膨胀管技术在塔河油田T816KCH2井的应用

2013-10-18夏文安张建涛仇恒彬

特种油气藏 2013年5期

胥豪，夏文安，张建涛，王涛，仇恒彬

(中石化胜利石油工程有限公司，山东东营 257017)

引言

膨胀管技术是国外在20世纪90年代发展起来的，主要包括膨胀管的生产制造、膨胀尾管悬挂器系统、胀管工具、现场施工工艺等[1－5]。目前，膨胀管技术在国外已经形成一套成熟的技术[6－7]。膨胀管技术广泛应用于钻井、完井及修井等方面，在钻井方面主要用于弥补井身结构缺陷和封隔缩径、坍塌、井漏或高压层段。

T816KCH2井位于库车县境内，直井于2004年完成，完钻井深为5820 m，完钻层位为奥陶系一间房组。由于产量降低和含水率上升，于2007年进行第1次侧钻，后来由于井筒落物回填，于2010年第2次侧钻，目前由于含水率急剧上升，决定进行第3次侧钻。第3次侧钻采用膨胀管技术封固上部地层不稳定泥岩和高压体系，然后采用Ø130 mm钻头钻至目的层，膨胀管技术在该井成功实施对塔河油田老井改造积累了宝贵的经验。

1 膨胀管钻井技术方案

1.1 侧钻方案论证

由于本井前期底水锥进程度较强，因此要求水平段避水位移大于235 m。井眼轨道设计时必须上提造斜点，以增加靶前位移，但是，上提造斜点会进入石炭系不稳定泥岩，同时，石炭系地层和目的层奥陶系地层，属于上高下低压力体系[9]，必须采用1层套管将石炭系地层封固;若直接采用Ø149.2 mm钻头从Ø177.8 mm套管侧钻并下入Ø127 mm无接箍套管，其内径仅为Ø108 mm，后续施工非常困难。

膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面具有独特的优势，并可以增加套管层次，简化井身结构，因此对膨胀管施工可行性进行了论证。论证认为:Ø177.8 mm套管内开窗侧钻后，利用Ø149.2 mm钻头钻进至奥陶系顶部，采用钻后扩眼/随钻扩眼工具将井眼尺寸扩至Ø165 mm，下入Ø139.7 mm膨胀套管固井，封隔石炭系泥岩和高压力体系，Ø139.7 mm膨胀管膨胀后内径可达到 Ø134 mm，可以利用Ø130 mm钻头并配合Ø88.9 mm特殊钻杆(接箍外径为Ø108 mm)继续钻进，方案可行。因此决定利用膨胀管技术对T816KCH2井进行改造。

1.2 井身结构和井眼轨道设计

一开采用Ø149.2mm钻头钻进，侧钻点选择在石炭系卡拉沙依组地层，井深为5280 m，侧钻后继续采用Ø149.2 mm钻头钻至5290 m。然后采用随钻扩眼钻头钻至良里塔格组底部，一开结束，下入Ø139.7 mm膨胀管固井，封隔石炭系卡拉沙依组和巴楚组、奥陶系桑塔木组不稳定泥岩地层和压力体系;随钻扩眼井段要求井径大于Ø165 mm，若井径达不到，则采用液力扩孔器进行扩孔，二开采用Ø130 mm钻头钻进，直至完钻。

轨道设计方面首先考虑膨胀管下入井段要求造斜率不大于0.333°/m，最大井斜小于60°，另一方面还需要满足靶前位移大于235 m的避水要求。

1.3 随钻扩眼方案

为了节约钻井周期，降低钻井成本，T816KCH2井采用了随钻扩眼钻头[10]。选择使用NOV公司的CSDR5211S－B2型随钻定向扩孔钻头。

1.4 动力钻具优选方案

动力钻具选择的主要原则在于适应小井眼低排量要求，能够为钻头提供足够的转速和扭矩。根据CSDR5211S－B2钻头推荐参数，需要达到180 r/min的转速，并且能够输出稳定的扭矩，因此对动力钻具性能提出了更高的要求。经过调研，最终选用了PAISANO公司生产的475K4570型动力钻具，该动力钻具具有排量范围广、压降低、功率高、转速高的特点，能够满足随钻扩眼施工需要。

2 钻井施工难点分析

(1)膨胀管施工对井眼轨迹要求高。井眼轨道对造斜率和稳斜角提出了相应的要求，因此施工时需精确控制轨迹，造斜段确保轨迹圆滑，稳斜段确保井斜稳定，满足膨胀管下入要求。

(2)随钻扩眼，轨迹控制困难。一方面深井工具本身控制困难，另一方面采用偏心PDC随钻扩眼钻头，钻头扭矩大，且不均匀，因此定向工具易出现大幅度摆动，导致造斜率异常。

(3)循环压耗大，设备能力要求高。由于井深，且为小井眼，受制于环空尺寸和钻机能力，钻井液排量受到限制。

(4)小井眼施工难度大。二开为Ø130 mm井眼，且井深接近6000 m，工具匹配难度大，缺乏施工经验。

3 施工过程

3.1 开窗及侧钻

采用Ø177.8 mm液压扩张式套管锻铣器进行开窗，开窗井段为5267.00～5297.00 m，然后回填，并扫塞至设计造斜点(井深为5280.00 m)，之后进行侧钻。侧钻钻具组合为:Ø149.2 mm牙轮钻头+Ø120 mm2.5°动力钻具+Ø88.9 mm无磁钻杆+Ø120mm MWD短节+Ø88.9 mm加重钻杆+Ø88.9 mm钻杆。采用控时钻进的方式，前2 m控制在0.2～0.3 m/h，然后逐渐提高钻进速度，通过砂样判断侧钻效果，直到返出地层岩屑为80%左右，恢复正常钻进速度，钻至5292.00 m，侧钻成功。

3.2 随钻扩眼井段

随钻扩眼井段钻具组合为:Ø146 mm×Ø165 mm CSDR5211S随钻扩眼钻头+Ø120 mm(1.50～1.83°)动力钻具 +Ø120 mm MWD短节 +Ø88.9 mm无磁钻杆+Ø88.9 mm加重钻杆+Ø88.9 mm钻杆，钻压为20～40 kN，受制于设备能力限制，钻井液排量为10.5L/s，造斜初期工具面难以稳定，对造斜率形成较大影响，当单弯度数为1.50～1.75°时，造斜率仅为 0.100 ～0.233°/m，后来将单弯动力钻具度数调整为1.83°，造斜率逐渐增加，能够达到0.233～0.333°/m，一开钻进至井深5692 m完钻。

3.3 膨胀管施工

一开完成后，首先电测井径，由于部分井段井径小于Ø165 mm，必须采用液力扩孔器进行钻后扩孔，共采用4个YK152－178型扩孔器，完成扩孔后再次对井径进行测量，满足要求后对全井钻具投球试压，试压30 MPa，稳压10 min，压降为0，满足膨胀管施工要求。然后开始下入膨胀管，共下入467.55 m膨胀管，膨胀管下入管串结构为:膨胀工具组合+对扣接头+安全接头+挡泥器+Ø73 mm加厚油管+挡泥器+转换接头+Ø88.9 mm钻杆。

膨胀管下至井深5690.68 m后开始循环，准备固井，固井期间注隔离液4 m3，密度为1.90 g/cm3的超缓凝水泥浆4.6 m3，注隔离液1.5 m3，顶替液20 m3，碰压19 MPa。固井后开始进行膨胀作业，膨胀作业时保持压力为18～22 MPa，保持悬重波动范围小于180 kN。根据膨胀速度上提钻具，每膨胀完1柱，泄压后卸立柱，继续重复此作业。直至膨胀管全部膨胀完成。膨胀完成后侯凝72 h，开始探塞面，扫塞。膨胀管主要性能及参数见表1。

表1 膨胀管施工前后参数及性能对比

3.4 二开井段

二开井段为Ø130 mm井眼，钻具组合为Ø130 mm PDC钻头 +Ø105 mm(1.25～2.00°)动力钻具+Ø105 mm MWD短节 +Ø105 mm无磁钻铤 +Ø88.9 mm特殊钻杆 +Ø88.9 mm加重钻杆 +Ø88.9 mm钻杆，钻井液排量为9～11 L/s。主要工艺包括:①采用Ø105 mm动力钻具，由于小钻具柔性大，造斜率偏高，Ø105 mm 2°动力钻具造斜率可达到0.567～0.733°/m;②定制了 Ø108 mm接箍外径的钻杆，确保能够顺利通过膨胀管井段;③采用小直径MWD仪器;④在钻头选型方面，由胜利钻井院专门制作了PK6167M型PDC钻头，满足了施工的需要，且克服了小尺寸牙轮钻头使用时间短，易发生事故的缺点。钻至B点后，应地质部门要求加深100 m完钻，实际完钻井深为6058.00 m。