煤层，环空井壁失稳坍塌，不连续返浆，出现阻卡。划眼憋泵、憋转盘严重。鉴于2940～2972m井段为太原组太1段煤层和灰黑色泥岩互层段，井壁稳定性差，一旦失稳，后续施工风险大大提高。因此，确定回填侧钻下膨胀管封固失稳井段，然后使用Ø149.2mm钻头进行后续施工方案。

2.2膨胀波纹管施工方案

根据PG22井煤层坍塌封隔施工方案如下：

（1）自2875m侧钻，扩孔井段2875.00～3000m；

（2）双井径测井确定封隔段井径，根据井径确定是否钻后扩孔；

（3）下入110m左右膨胀波纹管封隔2880～2985m易垮塌井段-煤层和炭质泥岩互层；

（4）液压膨胀后采用螺旋胀管器、球形胀管器机械修整膨胀管，最后采用Φ149.2mm平底磨鞋通井；

（5）施工后下入Φ149.2mmPDC+1°螺杆恢复钻进。

2.3PG22井膨胀波纹管现场施工

2.3.1扩孔施工

10月8日下入CSDR5211S定向随钻扩孔钻头。钻进至2970.96m，钻时升高起钻。随钻扩孔施工井段井眼轨迹数全角变化率在（4～9.4）°/30m。随钻扩孔施工井段井眼轨迹数据见表3所示。由于录井显示2980～2983m可能存在易坍塌煤层，下入6″PDC钻头钻进至3000.8m施工后，PG22井裸眼段狗腿度在（4～9.2）°/30m之间。由于井径未达到要求，14日下入YK152-178型水力扩眼器，16日扩至2990m后起钻下入膨胀波纹管。

2.3.2膨胀波纹管施工

施工中，共下入胀波纹管109.1m，共计13道焊缝，现场检测无缺陷。

）

表3　井眼轨迹（实钻）

17日下膨胀波纹管至2865m；采用固井水泥车阶梯打压至18MPa稳压20Min后打压至28MPa。上提下压15t验封，倒扣后起钻。

①螺旋胀管器机械膨胀。钻具组合：135mm球底磨鞋+ Ø149mm螺旋胀管器+Ø88.9mm加重钻杆5柱+Ø88.9mm钻杆119根+Ø88.9mm加重19根+Ø88.9mm钻杆。钻压20kN，转速46r/min，排量13.2L/s，泵压21MPa，19日下探至2988m放空，起钻。

②球形胀管器机械膨胀。钻具组合：Ø149mm球形胀管器+Ø88.9mm加重钻杆5柱+Ø88.9mm钻杆修整参数：钻压1～2t，转速65r/min，排量12.1L/s，泵压18MPa，转盘扭矩6.0～8.7kN·m。机械膨胀完后，扭矩平稳；上提下放无显示。

③Ø149.2mm平底磨鞋磨铣球座后，下入PDC+1°螺杆通过膨胀波纹管下钻到底，恢复正常钻进。

PG22井下入膨胀波纹管后恢复正常钻进，于10月31日顺利钻达设计完钻井深4095m，后经过通井、测井、下完井预置管柱等工序，11月10日完井。

3　现场应用效果分析

膨胀波纹管后恢复正常钻进，完井前起下定向钻具5趟、常规通井钻具2趟、钻具传输测井2趟、下完井管柱1趟，所有入井工具最大外径147mm（不包括钻头），均正常顺利通过膨胀波纹管井段，显示膨胀管完全满足后续安全施工的需要。膨胀波纹管入井后又经过22天的钻井施工，封固井段稳定，管柱也未发生任何形变、移动，为钻井施工提供了安全稳定井眼，保证了该井顺利完成。

膨胀波纹管技术应用避免了因井壁失稳造成的重复进尺施工，保障了顺利施工产生了明显的经济效益——不包括减少的其它间接损失，仅日费就节省了96.6万（除去施工费用）。使用膨胀波纹管技术封堵易塌地层是一项节时省费的有效措施。