膨胀波纹管技术在柳杨堡气田漏失地层的应用

膨胀波纹管技术在柳杨堡气田漏失地层的应用

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。

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

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

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。

图2 LP10H井3019-3090m双井径图

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）

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