胡 彪，何世明，劉愛民，王 歡

（1.西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，成都610500；2.中國石化西北油田分公司 鉆完井工程管理處，烏魯木齊830016；3.中油測井技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，北京100101）

實體膨脹管在封隔深井側(cè)鉆井復(fù)雜泥巖段的應(yīng)用

胡 彪1，何世明1，劉愛民2，王 歡3

（1.西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，成都610500；2.中國石化西北油田分公司 鉆完井工程管理處，烏魯木齊830016；3.中油測井技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，北京100101）

實體膨脹管不僅能有效封隔復(fù)雜地層，也能保證較大完井尺寸。但實體膨脹管在塔河油田封隔深井側(cè)鉆井復(fù)雜泥巖井段時，存在井壁失穩(wěn)、小井眼定向擴孔效果不確定、實體膨脹管膨脹規(guī)律及影響因素不明確、二開小井眼定向鉆進配套工具不完善，無成功經(jīng)驗可借鑒等施工難點。因此，對其擴孔工具、膨脹規(guī)律、二開鉆進配套工具等關(guān)鍵技術(shù)進行了可行性分析和現(xiàn)場試驗，并成功在試驗井斜井段實現(xiàn)437 m的復(fù)雜泥巖封隔。實踐表明：實體膨脹管能夠滿足深井側(cè)鉆井的封隔要求，并保證二開小井眼井段的順利鉆進。

實體膨脹管；定向擴孔；膨脹液壓力；深井側(cè)鉆

塔河油田為提高儲量動用程度，進行了?177.8 mm套管開窗側(cè)鉆［1］。為解決側(cè)鉆井斜井段大段不穩(wěn)定泥巖所引起的一系列問題，封隔該復(fù)雜泥巖段是最有效的辦法。采用?127 mm套管（內(nèi)徑?108 mm）封隔后，幾乎無法繼續(xù)二開鉆進。提出了采用實體膨脹管封隔斜井段的復(fù)雜泥巖。實體膨脹管在國內(nèi)外已廣泛的運用在堵漏、防砂、防塌等領(lǐng)域，并取得了很好的效果［2-3］。但是，在5 500 m深井側(cè)鉆井的應(yīng)用尚屬首次，因而對其膨脹參數(shù)、膨脹工藝等都提出了很高要求。實體膨脹管在塔河油田試驗井的成功應(yīng)用，創(chuàng)造了實體膨脹管在國內(nèi)下井最深、封固段最長2項紀錄。本文對其關(guān)鍵技術(shù)、配套工藝、現(xiàn)場試驗情況的總結(jié)，有利于后續(xù)實體膨脹管的推廣應(yīng)用。

1 施工難點分析

塔河油田油藏埋深在5 000～7 000 m，鉆探的直井主要為4級和3級井身結(jié)構(gòu)。試驗井原井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1。

表1 原井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

實體膨脹管在該井斜井段的施工難點是：

1） 井壁失穩(wěn)突出［1-4］為確保膨脹管的順利下入和施工，要求封隔段井眼較規(guī)則、井徑達到?178 mm以上。但該斜井段的大段泥巖易坍塌掉塊，增加了定向擴孔的難度。若浸泡時間超過20 d，垮塌掉塊嚴重時，甚至可能造成電測不暢，膨脹管柱下不到位等復(fù)雜井下情況。

2） 小井眼定向擴孔效果不確定 試驗井一開井深5 515 m，垂深5 477 m，造斜率4.5°／30 m，最大井斜31.5°。在此井深、大井斜、高曲率條件下，國內(nèi)鉆后擴孔技術(shù)尤其是擴孔工具難以保障小井眼的定向擴孔效果。另外，大段的不穩(wěn)定泥巖使得擴孔效果更充滿不確定性。

3） 膨脹規(guī)律及影響因素不明確 小尺寸實體膨脹管下至5 500 m以下深斜井段膨脹，存在膨脹規(guī)律、膨脹影響因素不明確，無現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒等難題，由此對實體膨脹管的膨脹施工參數(shù)、施工工藝都提出了挑戰(zhàn)。因此，有必要研究影響套管膨脹的因素，為選擇合理的膨脹施工參數(shù)提供參考。

4） 二開鉆進配套工具不完善 實體膨脹管固井后，通徑較小。常規(guī)鉆桿、動力鉆具、M WD儀器的強度及鉆壓、水力的傳遞等都存在一定局限性，若出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，處理難度將很大。因此，鉆具的合理配套能保證二開小井眼的有效鉆進。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 斜井段擴孔工具

實體膨脹管膨脹前外徑?139 mm，膨脹后外徑?149.3 mm，為實現(xiàn)其有效膨脹、提高封固段固井質(zhì)量，需將井眼擴至?178 mm以上。液力擴孔器在塔河油田的應(yīng)用效果表明，該擴孔器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，擴孔井徑規(guī)則等優(yōu)點［5-6］。其工作原理是利用活塞噴嘴產(chǎn)生的壓力降，外推擴眼刀翼達到擴眼的目的，停泵后刀片自動收回刀槽內(nèi)。通過YK系列液壓式擴眼工具的對比分析［6］，決定采用YK152-178型液力擴孔器進行擴孔作業(yè)，其主要參數(shù)如表2。

表2 YK152-178型擴孔器技術(shù)參數(shù)

2.2 膨脹影響因素模擬分析

實體膨脹管在斜井段施工，較直井難度大。因此有必要對其膨脹的主要影響因素：屈服強度、摩擦因數(shù)、膨脹率、膨脹速度、井眼曲率進行模擬分析，為實體膨脹管的膨脹施工提供理論支持。模擬實體膨脹管的相關(guān)參數(shù)如表3。

表3 模擬實體膨脹管參數(shù)

在模擬其中某一變量時，其他影響因素取值：屈服強度400 MPa、摩擦因數(shù)0.1、膨脹率15%、膨脹速度0.05 m／s、井眼曲率8°／30 m。模擬結(jié)果如圖1～5。

從圖1～3可以看出：

1） 隨著膨脹的開始，膨脹液壓力先迅速升高后稍降低并維持在恒定值；隨著膨脹管屈服強度的增大，膨脹液壓力增大。

2） 隨著摩擦因數(shù)的增加，膨脹液壓力增加較快。

3） 隨著膨脹率的增大，膨脹力也增大。

其中，屈服強度跟膨脹管本身材質(zhì)有關(guān)，摩擦因數(shù)則是由膨脹管內(nèi)壁與膨脹錐頭決定，因此膨脹施工液壓力大小主要與所選用的實體膨脹管有關(guān)。在選定膨脹管材后，膨脹液壓力越高，膨脹率越大（一定范圍內(nèi)），環(huán)空間隙也相對增加，有利于二開鉆進。但膨脹液壓力越高對膨脹管內(nèi)管柱密封性能要求也越高，膨脹施工的風(fēng)險也就越大。因此，有必要通過選擇合適的膨脹管、膨脹錐（推薦錐角在8～10°［7］）以及采取一些潤滑措施來減小膨脹液壓力，從而獲得理想的膨脹效果。

圖1 屈服強度與膨脹液壓力關(guān)系曲線

圖2 摩擦因數(shù)與膨脹液壓力關(guān)系曲線

圖3 膨脹率與膨脹力關(guān)系曲線

從圖4～5可以看出：

1） 隨著膨脹速度的增加，膨脹液壓力變化很小。

2） 隨著井眼曲率的增大，膨脹液壓力增加較緩。

因此，對實體膨脹管技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用而言，井眼曲率對實體膨脹管膨脹液壓力的影響很小，可忽略。膨脹速度對膨脹液壓力的影響也很小，可根據(jù)相應(yīng)工況條件合理選取。但根據(jù)金屬塑性變形理論，推薦膨脹速度為0.2 m／s［8］。

圖4 膨脹速度與膨脹液壓力關(guān)系曲線

圖5 井眼曲率與膨脹液壓力關(guān)系曲線

2.3 二開鉆具配套

針對二開小井眼鉆進，常規(guī)鉆具強度、鉆壓和水力傳遞存在的技術(shù)難題，配套了非常規(guī)?88.9 mm鉆桿、?105 mm螺桿鉆具、非常規(guī)小尺寸?104.8 mm MWD。通過水力參數(shù)計算可以看出（如表4），配套非常規(guī)?88.9 mm鉆桿在鉆進180 m后，泵壓為18.45 MPa，可以實現(xiàn)下部井段的有效水力傳遞，其強度也滿足要求。

表4 ?88.9 mm鉆桿水力參數(shù)計算數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

試驗井位在塔河油田主體區(qū)塊，石炭系上統(tǒng)卡 拉沙依組造斜，目的層為鷹山組，采用先期裸眼完井。其井身結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 井身結(jié)構(gòu)

3.1 施工過程

1） 井眼準備 從5 133 m開始側(cè)鉆，定向作業(yè)完鉆井深5 510 m，進尺368.3 m。并對5 120～5 510 m井段進行了擴孔作業(yè)，擴孔后電測裸眼平均井徑在180 mm以上，如圖7。通井至井底并對易阻卡井段反復(fù)劃眼，最后充分循環(huán)洗井，確保井眼滿足實體膨脹管下入、膨脹、固井作業(yè)要求。

圖7 擴孔后井徑變化

2） 實體膨脹管下入及膨脹施工 實體膨脹管下深5 070.8～5 508.0 m，共計437.2 m。?139 mm實體膨脹管柱結(jié)構(gòu)如圖8所示，自下而上為：旋流管、浮鞋、啟動器、實體膨脹管、膨脹懸掛器、喇叭口。內(nèi)管柱自下而上為：膨脹錐、對扣接頭、刮泥器、?73 mm鉆桿、轉(zhuǎn)換接頭、?88.9 mm鉆桿。對內(nèi)管柱組合鉆具進行了螺紋完整性檢查、通管、試壓（40 MPa），以確保膨脹施工能順利進行。

圖8 ?139 mm實體膨脹管管串結(jié)構(gòu)

做好膨脹管下入準備工作后，首先下入膨脹管柱坐放于井口（下入過程中，堅持清水灌漿制度），再下入內(nèi)管柱對扣后，正常下入。整個過程中，應(yīng)操作平穩(wěn)并嚴格控制下放速度，尤其是開窗、裸眼井段。直到膨脹管整體管串下至井底。

實體膨脹管柱下到井底，正常循環(huán)2周后，開始固井作業(yè)。泵入水泥漿碰壓后，連接700型壓裂車進行膨脹作業(yè)。壓力達到25 MPa時，開始膨脹施工。并根據(jù)實體膨脹管膨脹模擬結(jié)果，控制膨脹壓力低于35 MPa、泵的排量小于80 L／min、天車提升速度8 m／min左右。以立柱的方式膨脹，直到膨脹懸掛器和喇叭口的膨脹完成。

3） 小井眼定向作業(yè) 膨脹完成后，對實體膨脹管進行試壓并起出內(nèi)管柱。候凝、電測固井質(zhì)量后，使用?130 mm鉆頭繼續(xù)鉆進。施工井段為5 510～5 740 m，完成了230 m的小井眼定向鉆進。

3.2 應(yīng)用效果

膨脹管施工完成后，喇叭口位于5 080 m處，縮短了2%；437 m封固段試壓20 MPa，試壓合格；電測固井質(zhì)量，優(yōu)良率達84.9%。另外，電測顯示，普通套管內(nèi)實體膨脹管平均井徑為155.1 mm；在5 080～5 500 m井段，實體膨脹管井徑最大值為134.1 mm，最小值130.5 mm，平均井徑132.1 mm。二開小井眼鉆進和起下鉆期間，鉆柱進出實體膨脹管時無明顯阻卡。

綜上分析：實體膨脹管井徑穩(wěn)定，密封性能良好，固井質(zhì)量優(yōu)良。成功實現(xiàn)了斜井段復(fù)雜泥巖段的封固，保證了二開小井眼的順利鉆進。

4 結(jié)論

1） 斜井段擴孔效果不確定、膨脹規(guī)律及影響因素不明確、二開小井眼鉆進配套工具不完善是實體膨脹管技術(shù)在深井側(cè)鉆井應(yīng)用中的主要難點。

2） 實體膨脹管在斜井段膨脹，膨脹幅度、摩擦因數(shù)、膨脹錐錐角是影響膨脹力的主要因素；而膨脹速度、井眼曲率對其影響較小。

3） YK152-178型液力擴孔器，非常規(guī)?88.9 mm鉆桿、?105 mm螺桿鉆具、?104.8 mm MWD等工具的配套，為實體膨脹管的順利下入施工，二開小井眼的繼續(xù)鉆進提供了保障。

4） 從現(xiàn)場應(yīng)用來看，實體膨脹管井徑穩(wěn)定，密封性能良好，固井質(zhì)量優(yōu)良。成功實現(xiàn)了在深井側(cè)鉆井中對復(fù)雜泥巖段的有效封隔，保證了二開小井眼的順利鉆進。

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Application of Bulged Tube in Deep Sidetracking Well’s Complex Mudstone

HU Biao1，HE Shi-ming1，LIU Ai-ming2，WANG Huan3
（1.College of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Drilling and Completion Project Management Depart ment，Sinopec Northwest Oil f iel d Br anch，Ur umqi 830011，China；3.China National Logging Cor poration，Beijing 100101，China）

Expansion tube not only can effectively packer co mplex for mation，but can also ensure lar ger co mpletion size.However，it has many pr oblems about application in Tahe Oilfiel d，that wellbore instability，sli m-hole directional reaming uncertainty，expansion law and expansion influence factors are not clear，directional drilling tools are not perf ect，and t here is no successf ul experience for reference.Thus，studies were carried out f or the feasibility of these key technologies，like expansion law and acco mpanying tools.The practice of 437 mexpansion t ube was successf ull y applied in the field，which shows that the expansion tube can efficiently satisf y the requirement of packing co mplex mudstone in deep sidetracking well.

bulged tube；directional reaming；expansion hydraulic pressure；deep sidetracking

TE925

B

1001-3482（2014）06-0084-05

2013-12-04

胡 彪（1990-），男，四川成都人，碩士研究生，主要從事井壁穩(wěn)定方面的研究，E-mail：2802182855＠qq.co m。