等井徑膨脹套管技術的應急應用探究

廣西第一地質工程公司 530031

摘要：等井徑膨脹套管技術是井身結構和膨脹套管技術發展的結果，也是石油天然氣領域研究的一項重要成績。這一技術的出現使無內徑損失鉆進得以實現，是鉆井時封堵復雜地層的應急措施，對井身結構具有完善和優化的作用。本文主要圍繞等井徑膨脹套管技術的應急應用展開討論。

關鍵詞：鉆井；膨脹套管；技術

前言

過去的油氣田鉆井作業中，對于地層封堵問題主要是通過下套管方式來解決的，這一方式能順利鉆達目的層且有一定的安全性[1]。井身結構套管序列中，套管的尺寸會因井內套管層次的增加而不斷減小，井眼錐度與井眼尺寸因受其影響而出現增大與縮小，對于復雜井、超深井、深井來說，要想鉆達目的層非常困難，且后期的生產作業也會因井眼尺寸太小而難度增大。

現階段，膨脹套管技術的使用已經相對成熟，側鉆井完井、套管補貼等均是鉆井問題的后續解決，在鉆井方案與井身結構設計、熱采井、深井、水平井、大斜度井中應用日益廣泛。膨脹率小是膨脹套管的特點，雖對井身結構具有優化作用，但對于井眼椎角問題并不能徹底消除，并且會對下一開次的鉆井造成影響，適應性不強，常規尺寸的鉆具不可使用。

在裸眼井段，使用等井徑膨脹套管技術能夠對不穩定儲層段進行封隔，是一種應急預案，能夠克服減縮式井身結構中完井尺寸小等不足，鉆進無內徑損失，是井身結構、膨脹套管技術發展的方向。這一技術在封堵復雜層段時不需要以井眼直徑尺寸作為犧牲，與上級套管的回接無內徑損失，鉆進可使用尺寸相同的鉆頭。

1.技術概述

膨脹套管鉆井技術的發展與延續最終得出了等井徑膨脹套管技術，應用于應急方案具體是在鉆井中使用等井徑膨脹套管，不會對井眼內徑造成損失，對復雜地層的封堵是通過臨時井壁的形成來實現的，不但能夠完成鉆井目的，對于井身結構也有完善與優化的作用[2]。該技術的應用能夠使用相同的鉆具規格來進行下步鉆進，除了完成鉆進操作外，對于鉆井成本控制、鉆井周期的提高也有積極作用。

對于井眼設計來說這一技術的研發是一項重要的突破，能夠在原完井尺寸增大或是維持的情況下縮小上部與中部井段井徑，因井眼錐度而造成的井內損失被降低，有助于更深的鉆井，獲得更為理想的完井內徑[3]。現階段，無內徑損失鉆井最優的技術方案就是等井徑膨脹套管技術，其技術優勢主要有四點。①降低建井成本，環保。等井徑膨脹套管系統的使用無需將多層大尺寸套管下入，能夠將開鉆井眼尺寸縮小，鉆達更深目的層可采取規格較小的鉆井工具與鉆井設備，對于水泥、套管、鉆井液等材料的消耗有節約的效果，能有效減少對環境的影響，從而實現對鉆井成本的控制。這一優勢在海洋鉆井、高費用鉆井項目中尤為突出。②對井眼錐度有減小甚至是消除的作用，鉆進無內徑損失，對井身結構設計是一種突破。等井徑膨脹套管技術系統中的套管結構經濟有效且為最優方法，無需降低井眼尺寸，能夠創造的效益不可估量。③對鉆井程序具有規范作用，設備尺寸縮小明顯增強了作業環境的安全性，對于陸地與海上安全作業均有重要意義。④應急應用中能夠作為鉆井尾管對復雜地層如枯竭層、漏失層、碎石帶等進行封堵。該系統的繼續鉆進不需將井眼尺寸縮小，主要是以膨脹尾管當成鉆井尾管應急應用，完成鉆探目標，需以常規套管作為覆蓋。

現階段，linEXX等井徑系統（Baker Oil Tools公司）、等徑井眼系統（Weatherford公司）、等直徑系統（Enventure環球技術公司）是國外主要的等井徑膨脹管系統研究。其應用還在現場試驗階段，在多個方面仍有不少技術問題，如施工技術、膨脹機構、金屬材料等，應用商業化還不具備實現的條件。

2.結構分析

本文主要介紹的是Baker Oil Tools公司所研制的系統結構。①可回收式引鞋，對膨脹套管進入至裸眼井段具有引導作用，是在膨脹管柱底部安裝，會在膨脹后脫落，可在管柱中留置，在重新開鉆時鉆掉，或是在井口與內管系統一起回收。②裸眼封隔器，在膨脹后，裸眼井段與膨脹套管會形成密封，其表面為彈性材料。③RC9內凹套管鞋，主要是在技術套管柱上安裝，尺寸特大，有助于套管柱與膨脹管之間的回接。其循環通道開關功能能夠對套管尺寸限制起到消除作用，可采取鉆頭、隨鉆擴眼器在固井后將之鉆掉。④密閉膨脹扶正器，無需定位螺釘或限位環，采取的是滑移式設計，以熱彎處理的4130鋼作為扶正條，入井是在收縮狀態，且同于管體外徑，能在小井眼處順利通過，膨脹時會在管體上緊緊固定。

3.應急應用探討

等井徑膨脹套管技術封堵地層是通過隔離井筒與地層實現的，使用套管進行操作時無需損失井眼內徑，能夠有效克服井眼減小的問題，對于深井和深水鉆達要求目標存在挑戰的作業尤其適用。

3.1層間封隔系統

在環空中借助膨脹管封隔層間，總共有兩套系統以保證層間封隔方式具有選擇性，區分兩套系統的依據是基礎套管底部凹槽套管鞋類型的不同[4]。一套系統中，能夠為環空流體進入套管管柱提供流動通道，而另一套系統則無通道在套管與環空中。在系統中，水泥層間封隔是由膨脹管裸眼封隔器替代的。以套管結構設計要求為依據，為解決套管鞋?244.45mm鉆進時產生的實際問題，在2006年以內凹套管鞋?250.83mmRC9-R在一些井內安裝，從而能夠采取膨脹管應急方案。對于等井徑膨脹管技術今后的應急應用發展來說，成功安裝與鉆掉內凹套管鞋是一個重要基礎。若水泥漿密度不需因預計壓差問題而降低，沒有裸眼井眼問題則無需將膨脹管下入。在2006年年底時這一系統首次進行了商業應用，應用地點在美國俄克拉荷馬州東南部。

3.2應用分析

等井徑膨脹管系統的應急應用第一次取得成功是在2010年5月，應用對象為埃及一口陸上復雜井，實施者為西班牙和貝克休斯石油公司，這一次成功應用具有標志性的意義。

這一復雜井采用的套管為?244.45mm，完成勘探目標需將套管下入2950m以下，完鉆井深度設計為4600m，復雜井具體為陸上垂直探井。在鉆進裸眼井段?311.15mm時出現坍塌、地層崩落、膨脹頁巖井段，2根加重鉆桿、8根鉆鋌、鉆頭等一些鉆具組合在處理事故時遺留在井中，3002m的落魚頂部位置。套管下入2859m，未到達目標深度。

針對這一問題，該公司采取的應急方案為等井徑膨脹尾管系統，該系統來自于貝克休斯，將內凹套管鞋RC9-R安裝在?244.45mm套管管柱的下部，將?203.2mm外徑等井徑膨脹尾管下入?244.45mm套管中，裸眼鉆井選擇?215.9mm，鉆進達3890m。膨脹坐封在尾管懸掛器到位后進行，將?244.45mm套管內凹套管鞋與膨脹管準確回接，尾管膨脹2859～2971m，上部套管需與內徑一致。采取膨脹尾管固井操作，加強井壁穩定性，封固尾管。在完成膨脹后，上部套管無內徑損失情況，封隔了復雜層，原井眼鉆具遺留的落魚頂部是回收式引鞋的位置。

在膨脹管作業中鉆具落魚在尾管之下尚屬首次，在完成膨脹后，可采取兩種方法進行下一步的操作。第一種方法是將斜向器側鉆下入膨脹管內，第二種方法是裸眼井造斜，操作位置是在等井徑膨脹管下部，擴眼器括眼，擴眼器選擇?203.2mm*?260.35mm。最后采取了鍛銑開窗側鉆，位置為2966m復雜層段，井眼為?203.2mm，鉆至3890m深度，將?177.8mm套管完井下入，裸眼井段測井沒有阻礙。

4.結束語

等井徑膨脹套管技術的應用有很大的發展前景，備受關注，但目前只有較少的現場試驗，要將其應用商業化還存在一定的難度，有待深入研究，解決其中的關鍵技術問題。因此，應重視其研發，加大投入以及研發力度，突破其中的技術問題。

參考文獻：

[1]侯婷，寧學濤，王斌，武柳根.膨脹套管技術在鉆井完井工程中的應用研究[J].中外能源，2015（20）：48-51.

[2]梁金豹，江屏，宋開紅，羅平亞，李春福.等井徑膨脹套管連接密封功能解耦與創新設計[J].石油礦場機械，2013（11）：48-51.

[3]唐明.等井徑膨脹套管螺紋接頭的應力分析[J].石油機械，2015（06）：11-15.

[4]蔡鵬，侯婷，吳柳根.塔河油田深層側鉆水平井膨脹套管鉆井設計及實踐[J].西部探礦工程，2015（08）：39-42.