实体膨胀管补贴套管技术在张海31－27井的应用

王永刚

陶瑞东，李贵宾，张建荣 张连水，刘亚龙，杨杰 （中石油渤海钻探工程有限公司第三钻井工程分公司，天津300280）

膨胀管技术[1]是Shell公司于20世纪90年代开始研发的一项新技术，1999年首次应用，被称为“21世纪石油工业发展的核心技术之一”。目前国内已经制定了石油行业标准SY/T6802－2010《油田套管补贴用膨胀管总成》，并研制出了实体膨胀管[2～4]、膨胀筛管、膨胀式尾管悬挂器[5]等不同类型的膨胀管，广泛用于油田开发中。实体膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内后进行膨胀，在冷作硬化效应下，管材强度和刚性得到提高，膨胀变形后的机械性能达到API套管J55－N80钢级的水平。大港油田埕海2－2人工岛张海31－27井使用国产实体膨胀管补贴套管技术有效地封堵了ɸ244.5mm生产套管漏点[6～8]，解决了套损问题。

1 实体膨胀管补贴套管技术

1.1 技术原理

张海31－27井应用北京盛隆源科技开发有限公司生产实体膨胀管，其工作原理如图1所示。将膨胀管下至预定井深，录取原悬重；调整ɸ73mm加厚油管方余；连接高压泵管线，开始打压胀管，液体通过油管进入胀头 （膨胀锥）下部的发射室，当压力达到胀管工作压力时液体推动胀头上行迫使膨胀管发生径向膨胀，并推动胀头及上部拉管上行，此时指重表显示悬重应略微减少；上提拉管保持指重表指示悬重略大于原悬重，利用发射室内液体压力及大钩上提拉力联合实施胀管；随着拉管串慢慢上升，实体膨胀管上下9道橡胶密封与被补贴套管内壁过盈配合，达到密封效果，当胀头从膨胀管内提出，压力明显下降，胀管结束，膨胀管悬挂在被补贴套管上，套管补贴完成。

图1 实体膨胀管补贴套管结构示意图

1.2 实体膨胀管技术参数

实体膨胀管结构如图2所示，其技术参数见表1。

图2 膨胀管结构示意图

表1 膨胀管参数

1.3 实体膨胀管技术指标

实体膨胀管技术指标如下：①膨胀管膨胀施工压力≤45MPa；②修复后，补贴段通径为196mm；③修复后补贴段密封压力不低于15MPa；④修复后膨胀管机械性能达到J55钢级。

在现场使用的实体膨胀管必须达到以上技术指标，否则漏点不能被有效封隔，且由于实体管的存在使补贴段内径缩小导致无法实施下一步补救措施，造成油气井报废。

2 现场应用

2.1 张海31－27井基础数据

张海31－27井位于河北省黄骅市埕海2－2人工岛，井型为三开定向井，井别为生产井，完井方式为尾管射孔完井。表2为该井套管数据表。

表2 张海31－27井套管数据表

该井施工过程中，ɸ244.5mm生产套管固井时水泥未返至上层表层套管内，完井阶段向ɸ339.7mm表层套管与ɸ244.5mm生产套管环空内挤水泥4m3进行补救。完井套管试压20MPa，30min未降，合格交井。

试油阶段反替修井液时失返，初步判断套管存在漏点。进行60臂成像测井查找漏点，发现ɸ244.5mm套管本体442.8～443.0m之间存在一个2.3cm×2cm的破口。

2.2 常规挤水泥堵漏情况

利用井口采油树先进行井筒试漏，水泥车以1.0m3/min的排量向井内注入清水，最高压力5MPa，停泵2MPa；正挤水泥25m3，密度1.80g/cm3，排量0.7～1.0m3/min，施工压力0～5.0～3.6～0MPa；替清水13m3，压力3.4～4.5MPa，停泵4.2MPa。充分候凝后对井内套管进行试压，试压20MPa，稳压30min压力未降。

探塞塞面290m，采用ɸ215.9mm牙轮钻头钻塞，钻至445m钻穿水泥塞，继续通井至800m，对套管进行试压，压力升至5MPa后降至2.5MPa，表层明化镇组地层破漏，挤水泥堵漏未成功。

2.3 实体膨胀管堵漏情况

由于使用常规挤水泥技术不能有效实施漏点的封堵，现场引入了实体膨胀管补贴套管技术，封堵套管漏点。主要步骤如图3所示。首先进行井眼准备，通井刮壁，保证实体管膨胀后能够有效密封；然后下入实体管，打压上提膨胀实体管，进行套管补贴；最后钻穿下部盲堵，沟通井眼，试压合格后套管补贴完成。

图3 实体膨胀管套管补贴工艺流程

2.3.1 井筒准备

1）首先使用ɸ215.9mm通径规＋ɸ127mm钻杆，对井筒进行通径，检测套管有无变形，通至510m，无阻卡现象。

2）下入ɸ244.5mm刮管器＋ɸ127mm钻杆进行套管刮削，在需补贴的442.8～443.0m井段及两端上下各8m反复刮削5次，刮削完成后大排量洗井2周，清除原套管内壁上的水泥残渣、毛刺等异物，保证实体膨胀管补贴套管时能有效贴合密封。

3）再次下入皮碗式封隔器验证漏点位置，钻具组合为：球座＋ɸ73mm油管两根＋皮碗式封隔器＋筛管1m＋ɸ73mm油管，分别在440～441m和445～446m进行试漏，440～441m打压10MPa，5min未降；445～446m打压3.7MPa不升，确定套管漏点在440～445m区间内，与60臂成像测井结果一致。

2.3.2 套管补贴过程

1）使用ɸ73mm N80加厚油管下至450m，整体试压35MPa，10min压力未降，起出油管准备连接膨胀管。

2）用1根ɸ73mm外加厚油管 （长度≤9.6m）与插接矛连接。

3）将插接矛插入膨胀管内，使其与膨胀管内插接桶连接，安装防砂帽，防止沉砂进入膨胀管内部而导致膨胀失败。

4）下膨胀管至447.4m，使膨胀管中心位置处于套管破损处443m，每下一柱向管柱内加满清水。

5）连接高压管接头和软管，校核指重表，下到预定位置后记录管柱原悬重，结果为200kN。

6）启动试压泵，向油管水眼内打压，压力由井口传递到膨胀管发射室，压力达到25MPa开始胀管，油管上行使指重表读数低于原悬重30～40kN，此时缓慢上提管柱，使指重表悬重等于或稍大于原悬重，胀管2m后保持20～40kN上提附加拉力，胀管5m后保持60～80kN上提附加拉力，直至胀头从膨胀管内提出，此时压力明显下降且油管上窜，表明胀管结束，实体膨胀管柱已悬挂在套管上。胀管过程中施工压力始终在22～33MPa之间浮动。

7）胀管结束后继续上提管柱至合适位置，关封井器对补贴后的ɸ244.5mm生产套管试压15MPa，30min未降。

8）开井起出油管，下入ɸ196mm磨鞋＋ɸ127mm加重钻杆＋ɸ127mm钻杆，钻掉底部盲堵，对井内套管整体试压20MPa，30min未降，套管补贴成功。之后下入电泵，油井恢复正常生产。

3 结论

1）针对套损井，实体膨胀管技术能够简捷、高效地完成套管补贴，封堵漏点。

2）如果漏点位于上部易漏地层，由于地层破裂压力较低，常规挤水泥堵漏技术往往不能实现有效的封堵，实体膨胀管技术能够实现常规挤水泥堵漏技术不能完成的任务。

3）实体膨胀管不仅可以用于套损井的套管补贴，还能用作膨胀式尾管悬挂器，用作应急套管解决钻井过程中的井眼垮塌、恶性漏失、封堵高压层等问题。

4）目前实体膨胀管核心技术已经基本成熟，现场使用时投入小，收效大，具有极大的经济推广价值。

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