土耳其储气库大井径扩眼技术研究与应用

胡浩杰 魏勇

【摘 要】土耳其天然气储库项目是土耳其第一个储库项目和全世界最大的地下天然气储库。为保证项目运行，满足盐穴储气库钻井要求，通过研究施工区域地质情况、当地储气库标准并结合现场施工实际，优化施工方案，形成了储气库钻井配套技术。本文主要从扩眼方案的制定、工具的选择、工艺的实施等方面，阐述了土耳其储气库项目的一项关键技术——大井径扩眼技术。通过技术的实施，保证了扩眼作业的安全进行，且现场应用效果良好，扩速快，井径均匀，满足业主要求，取得了良好的经济效益。

【關键词】储气库；井身结构；大井径；扩眼

按照甲方设计要求，在钻井完井施工前，需要过Φ339.7mm套管将下部Φ215.9mm井眼扩至Φ444.5mm，该类扩眼作业在国内外均属首次，施工难度相当大。扩眼要求：生产套管鞋以下留足330m盐层厚度（盐腔顶颈部留30m，盐穴造腔深度300m）进行扩眼，采用8-1/2″（Φ215.9mm）钻头和17-1/2″（Φ444.5mm）扩孔器扩孔到17-1/2″（φ444.5mm）井眼，并验证扩眼效果，如不满足要求重复扩眼。

一、大井径扩眼技术研究

1.1扩眼施工难点分析

1、由于上部套管尺寸为Φ339.7mm套管，其内径为Φ311.2mm，而扩眼目标尺寸为Φ444.5mm，由于套管内径的限制，扩眼器的本体尺寸受限，所以扩眼器的目标扩眼尺寸很大，增加了扩眼工具工作的扭矩，影响扩眼施工的机械钻速和工具的使用寿命，同时易产生井下复杂情况。

2、上部盐层含膏岩成分多，扩眼切削面积又大，水力冲洗不充分，容易导致膏岩“泥包”切削齿，从而造成机械钻速低。中部盐层结晶颗粒大、脆性大、易断，扩眼过程中台肩面不稳定，易被压垮，易造成扩后达不到井径要求。

3、井眼尺寸大（Φ444.5mm），环空钻井液返速低，不利于携带岩屑，易造成大量岩屑在井眼中沉降堆积。

1.2扩眼方案制定

根据扩眼要求，要把井眼从Φ215.9mm扩到Φ444.5mm，扩眼切削面积为3.14×（444.52-215.92）/4=1.185×105mm2，Φ215.9井眼的切削面积为：3.14×215.92/4=0.365×105mm2，扩眼切削面积是Φ215.9全面钻进切削面积的1.185/0.365=3.25倍，扩眼切削面积大，国际上以前也没有进行过这么大切削面积的扩眼作业，没有资料可参考。我们制定了分两步进行扩眼的方案：首先把井眼从Φ215.9mm扩到Φ304mm，然后再把井眼从Φ304mm扩到Φ444.5mm。

1.3扩眼工具的选择

通过与胜利钻井院的技术交流，扩眼作业使用由胜利钻井院研制的KKB215.9-304双心扩眼钻头和YK304-444.5液压式扩眼器[1]。

在施工中跟踪分析扩眼器的使用情况，合理选择钻井参数，发现存在的问题，及时与钻井院交流，对扩眼器进行优化设计，保证扩眼作业顺利进行，效果达到甲方要求。

1.4扩眼作业施工工艺

KKB215.9-304双心扩眼钻头施工工艺推荐操作参数：钻压：20-40kN；转盘转速：40-90r/min。

推荐钻具组合：Φ215.9牙轮钻头+KKB215.5-304双心扩眼钻头+8″DC×3+转换接头+钻杆。

施工措施：扩眼过程中应密切注意观察扭矩、泵压等钻进参数的变化情况。若出现严重蹩跳钻现象，应立即降低转速和钻压，待正常后，再逐步恢复原钻压和转速。扩眼过程中，刹把操作人员务必做到送钻均匀，跟钻及时，在钻压允许范围内可适当调节钻压值，以寻求最佳钻速；施工过程中，应确保各种设备运转正常，仪器仪表齐全准确、灵敏可靠，尤其是指重表灵敏指示一定要达到真正灵敏。施工完毕或扩眼刀翼完全磨损应及时起钻，起钻前应充分循环钻井液，清洗井眼。然后停泵起钻。

YK304-444.5液压扩眼器施工工艺：钻压：10-30kN；转盘转数：40-60r/min，35-45L/s。推荐钻具组合：Φ304钻头或引鞋+YK304-444.5型扩眼器+钻铤×3+钻杆。

施工措施：①地面试验：工具入井前，接方钻杆，开泵观察扩眼刀翼是否顺利张开，停泵后能否自动收回。试验目的：一是检验工具的可靠性；二是试验扩眼刀翼张开前后的泵压变化值，并作好记录，为判断井下扩眼刀翼是否完全张开提供参考。停泵后，三个扩眼刀翼应顺利收拢。达不到以上要求，工具不能下井。②下钻操作要平稳，应严格控制下钻速度，以防突然遇阻造成工具损坏、套管损伤或导致其它更为严重的钻井复杂事故发生。下钻过程中严禁开泵及划眼，遇阻不得硬压强下，情况严重时应起钻通井。③造台阶：工具下至设计扩眼井深，先启动转盘，钻柱旋转正常后，方可缓慢启动钻井泵，要求分4次缓慢开泵到扩眼最大工作排量。④扩眼作业：扩眼过程中应密切注意观察扭矩、泵压等钻进参数的变化情况。若出现严重蹩跳钻现象，应立即降低转速和钻压，待正常后，再逐步恢复原钻压和转速；扩眼过程中，刹把操作人员务必做到送钻均匀，跟钻及时，适当调节钻压值，以寻求最佳钻速。⑤起钻：施工完毕或扩眼刀翼完全磨损应及时起钻，起钻前应充分循环钻井液，清洗井眼。然后停泵，停泵后继续旋转15～20分钟，有助于扩眼刀翼收拢。起钻过程中，在工具未进入小井眼前、工具过套管鞋时，需缓慢上提钻具，严防一次性拔死。进入套管后，起钻速度应比常规起钻慢，不宜过快。

二、现场应用效果

2.1 KKB215.9-304双心扩眼钻头现场应用情况

施工中，扩眼过程中工具工作正常，扩眼速度与正常钻进速度相当，磨损小，切削齿没有损坏，本体没有冲蚀，说明该扩眼钻头结构设计合理，扩速快，适合该盐层扩眼，可以在该地区推广应用。

2.2 YK304-444.5液力扩眼器现场应用情况

利用YK304-444.5液压式扩眼工具已经进行了12口井的扩眼作业，作业过程中使用情况见表1。UGS-8井为首次使用YK304-444.5液压扩眼器进行扩眼作业，对工具在井下受力情况估计不足，导致出现了销轴、切削刀翼、限位块机构脱落和扩后井径偏小等现象。针对这些情况，对工具进行了优化设计：限位机构采用了燕尾槽结构，切削刀翼增加了清洗流道。优化后在使用过程中，工具各方面性能得到了大大改善，机械扩速得到了很大提高，扩眼工具未出现异常情况，扩后直径均匀，满足了扩眼要求。

三、结论

（1）土耳其储气库大井径扩眼（从Φ215.9mm扩到Φ444.5mm）采取两步走战术：首先把井眼从Φ215.9mm扩到Φ304mm，然后再把井眼从Φ304mm扩到Φ444.5mm，该技术措施成功解决了大井径扩眼切削面积过大的难题，保证了扩眼作业的安全进行。

（2）KKB215.9-304双心扩眼钻头和优化后的YK304-444.5液力扩眼器设计合理，使用中未再出现扩眼工具异常情况，满足施工要求，且扩眼效果好，扩速提高，井径均匀，达到甲方要求。

【参考文献】

[1]裴学良，陈忠帅，丛海洋，大井径液压式扩眼器的研制与应用.《天然气工业》，2014 ，34 （11）：95-100.