膨脹套管技術在鉆井完井工程中的應用

魯億

摘要：套管鉆井是利用常規的套管或尾管代替鉆桿作為鉆柱進行的鉆進過程，對鉆頭施加扭矩和鉆壓，實現鉆頭的旋轉與鉆進。整個鉆井過程不再使用鉆桿、鉆鋌等，可回收式的鉆具懸掛并連接在套管底部，鉆具是利用鋼絲繩或電纜投撈，在套管內實現鉆具升降，即實現不提鉆更換鉆頭、鉆具。減少了起下鉆和井噴、卡鉆等意外事故的發生，提高了鉆井安全性，降低了鉆井成本。套管在鉆進過程中的旋轉也是靠頂驅來驅動。

關鍵詞：鉆井;膨脹套管;技術

引言

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。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。

1.技術概述

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。

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。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。

2.套管鉆井技術應用的范圍

在我國石油新研發的套管鉆井技術中還存有一些沒有研究的課題所以在應用上有局部的限制，不能應用到任何的鉆井過程中，所以要了解套管鉆井技術的應用范圍十分重要。

2.1套管鉆井技術使用于油藏儲量比較穩定的儲油結構和地理位置

這是由于由于套管鉆井的工藝設計比較簡單，沒有測井工藝步驟，不通過測井了解油藏儲油層的深度和儲層的發育情況，是鉆井完畢后直接進行固井完井工序，然后射孔采油。因此在套管鉆井之前必須保證油層的發育情況和油層儲油的絕對穩定，才能進行套管鉆井。

2.2套管鉆井適用于油藏底層的傾角較小的地域

由于在各種鉆井過程中不可避免的存有井斜的現象，井斜直接的影響結果是導致鉆井的深度和垂直性存在不符要求的差異，井斜越大，這種差異就會越大。油藏底層傾角的大小直接決定著井斜的程度。因此在套管鉆井中，在設計計劃鉆井的區域范圍是要特別注意，區域底層的傾角要小，還要裂縫的性質為不發育裂縫，才有利于在套管鉆井中對井斜的控制保證鉆井質量。

3.套管鉆井中的準備條件

就位鉆機基座必須水平，為設備平穩運轉及鉆井過程中的防斜打直創造良好的條件。

套管鉆井中所選擇套管必須是梯形扣套管，因其絲扣最小抗拉強度是同規格型號圓形扣套管的2倍左右，能有效增大套管鉆井過程中的安全系數;其次梯形扣套管，便于操作過程中上卸扣鉆頭優選條件必須滿足施工中扭矩盡可能小，水馬力適中的原則。根據扭矩的情況，可以考慮選擇牙輪鉆頭和PDC鉆頭。因牙輪鉆頭數滾動鉆進，能有效減少轉盤及套管扭矩，但其要求鉆壓較大，不利于套管柱的防斜。PDC鉆頭需鉆壓小，一般（20-60KN），鉆進速度較快，套管柱所受彎曲應力小，扭矩小，符合選擇要求。在選擇鉆頭的同時，還要求選好水眼。水眼過小，總泵壓高，對套管內壁沖蝕嚴重，長時間高壓容易損壞套管;水眼過大，鉆頭處沖擊力低，將影響鉆井速度。

4.套管鉆井施工中需注意幾方面問題

4.1井斜控制問題

套管鉆井過程中，井斜控制是首要問題，井斜直接影響到所鉆井眼的垂直深度。也就是說油層的埋藏深度與所鉆實際深度能否相穩合，關鍵取決于井斜。控制鉆壓10-30KN合理范圍內鉆進。由于套管鉆井時，套管柱中沒有鉆鋌和扶正器等，在加壓過程中，套管柱受壓極易彎曲導致井斜。因此鉆井過成中要嚴格控制鉆壓，從這個角度講，選擇PDC鉆頭更適合于套管鉆井。轉盤轉速控制為低轉速，一般控制在60-120r/min內，低轉速鉆進過程，有利于套管柱的穩定，有利于井斜的控制。井架基座安裝平直，保證開鉆井口垂直，加強中途測斜監控，一方面便于了解控制下部井斜控制情況，另一方面便于計算垂深。

4.2套管保護問題

套管鉆井完井后，套管柱直接留在井內，因此對套管保護很重要。要使用套管絲扣膠。套管依靠絲扣密封，在套管鉆井過程中，要使用套管專用膠，保證絲扣部位密封可靠，聯接牢固。套管防腐問題。套管鉆進時，由于旋轉，外壁受到磨損，其外防腐層容易脫落。內壁受到鉆井液的沖刷，內防腐層也受到沖蝕。一是要求用于鉆井的套管，做好內外涂層防腐;二是鉆井中采用低轉速小鉆壓鉆進，有利于減少套管外壁的磨損，三是采用增大鉆頭水眼尺寸，降低管內泵壓，減少鉆井液對套管內壁的沖蝕。

4.3鉆井參數控制

鉆壓控制在10-30KN。一是有利于防止套管彎曲引起井斜;二是有利于減少套管扭矩，防止鉆進過程中出現套管事故。轉速控制壓60-120r/min。其優點是：①減少套管柱扭矩;②低轉速鉆進，有利于減輕套管柱外壁與井壁之間的磨損。總泵壓控制在6-7MPa以內。一是減少鉆井液對套管柱內壁沖蝕;二是減少對回壓凡爾的沖蝕磨損。

4.4完井工藝過程控制

鉆頭上部、套管柱底部安裝回壓凡爾，有利于固井施工后能實施敞壓侯凝。完鉆后要處理好鉆井液的粘切性能，并充分循環洗井，為提高固井質量做好準備。固井施工采用壓塞碰壓固井，碰壓后試壓，并盡可能敞壓侯凝。如果敞不住壓，可實施蹩壓侯凝，所蹩壓力為最大替壓三分之一左右，并分別在3小時后放掉50%，8小時后放盡。

伴隨我國石油資源的不斷開采，常規油層以及進入開采末期，深油層以及超深油層等儲備石油資源的開采價值逐漸升高。對超深井、復雜地質環境井的鉆井施工項目較為密集。與常規井鉆井相比，上述類型的鉆井施工難度較高，其中較為顯著的問題是無法良好解決鉆井過程中的壓力體系平衡問題，導致一系列施工問題出現。膨脹套管技術對于此類弊端有良好的環節作用，首先該技術可以實現長井段的井眼封堵作用，針對坍塌、井漏、高壓層等復雜鉆井問題有很好環節作用，其次可以優化井身結構，提高井深結構的錐度實現更深層的鉆井施工。

結語：

膨脹套管鉆完井技術能有效解決復雜地層封 堵、井身結構優化和完井內徑過小等復雜鉆完井難題， 膨脹懸掛器作為膨脹套管技術的衍生產品，有效拓寬了懸掛器應用領域，為復雜井況條件下尾管完井提供技術手段。

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