膨脹管技術(shù)在塔河油田T816KCH2井的應(yīng)用

胥 豪，夏文安，張建濤，王 濤，仇恒彬

(中石化勝利石油工程有限公司，山東 東營(yíng) 257017)

引 言

膨脹管技術(shù)是國(guó)外在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的，主要包括膨脹管的生產(chǎn)制造、膨脹尾管懸掛器系統(tǒng)、脹管工具、現(xiàn)場(chǎng)施工工藝等[1－5]。目前，膨脹管技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)形成一套成熟的技術(shù)[6－7]。膨脹管技術(shù)廣泛應(yīng)用于鉆井、完井及修井等方面，在鉆井方面主要用于彌補(bǔ)井身結(jié)構(gòu)缺陷和封隔縮徑、坍塌、井漏或高壓層段。

T816KCH2井位于庫(kù)車縣境內(nèi)，直井于2004年完成，完鉆井深為5820 m，完鉆層位為奧陶系一間房組。由于產(chǎn)量降低和含水率上升，于2007年進(jìn)行第1次側(cè)鉆，后來(lái)由于井筒落物回填，于2010年第2次側(cè)鉆，目前由于含水率急劇上升，決定進(jìn)行第3次側(cè)鉆。第3次側(cè)鉆采用膨脹管技術(shù)封固上部地層不穩(wěn)定泥巖和高壓體系，然后采用?130 mm鉆頭鉆至目的層，膨脹管技術(shù)在該井成功實(shí)施對(duì)塔河油田老井改造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 膨脹管鉆井技術(shù)方案

1.1 側(cè)鉆方案論證

由于本井前期底水錐進(jìn)程度較強(qiáng)，因此要求水平段避水位移大于235 m。井眼軌道設(shè)計(jì)時(shí)必須上提造斜點(diǎn)，以增加靶前位移，但是，上提造斜點(diǎn)會(huì)進(jìn)入石炭系不穩(wěn)定泥巖，同時(shí)，石炭系地層和目的層奧陶系地層，屬于上高下低壓力體系[9]，必須采用1層套管將石炭系地層封固;若直接采用?149.2 mm鉆頭從?177.8 mm套管側(cè)鉆并下入?127 mm無(wú)接箍套管，其內(nèi)徑僅為?108 mm，后續(xù)施工非常困難。

膨脹管技術(shù)在處理復(fù)雜地層和壓力體系方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并可以增加套管層次，簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，因此對(duì)膨脹管施工可行性進(jìn)行了論證。論證認(rèn)為:?177.8 mm套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆后，利用?149.2 mm鉆頭鉆進(jìn)至奧陶系頂部，采用鉆后擴(kuò)眼/隨鉆擴(kuò)眼工具將井眼尺寸擴(kuò)至?165 mm，下入?139.7 mm膨脹套管固井，封隔石炭系泥巖和高壓力體系，?139.7 mm膨脹管膨脹后內(nèi)徑可達(dá)到 ?134 mm，可以利用?130 mm鉆頭并配合?88.9 mm特殊鉆桿(接箍外徑為?108 mm)繼續(xù)鉆進(jìn)，方案可行。因此決定利用膨脹管技術(shù)對(duì)T816KCH2井進(jìn)行改造。

1.2 井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道設(shè)計(jì)

一開(kāi)采用?149.2mm鉆頭鉆進(jìn)，側(cè)鉆點(diǎn)選擇在石炭系卡拉沙依組地層，井深為5280 m，側(cè)鉆后繼續(xù)采用?149.2 mm鉆頭鉆至5290 m。然后采用隨鉆擴(kuò)眼鉆頭鉆至良里塔格組底部，一開(kāi)結(jié)束，下入?139.7 mm膨脹管固井，封隔石炭系卡拉沙依組和巴楚組、奧陶系桑塔木組不穩(wěn)定泥巖地層和壓力體系;隨鉆擴(kuò)眼井段要求井徑大于?165 mm，若井徑達(dá)不到，則采用液力擴(kuò)孔器進(jìn)行擴(kuò)孔，二開(kāi)采用?130 mm鉆頭鉆進(jìn)，直至完鉆。

軌道設(shè)計(jì)方面首先考慮膨脹管下入井段要求造斜率不大于0.333°/m，最大井斜小于60°，另一方面還需要滿足靶前位移大于235 m的避水要求。

1.3 隨鉆擴(kuò)眼方案

為了節(jié)約鉆井周期，降低鉆井成本，T816KCH2井采用了隨鉆擴(kuò)眼鉆頭[10]。選擇使用NOV公司的CSDR5211S－B2型隨鉆定向擴(kuò)孔鉆頭。

1.4 動(dòng)力鉆具優(yōu)選方案

動(dòng)力鉆具選擇的主要原則在于適應(yīng)小井眼低排量要求，能夠?yàn)殂@頭提供足夠的轉(zhuǎn)速和扭矩。根據(jù)CSDR5211S－B2鉆頭推薦參數(shù)，需要達(dá)到180 r/min的轉(zhuǎn)速，并且能夠輸出穩(wěn)定的扭矩，因此對(duì)動(dòng)力鉆具性能提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)調(diào)研，最終選用了PAISANO公司生產(chǎn)的475K4570型動(dòng)力鉆具，該動(dòng)力鉆具具有排量范圍廣、壓降低、功率高、轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)，能夠滿足隨鉆擴(kuò)眼施工需要。

2 鉆井施工難點(diǎn)分析

(1)膨脹管施工對(duì)井眼軌跡要求高。井眼軌道對(duì)造斜率和穩(wěn)斜角提出了相應(yīng)的要求，因此施工時(shí)需精確控制軌跡，造斜段確保軌跡圓滑，穩(wěn)斜段確保井斜穩(wěn)定，滿足膨脹管下入要求。

(2)隨鉆擴(kuò)眼，軌跡控制困難。一方面深井工具本身控制困難，另一方面采用偏心PDC隨鉆擴(kuò)眼鉆頭，鉆頭扭矩大，且不均勻，因此定向工具易出現(xiàn)大幅度擺動(dòng)，導(dǎo)致造斜率異常。

(3)循環(huán)壓耗大，設(shè)備能力要求高。由于井深，且為小井眼，受制于環(huán)空尺寸和鉆機(jī)能力，鉆井液排量受到限制。

(4)小井眼施工難度大。二開(kāi)為?130 mm井眼，且井深接近6000 m，工具匹配難度大，缺乏施工經(jīng)驗(yàn)。

3 施工過(guò)程

3.1 開(kāi)窗及側(cè)鉆

采用?177.8 mm液壓擴(kuò)張式套管鍛銑器進(jìn)行開(kāi)窗，開(kāi)窗井段為5267.00～5297.00 m，然后回填，并掃塞至設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)(井深為5280.00 m)，之后進(jìn)行側(cè)鉆。側(cè)鉆鉆具組合為:?149.2 mm牙輪鉆頭+?120 mm2.5°動(dòng)力鉆具+?88.9 mm無(wú)磁鉆桿+?120mm MWD短節(jié)+?88.9 mm加重鉆桿+?88.9 mm鉆桿。采用控時(shí)鉆進(jìn)的方式，前2 m控制在0.2～0.3 m/h，然后逐漸提高鉆進(jìn)速度，通過(guò)砂樣判斷側(cè)鉆效果，直到返出地層巖屑為80%左右，恢復(fù)正常鉆進(jìn)速度，鉆至5292.00 m，側(cè)鉆成功。

3.2 隨鉆擴(kuò)眼井段

隨鉆擴(kuò)眼井段鉆具組合為:?146 mm×?165 mm CSDR5211S隨鉆擴(kuò)眼鉆頭+?120 mm(1.50～1.83°)動(dòng)力鉆具 +?120 mm MWD短節(jié) +?88.9 mm無(wú)磁鉆桿+?88.9 mm加重鉆桿+?88.9 mm鉆桿，鉆壓為20～40 kN，受制于設(shè)備能力限制，鉆井液排量為10.5L/s，造斜初期工具面難以穩(wěn)定，對(duì)造斜率形成較大影響，當(dāng)單彎度數(shù)為1.50～1.75°時(shí)，造斜率僅為 0.100 ～0.233°/m，后來(lái)將單彎動(dòng)力鉆具度數(shù)調(diào)整為1.83°，造斜率逐漸增加，能夠達(dá)到0.233～0.333°/m，一開(kāi)鉆進(jìn)至井深5692 m完鉆。

3.3 膨脹管施工

一開(kāi)完成后，首先電測(cè)井徑，由于部分井段井徑小于?165 mm，必須采用液力擴(kuò)孔器進(jìn)行鉆后擴(kuò)孔，共采用4個(gè)YK152－178型擴(kuò)孔器，完成擴(kuò)孔后再次對(duì)井徑進(jìn)行測(cè)量，滿足要求后對(duì)全井鉆具投球試壓，試壓30 MPa，穩(wěn)壓10 min，壓降為0，滿足膨脹管施工要求。然后開(kāi)始下入膨脹管，共下入467.55 m膨脹管，膨脹管下入管串結(jié)構(gòu)為:膨脹工具組合+對(duì)扣接頭+安全接頭+擋泥器+?73 mm加厚油管+擋泥器+轉(zhuǎn)換接頭+?88.9 mm鉆桿。

膨脹管下至井深5690.68 m后開(kāi)始循環(huán)，準(zhǔn)備固井，固井期間注隔離液4 m3，密度為1.90 g/cm3的超緩凝水泥漿4.6 m3，注隔離液1.5 m3，頂替液20 m3，碰壓19 MPa。固井后開(kāi)始進(jìn)行膨脹作業(yè)，膨脹作業(yè)時(shí)保持壓力為18～22 MPa，保持懸重波動(dòng)范圍小于180 kN。根據(jù)膨脹速度上提鉆具，每膨脹完1柱，泄壓后卸立柱，繼續(xù)重復(fù)此作業(yè)。直至膨脹管全部膨脹完成。膨脹完成后侯凝72 h，開(kāi)始探塞面，掃塞。膨脹管主要性能及參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 膨脹管施工前后參數(shù)及性能對(duì)比

3.4 二開(kāi)井段

二開(kāi)井段為?130 mm井眼，鉆具組合為?130 mm PDC鉆頭 +?105 mm(1.25～2.00°)動(dòng)力鉆具+?105 mm MWD短節(jié) +?105 mm無(wú)磁鉆鋌 +?88.9 mm特殊鉆桿 +?88.9 mm加重鉆桿 +?88.9 mm鉆桿，鉆井液排量為9～11 L/s。主要工藝包括:①采用?105 mm動(dòng)力鉆具，由于小鉆具柔性大，造斜率偏高，?105 mm 2°動(dòng)力鉆具造斜率可達(dá)到0.567～0.733°/m;②定制了 ?108 mm接箍外徑的鉆桿，確保能夠順利通過(guò)膨脹管井段;③采用小直徑MWD儀器;④在鉆頭選型方面，由勝利鉆井院專門(mén)制作了PK6167M型PDC鉆頭，滿足了施工的需要，且克服了小尺寸牙輪鉆頭使用時(shí)間短，易發(fā)生事故的缺點(diǎn)。鉆至B點(diǎn)后，應(yīng)地質(zhì)部門(mén)要求加深100 m完鉆，實(shí)際完鉆井深為6058.00 m。

4 實(shí)鉆效果

(1)完鉆井深為6058.00 m，水平段長(zhǎng)度為232.12 m，隨鉆擴(kuò)眼井段長(zhǎng)度為380.30 m，?130 mm井眼施工井段長(zhǎng)度為366 m，順利完成了本井施工。

(2)順利完成膨脹管作業(yè)，膨脹管下入井段為5223.13～5690.68 m，長(zhǎng)467.55 m，最大井斜為51.20°，最高造斜率為0.322°/m。

5 結(jié)論和建議

(1)依靠自主技術(shù)，完成了T816KCH2井鉆井施工任務(wù)，膨脹管順利下入并膨脹到位，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)膨脹管技術(shù)取得成功。

(2)該井的順利施工解決了塔河油田奧陶系油藏?177.8 mm套管側(cè)鉆難題，膨脹管技術(shù)的成功應(yīng)用對(duì)塔河油田奧陶系油藏老井改造具有重大意義。

(3)T816KCH2井雖然采用了隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)，但還有部分井段井徑未能達(dá)到要求，后期仍需對(duì)部分井段進(jìn)行了鉆后擴(kuò)眼，因此隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)還需進(jìn)一步深入研究，以提高擴(kuò)眼工具整體可靠性。

(4)膨脹管鉆井配套工具性能還需進(jìn)一步提升，特別是動(dòng)力鉆具和擴(kuò)眼鉆頭，以克服深井小井眼水力參數(shù)不足的問(wèn)題。

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