中石化华北油气分公司石油工程技术研究院 河南郑州 450006
摘要：为有效解决柳杨堡气田刘家沟组裂缝发育井段易垮塌易漏失问题，首次在华北分公司柳杨堡气田水平井LP10H井试验Φ215.9mm膨胀波纹管技术堵漏，通过双井径测井、扩眼作业、膨胀波纹管入井、水力膨胀、两次机械膨胀和磨鞋通径，成功实现裂缝性地层的封堵，达到膨胀波纹管堵漏效果，为下部易塌地层施工创造条件，也为该地区漏塌地层水平井施工提供有效技术手段。
关键词：刘家沟组；裂缝发育；漏失；LP10H；膨胀波纹管
引言
柳杨堡气田为中石化华北分公司在鄂尔多斯盆地西部重点区块，2013年确定了以水平井配合分段压裂为主要方式对该气田进行开发评价，该地区主要目的层为石盒子组、山西组、太原组，储层埋深在3800-4000m之间，平均地温梯度3.37℃/100m，井底温度在130-140℃之间。施工水平井复杂情况较多，主要体现在漏失量大、漏失层位多，平均单井漏失量3389.54m3，卡钻事故较多，导致钻井周期较长，其中LP3T井施工周期高达193天[1-3]。LP10H井位于柳杨堡气田中部，为裂缝较发育地区，该井钻至3332m共计发生16次失返性漏失，堵漏30次，损耗41.61天。为有效解决漏失问题，采用膨胀后的波纹管对实现对大段裂缝性地层进行封堵，下入膨胀管串总长109.1m，成功实现封闭井段3021m~3071m，有效减少漏失，保障了后续井段的顺利施工。
1膨胀波纹管技术原理
膨胀波纹管技术主要用于封隔各种井漏、井塌等复杂地层，补贴损坏套管，延长技术套管长度等，其最大优点是在不损失井眼尺寸的情况下创造稳定的井下环境，能够极大降低钻井风险。
其原理是通过对塑性变形较好的圆形管材进行冷压处理，减小外径，形成截面呈“8”的波纹管（如图1所示），待管串入井后，通过水力膨胀和机械膨胀相结合将其完全膨胀成圆形管，紧贴井壁，达到有效支撑井壁、封隔漏失地层的目的[4-6]。本井采用Φ220mm膨胀波纹管进行膨胀，壁厚7mm，膨胀后抗内压强度43.8MPa，抗外挤强度12MPa。
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图1 “8”型波纹管截面示意图
R—最大外半径；D1—水平外径；D2—波高；H1—波谷处内径；
r1—波谷外圆半径；r2—波峰处外半径；s—壁厚。
2 膨胀波纹管技术现场试验
2.1 LP10H井基本情况
LP10H井为柳杨堡一口评价水平井，位于区块中西部，邻井施工过程中存在严重漏失，漏失情况见表1。LP10H井于2014年9月18日2：00开钻，截止11月14日0：00，共发生16次失返性漏失，共计堵漏30次，其中常规堵漏22次，打水泥塞堵漏4次，凝胶或纤维材料堵漏4次。共计损耗41.61天。共计漏失量达5240.10m³。如不能很好的解决井漏问题，造斜段后期很难提高钻井液密度。
表1 柳杨堡气田水平井漏失统计
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LP10H井设计完钻层位为石盒子组，设计井深5029.81m，设计垂深3805.00m，采用三级井身结构裸眼预制管柱完井，具体见表2。
表2 设计井身结构
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LP10H井主井眼施工多次出现漏失，采用常规技术堵漏后，仍有一定程度的渗漏，重复堵漏后效果不明显，后续直井段钻进施工中钻井液密度大于1.21g/cm3仍然发生漏失；施工队采用循环验漏，判断本井主要漏失层位位于刘家沟组，井深3042-3063m井段，地层温度101.2°。为防止后续大斜度井段井壁失稳，LP10H井进行Φ215.9mm膨胀波纹管试验。
2.2 施工过程
LP10H膨胀波纹管施工主要包括井眼准备、波纹管下入、水力膨胀、机械膨胀以及磨鞋通径，其中井眼准备包括测井和扩孔作业[7-8]。
膨胀波纹管入井要求：
（1）3025~3070m井段，井眼狗腿度<5°/30m。
（2）双井径测井井径在Φ223~Φ276mm之间。
（3）入井前井壁无垮塌、无阻卡钻情况，钻柱顺利下至3020m。
2.2.1测井作业
采用双井径测井测量井段3019-3090m，测量结果见图2。其中波纹管入井要求井径为Φ237mm井径，由图可知，大部井径在Φ223~Φ254mm之间，局部为Φ223~Φ230mm，未达到膨胀管入井井径要求，需要采用扩眼施工。
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图2 LP10H井3019-3090m双井径图
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图3 YK216-240型水力扩眼器
2.2.2扩孔作业
扩眼质量的好坏直接决定了后期膨胀施工能否顺利进行。前期施工采用PDC钻头进行施工，由于地层存在大段泥岩，导致井壁掉块，存在台阶情况。通过分析，计划扩眼作业优选YK216-240型孕镶PDC刀翼式水力扩眼器（见图3），该扩眼工具主要由外壳体、泵压调节装置、活塞总成、复位弹簧、刀片等组成，工作原理是利用钻井液产生的压力降推动活塞运行，控制内嵌式刀片张开与收缩[9-10]。
扩眼段为3025~3070m，下钻控制速度，3000m之前不允许开泵循环，遇阻不大于5t，下至3020m先开顶驱，开泵，排量由小到大，防止牙瓣卡在井壁，最后控制排量在20L/S，造好台阶，在进行正常扩孔保证扩眼施工的平稳作业，具体施工参数见表3。扩孔过后，井径在240-255之间，井径偏大，超出原设计，因此重新选择坐封点为3021m、3071m。做膨胀波纹管下入准备。
表3 扩眼参数（Table 5 Reaming parameters）
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2.2.2膨胀管下入
波纹管串采用常规钻具输送方式入井，管串结构：钻柱＋提升短节＋上接箍+上过渡接头＋波纹管＋下过渡接头＋下接箍+下堵头。每根波纹管间隔绝空气焊接，保证焊接强度。焊接后均采用便携式X射线设备检测。通过检测，焊缝达到设计要求，未发现明显缺陷。
膨胀波纹管下入过程中，表套以内快速下放，出表套后放慢速度，控制下放速度，超过2500m后严格控制下放速度在13-15min/柱。同时注意及时灌浆，防止环空含砂钻井液进入钻杆内，影响后期投球作业。
膨胀管总长109.1m，地面测量外径146mm，膨胀管封闭井段2877m~2986.1m，井斜为59.72°~73.69°，全角变化率在4~9.4°/30m。
2.2.3水力膨胀
膨胀管下至预定位置后，投球座封后，水泥车阶梯式打压，打压过程：0—6.3—8.1—11.1—14.0—17.1—19.2—20.2MPa，14MPa前每级稳压10min，14.0MPa后每级稳压15min，压力不下降，达到预期压力，水力膨胀完成，完毕后正转倒扣起钻（膨胀管丢手）。
2.2.4 机械膨胀
由于水里膨胀无法保证膨胀管内壁平滑，因此必须下入机械膨胀工具，对膨胀波纹管进行膨胀作业，进一步增大膨胀管的形变，使其与井壁的贴合程度更高，满足后期钻具通过的要求[11]。机械膨胀作业共计施工2次。
第一趟采用“Φ220mm圆底磨鞋+Φ215.9mm三滚轮胀管器膨胀，其中圆底磨鞋主要用于磨铣上接箍、下堵头和下接箍，并引三滚轮胀管器顺利进入波纹管；三滚轮胀管器则是依靠钻压和扭矩共同作用产生外挤力，胀开上下过渡接头及一定程度修正波纹管本体，膨胀到3070m，下探至2988m放空，起钻。
第二趟采用Φ220mm球形偏心胀管器膨胀，利用球体3mm偏心结构设计，修整波纹管串，每单根修整3次，畅通后接单根，膨胀施工扭矩平稳，机械膨胀完成后上提下放无显示。膨胀后内径达226-240mm，满足后续施工要求。
2.2.5磨鞋通径
最后，进一步提升波纹管内壁平滑性，下入平底平底磨鞋进行磨洗作业，去除圆底磨鞋磨铣期间的附件残留，修整机械膨胀造成的管体损伤。同时将将下堵头磨铣掉，整体施工顺利。
磨鞋通径起钻后，下入Φ215.9mm平底磨鞋＋变丝接头（411→4A10）＋Φ159mm钻铤3根+Φ127mmHWDP15根＋Φ127mmDP钻具组合通过膨胀波纹管，顺利下钻到底。
2.3效果评价
下部施工将222.3mm钻头更换为215.9mm。采用钻具组合：Φ215.9m钻头+φ172mm单弯动力钻具+ MWD无磁循环短节+φ159mm无磁钻铤9m+φ159mm无磁转换接头+φ127mm无磁承压钻杆9m+φ127mm加重钻杆+φ127mm斜台阶钻杆+φ127mm钻杆。
钻具组合起、下钻经过膨胀管时，无遇阻显示，恢复正常钻进。
采用波纹膨胀管封堵后，后续施工承压达到3MPa，满足后期提高钻井液比重，保障井壁稳定需要。
3结论
（1）膨胀波纹管试验是在柳杨堡气田的首次应用，成功在实现裂缝性易漏失地层膨胀管施工，实现了高温深井膨胀波纹管顺利入井。
（2）通过水力膨胀、机械膨胀及磨鞋通径三种方式进行扩眼施工，膨胀波纹管内径能够满足后期钻具下入需要。
（3）膨胀波纹管堵漏技术适用于柳杨堡气田水平井造斜段上部刘家沟组裂缝性地层，有效降低漏失，保障水平井造斜段下部复杂地层施工。
参考文献
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