膨脹波紋管封隔坍塌煤層技術在大牛地成功應用

劉桂君

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司，河南鄭州450000）

膨脹波紋管封隔坍塌煤層技術在大牛地成功應用

劉桂君*

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司，河南鄭州450000）

煤層、泥巖坍塌一直是困擾大牛地氣田鉆井提速提效的難點。處理地層失穩坍塌耗費工期，經濟損失巨大。膨脹波紋管技術是借助水力打壓將異形截面的波紋管膨脹，再在脹管器的機械作用下修整成圓管以封隔復雜地層的一項新型技術。大牛地氣田PG22井側鉆鉆遇大段不穩定煤層和泥巖。在該井下入109.1m膨脹波紋管成功封隔了2880～2985m井段的易垮塌煤層和炭質泥巖互層，保障了該井的順利施工和完鉆，為該區塊坍塌煤層和泥巖問題的解決提供了新的技術手段。

大牛地氣田；膨脹波紋管技術；煤層

煤層、泥巖坍塌一直是困擾大牛地氣田鉆井提速提效的難點，一旦地層失穩坍塌，不但耗費工期，經濟損失也十分巨大。膨脹波紋管技術主要用于鉆井過程中在不減小井眼尺寸的情況下封隔各種復雜地層，補貼損壞套管，延長技術套管長度等。該技術為大牛地氣田坍塌煤層和泥巖問題的解決提供了新的技術手段。

1　膨脹波紋管技術簡述

1.1技術原理

膨脹波紋管技術（Expandable Profile Liner Technology，EPL）是將異形膨脹波紋管通過上層套管下至待封隔地層，水力膨脹后采用脹管器的機械修整成圓管以封隔復雜地層的一項新型技術［1］［2］。圓形管材通過冷壓處理，使圓管徑向發生塑性變形，截面形狀呈波紋狀，用以減小圓形管材的外徑，使其可以通過上層套管或裸眼，通過送入工具將管串送到目的位置后，用液壓將其膨脹，使其恢復成圓形，內徑能通過原尺寸鉆頭。

圖1　波紋管成型和膨脹

1.2波紋管結構及連接方式

波紋管的截面形狀見圖2。D1為膨脹波紋管大徑，通常略小于上層套管通徑以保障入井管串順利下入至目的井段。D2為膨脹波紋管小徑。

圖2　波紋管截面形狀

各系列膨脹波紋管的性能參數見表1。膨脹波紋管膨脹主要方式是固井水泥車水力膨脹。水力膨脹壓力一般在18～25MPa。水力膨脹后采用機械脹管器進一步修整膨脹波紋管［3］。

表1　各尺寸波紋管性能

綜合考慮材料、截面形狀和膨脹特性，波紋管采用圖3所示的連接方式。波紋管和兩端的封隔器采用焊接的方式，封隔器另一端均為螺紋與球座和送入工具相連。采用X射線數字直接成像的方式現場檢測焊縫質量。

1.3施工工藝

圖3　波紋管管串連接方式

波紋管膨脹工藝主要包括井眼準備、波紋管管串準備和波紋管膨脹施工3個方面。膨脹波紋管技術施工流程：

（1）鉆穿不穩定地層，測井，確定待封隔離地層位置和井眼尺寸；

（2）根據井眼尺寸，設置擴眼工具面，擴眼后，測井，選擇波紋管下入位置；

（3）下入膨脹波紋管，管串組合：下堵頭（球座）+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小；

（5）倒開膨脹波紋管上端扣，起出送入工具；

（6）下入脹管器進行機械膨脹，達到設計尺寸；

（7）下入原鉆井鉆具組合，繼續鉆進。

目前，膨脹波紋管技術在勝利油田、江蘇油田成功的進行了多口井的現場應用，見表2。

表2　膨脹波紋管部分井應用

2　PG22井坍塌地層中膨脹波紋管現場應用

2.1PG22井煤層坍塌問題

PG22井二開套管固井后，套管脫扣，后套管開窗側鉆。側鉆過程中鉆遇煤層，環空井壁失穩坍塌，不連續返漿，出現阻卡。劃眼憋泵、憋轉盤嚴重。鑒于2940～2972m井段為太原組太1段煤層和灰黑色泥巖互層段，井壁穩定性差，一旦失穩，后續施工風險大大提高。因此，確定回填側鉆下膨脹管封固失穩井段，然后使用?149.2mm鉆頭進行后續施工方案。

2.2膨脹波紋管施工方案

根據PG22井煤層坍塌封隔施工方案如下：

（1）自2875m側鉆，擴孔井段2875.00～3000m；

（2）雙井徑測井確定封隔段井徑，根據井徑確定是否鉆后擴孔；

（3）下入110m左右膨脹波紋管封隔2880～2985m易垮塌井段-煤層和炭質泥巖互層；

（4）液壓膨脹后采用螺旋脹管器、球形脹管器機械修整膨脹管，最后采用Φ149.2mm平底磨鞋通井；

（5）施工后下入Φ149.2mmPDC+1°螺桿恢復鉆進。

2.3PG22井膨脹波紋管現場施工

2.3.1擴孔施工

10月8日下入CSDR5211S定向隨鉆擴孔鉆頭。鉆進至2970.96m，鉆時升高起鉆。隨鉆擴孔施工井段井眼軌跡數全角變化率在（4～9.4）°/30m。隨鉆擴孔施工井段井眼軌跡數據見表3所示。由于錄井顯示2980～2983m可能存在易坍塌煤層，下入6″PDC鉆頭鉆進至3000.8m施工后，PG22井裸眼段狗腿度在（4～9.2）°/30m之間。由于井徑未達到要求，14日下入YK152-178型水力擴眼器，16日擴至2990m后起鉆下入膨脹波紋管。

2.3.2膨脹波紋管施工

施工中，共下入脹波紋管109.1m，共計13道焊縫，現場檢測無缺陷。

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表3　井眼軌跡（實鉆）

17日下膨脹波紋管至2865m；采用固井水泥車階梯打壓至18MPa穩壓20Min后打壓至28MPa。上提下壓15t驗封，倒扣后起鉆。

①螺旋脹管器機械膨脹。鉆具組合：135mm球底磨鞋+ ?149mm螺旋脹管器+?88.9mm加重鉆桿5柱+?88.9mm鉆桿119根+?88.9mm加重19根+?88.9mm鉆桿。鉆壓20kN，轉速46r/min，排量13.2L/s，泵壓21MPa，19日下探至2988m放空，起鉆。

②球形脹管器機械膨脹。鉆具組合：?149mm球形脹管器+?88.9mm加重鉆桿5柱+?88.9mm鉆桿修整參數：鉆壓1～2t，轉速65r/min，排量12.1L/s，泵壓18MPa，轉盤扭矩6.0～8.7kN·m。機械膨脹完后，扭矩平穩；上提下放無顯示。

③?149.2mm平底磨鞋磨銑球座后，下入PDC+1°螺桿通過膨脹波紋管下鉆到底，恢復正常鉆進。

PG22井下入膨脹波紋管后恢復正常鉆進，于10月31日順利鉆達設計完鉆井深4095m，后經過通井、測井、下完井預置管柱等工序，11月10日完井。

3　現場應用效果分析

膨脹波紋管后恢復正常鉆進，完井前起下定向鉆具5趟、常規通井鉆具2趟、鉆具傳輸測井2趟、下完井管柱1趟，所有入井工具最大外徑147mm（不包括鉆頭），均正常順利通過膨脹波紋管井段，顯示膨脹管完全滿足后續安全施工的需要。膨脹波紋管入井后又經過22天的鉆井施工，封固井段穩定，管柱也未發生任何形變、移動，為鉆井施工提供了安全穩定井眼，保證了該井順利完成。

膨脹波紋管技術應用避免了因井壁失穩造成的重復進尺施工，保障了順利施工產生了明顯的經濟效益——不包括減少的其它間接損失，僅日費就節省了96.6萬（除去施工費用）。使用膨脹波紋管技術封堵易塌地層是一項節時省費的有效措施。

4　結論

（1）膨脹波紋管技術封隔坍塌煤層和炭質泥巖互層的成功應用，解決了PG22井側鉆段煤層和泥巖坍塌的難題，使后續施工和完井得以順利實施，為大牛地氣田地層坍塌問題解決提供了新的技術手段。

（2）膨脹波紋管技術不僅能夠封隔漏失地層、封隔坍塌地層、還能夠簡化井身結構、補貼套管，在大牛地氣田有著廣泛的應用前景。

（3）由于定向隨鉆擴孔后井徑難以保障達到膨脹波紋管應用要求，建議后期直接采取鉆后擴孔。

［1］楊順輝，黃永洪，陶興華，吳波，黎學年，涂玉林.可膨脹波紋管技術在韋15-19井的應用［J］.石油鉆探技術，2007（3）：55-57.

［2］陶興華，朱宏武，張宏，等.波紋管成型及膨脹過程力學性能分析［J］.石油機械，2011，39（3）：12-15.

［3］陶興華，朱宏武，王鎮全，等.膨脹波紋管脹管器結構設計與試驗［J］.石油機械，2011（7）：30-33.

TD26

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1004-5716（2016）03-0080-03

2015-03-17

劉桂君（1972-），男（漢族），山東商河人，工程師，現從事石油鉆井工程技術工作。