膨脹波紋管封堵復(fù)雜地層技術(shù)應(yīng)用

胡彥峰，陶興華，涂玉林，劉曉丹

（中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

在深井及復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井時，由于地質(zhì)條件認(rèn)識不清或技術(shù)因素限制，往往會產(chǎn)生許多井下復(fù)雜情況，如井漏和井壁坍塌等。國內(nèi)江蘇油田玄武巖和輝綠巖地層漏失情況嚴(yán)重[1]，漏速20～100m3/h；大牛地氣田劉家溝組地層破裂壓力低，存在垂直裂縫，易漏失[2]，堵漏平均耗時13.43d，最長達(dá)24d；這2個區(qū)塊的漏失情況屬于裂縫性或溶洞性漏失，常規(guī)堵漏方法對這種漏失復(fù)雜處理時間長，漏失反復(fù)，堵漏成本高。大牛地氣田劉家溝組下部山西組、太原組煤和泥巖互層段，造斜鉆進(jìn)中穿多套煤層，煤泥互層段地層裂隙發(fā)育，膠結(jié)松散，受到鉆井液浸泡后，煤層易垮塌，隨著井斜的增大，煤層坍塌也越嚴(yán)重[3]；造斜鉆進(jìn)中，漏失和坍塌地層位于同一裸眼段內(nèi)，鉆井液密度窗口窄，處理難度大，煤層段內(nèi)阻卡嚴(yán)重，復(fù)雜多發(fā)。

針對以上裂縫性和溶洞性漏失，以及坍塌周期短，大段水敏性不穩(wěn)定泥巖和煤層等的坍塌復(fù)雜，最有效的處理方法是用管材封隔，提供臨時剛性井壁，隔離復(fù)雜地層。膨脹波紋管是一種金屬管材，能夠在不減小井眼直徑情況下封隔復(fù)雜地層，有效應(yīng)對井眼漏失和坍塌情況，尤其是井眼尺寸受限的側(cè)鉆井復(fù)雜情況。

1 膨脹波紋管技術(shù)

1.1 原理

膨脹波紋管技術(shù)（Expandable Profile Liner Technol?ogy，EPL）是對圓形管材進(jìn)行冷壓處理，使圓管徑向發(fā)生塑性變形，截面形狀呈波紋狀（見圖1），以達(dá)到減小外徑的目的，使其可以通過上層套管順利到達(dá)所封隔地層位置，借助液壓將其膨脹，再在脹管器的機械作用下，使其恢復(fù)成圓管（見圖2），用來封隔復(fù)雜地層的一項新型技術(shù)[4-5]。

圖1 波紋管成形

圖2 波紋管膨脹

1.2 施工工藝

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)施工程序：

（1）鉆穿漏失、坍塌等復(fù)雜地層，測井，確定漏失位置和井眼尺寸；

（2）根據(jù)井眼尺寸，設(shè)置擴(kuò)眼工具面，對復(fù)雜層段擴(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：引鞋堵頭+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??；（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)。

目前已經(jīng)形成4種尺寸系列的膨脹波紋管規(guī)格，見表1。每種尺寸波紋管水力膨脹壓力各不相同，其余各施工工序相同。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

目前已經(jīng)形成了一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的膨脹波紋管施工工藝技術(shù)。針對堵漏和封隔垮塌等不同的復(fù)雜地層封隔要求，制定了膨脹波紋管詳細(xì)施工工藝和應(yīng)急預(yù)案，結(jié)合膨脹波紋管性能參數(shù)，將其應(yīng)用于封隔漏失地層、易垮塌地層、水層等復(fù)雜地層，并在國內(nèi)進(jìn)行了8口井的封隔易垮塌地層和堵漏施工，見表2。

表1 各尺寸波紋管性能

表2 膨脹波紋管應(yīng)用情況

2.1 封隔漏失地層

2.1.1 LP10H井

導(dǎo)眼二開鉆進(jìn)中，在直井段劉家溝組3042～3063m發(fā)生失返性漏失，堵漏33.2d，采用泥漿堵漏和打水泥堵漏后，鉆井液密度大于1.21g/cm3仍發(fā)生漏失，影響后期主井眼鉆進(jìn)。下入的51.3m膨脹波紋管成功封堵主漏失井段，見圖3。封堵后，下入215.9mmPDC鉆頭+1.5°螺桿鉆進(jìn)至A點，無漏失發(fā)生。節(jié)省鉆井液1600m3，成本64萬元，避免了該井的報廢。

2.1.2 沙20-70井

沙20-70井設(shè)計井深2229.94m，造斜點1020m，最大造斜率 8°/100m，最大井斜角 42.5°。在 1740.6～1900m井段鉆進(jìn)過程中，輝綠巖地層發(fā)生十余次漏失，多次堵漏后無效。后注入水泥漿11m3封堵1683～1900m井段，掃塞過程中仍有漏失發(fā)生，漏速10～14m3/h。共計漏失鉆井液1044.5m3，消耗各類鉆井液材料200t。

圖3 波紋管封堵LP10H井漏失地層

通過對漏失井段認(rèn)真分析，確認(rèn)漏失井段位置后，在1803.5～1873m的輝綠巖穩(wěn)斜井段擴(kuò)眼，擴(kuò)眼段平均井徑235～244mm，擴(kuò)眼過程總計漏失鉆井液85m3。下入波紋管58.3m封堵1810～1868.3m，見圖4。施工完成后，下入?215.9mmPDC鉆頭+1.25°螺桿通過膨脹波紋管封堵井段，下鉆至1876m后開泵循環(huán)無漏失，順利鉆達(dá)設(shè)計井深，鉆進(jìn)過程在波紋管上下端起下鉆十余趟，均順利通過波紋管封堵段。

圖4 波紋管封堵沙20-70井漏失地層

2.2 封隔坍塌地層

2.2.1 PG22井

二開側(cè)鉆井眼鉆遇太1段黑色煤及灰黑色泥巖易坍塌地層，鉆進(jìn)過程阻卡嚴(yán)重，多個側(cè)鉆井眼坍塌，不能繼續(xù)施工[6-7]。下入109.1m膨脹波紋管成功封隔2877～2986.1m易坍塌煤層和灰黑色泥巖互層井段，封隔段井斜59.7°～73.4°，封堵后使該井斜井段和水平段施工得以順利開展。后下入149.2mmPDC鉆頭+1°螺桿+146mm扶正器順利鉆進(jìn)至B點4095m。本次成功應(yīng)用，也創(chuàng)造了膨脹波紋管技術(shù)施工井斜最大的紀(jì)錄。本次應(yīng)用避免了PG22井的報廢。

2.2.2 DPT-112井

由于地質(zhì)原因，進(jìn)行設(shè)計變更，變更后側(cè)鉆井眼造斜段山西和太原組存在大段煤層、泥巖互層，易造成惡性井壁失穩(wěn)。新井眼采用152.4mmPDC鉆頭，鉆至2714m，造斜段2550～2673m鉆遇煤和泥巖互層井段共計123m，井斜29°～53°，其中煤層10層共計36m。下入YK152-178型水力擴(kuò)眼器擴(kuò)眼：2540～2685m，總長145m。下入132.7m膨脹波紋管封隔2547～2679.7m復(fù)雜地層，見圖5。施工結(jié)束后，下入?149.2mmPDC+1.25°螺桿通過膨脹波紋管，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。本次應(yīng)用成功避免了該井的報廢，換回經(jīng)濟(jì)損失1200余萬元。

2.3 封隔縮徑地層

圖5 波紋管封堵DPT-112井坍塌地層

臺X17井三開?215.9mm井眼鉆遇鹽城組棕紅色泥巖地層，易遇水膨脹縮徑。用51.6m波紋管封隔復(fù)雜地層，后續(xù)作業(yè)仍采用?215.9mmPDC鉆頭鉆進(jìn)。造斜段：?215.9mmPDC鉆頭+?172mm1.25°螺桿。穩(wěn)斜段：?215.9mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)。膨脹管在井下經(jīng)歷了起下鉆作業(yè)11趟，鉆井進(jìn)尺1304.4m、鉆井時間27d，順利完鉆。本次成功應(yīng)用縮短處理復(fù)雜情況時間，節(jié)約鉆井成本280萬元，節(jié)約固井成本40萬元。

3 結(jié)論

（1）膨脹波紋管技術(shù)以其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，能在不減小井眼直徑情況下實現(xiàn)對漏失、坍塌等鉆井復(fù)雜情況的封堵，封堵結(jié)束后不影響后續(xù)鉆進(jìn)施工。

（2）多次成功的現(xiàn)場應(yīng)用表明，膨脹波紋管技術(shù)的應(yīng)用能夠封堵鉆井過程中的漏失、坍塌等復(fù)雜問題，為復(fù)雜地層安全鉆井提供了新的解決方案，為油氣井的建井和后續(xù)作業(yè)提供安全的輸出通道。

[1] 宋碧濤，劉亞，等.江蘇油田堵漏試驗評價技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液，2007（3）.

[2] 常興浩.大牛地氣田劉家溝組井漏控制技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2013（5）.

[3] 王錦昌，鄧紅琳，袁立鶴，等.大牛地氣田煤層失穩(wěn)機理分析及對策[J].石油鉆采工藝，2012（3）.

[4] 吳明畏，張偉，劉進(jìn)余，等.可膨脹波紋管堵漏技術(shù)應(yīng)用[J].石油礦場機械，2013，42（11）：72-75.

[5] 胡彥峰，涂玉林，等.膨脹波紋管技術(shù)降低鉆井風(fēng)險實踐[J].西部探礦工程，2011(2).

[6] 劉桂君.膨脹波紋管封隔坍塌煤層技術(shù)在大牛地成功應(yīng)用[J].西部探礦工程，2016(3).

[7] 張輝，王錦昌，王翔，等.膨脹波紋管技術(shù)在大斜度井易垮塌地層的應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2015(3).