摘要：等井径膨胀套管技术是井身结构和膨胀套管技术发展的结果，也是石油天然气领域研究的一项重要成绩。这一技术的出现使无内径损失钻进得以实现，是钻井时封堵复杂地层的应急措施，对井身结构具有完善和优化的作用。本文主要围绕等井径膨胀套管技术的应急应用展开讨论。
关键词：钻井；膨胀套管；技术
前言
过去的油气田钻井作业中，对于地层封堵问题主要是通过下套管方式来解决的，这一方式能顺利钻达目的层且有一定的安全性[1]。井身结构套管序列中，套管的尺寸会因井内套管层次的增加而不断减小，井眼锥度与井眼尺寸因受其影响而出现增大与缩小，对于复杂井、超深井、深井来说，要想钻达目的层非常困难，且后期的生产作业也会因井眼尺寸太小而难度增大。
现阶段，膨胀套管技术的使用已经相对成熟，侧钻井完井、套管补贴等均是钻井问题的后续解决，在钻井方案与井身结构设计、热采井、深井、水平井、大斜度井中应用日益广泛。膨胀率小是膨胀套管的特点，虽对井身结构具有优化作用，但对于井眼椎角问题并不能彻底消除，并且会对下一开次的钻井造成影响，适应性不强，常规尺寸的钻具不可使用。
在裸眼井段，使用等井径膨胀套管技术能够对不稳定储层段进行封隔，是一种应急预案，能够克服减缩式井身结构中完井尺寸小等不足，钻进无内径损失，是井身结构、膨胀套管技术发展的方向。这一技术在封堵复杂层段时不需要以井眼直径尺寸作为牺牲，与上级套管的回接无内径损失，钻进可使用尺寸相同的钻头。
1.技术概述
膨胀套管钻井技术的发展与延续最终得出了等井径膨胀套管技术，应用于应急方案具体是在钻井中使用等井径膨胀套管，不会对井眼内径造成损失，对复杂地层的封堵是通过临时井壁的形成来实现的，不但能够完成钻井目的，对于井身结构也有完善与优化的作用[2]。该技术的应用能够使用相同的钻具规格来进行下步钻进，除了完成钻进操作外，对于钻井成本控制、钻井周期的提高也有积极作用。
对于井眼设计来说这一技术的研发是一项重要的突破，能够在原完井尺寸增大或是维持的情况下缩小上部与中部井段井径，因井眼锥度而造成的井内损失被降低，有助于更深的钻井，获得更为理想的完井内径[3]。现阶段，无内径损失钻井最优的技术方案就是等井径膨胀套管技术，其技术优势主要有四点。①降低建井成本，环保。等井径膨胀套管系统的使用无需将多层大尺寸套管下入，能够将开钻井眼尺寸缩小，钻达更深目的层可采取规格较小的钻井工具与钻井设备，对于水泥、套管、钻井液等材料的消耗有节约的效果，能有效减少对环境的影响，从而实现对钻井成本的控制。这一优势在海洋钻井、高费用钻井项目中尤为突出。②对井眼锥度有减小甚至是消除的作用，钻进无内径损失，对井身结构设计是一种突破。等井径膨胀套管技术系统中的套管结构经济有效且为最优方法，无需降低井眼尺寸，能够创造的效益不可估量。③对钻井程序具有规范作用，设备尺寸缩小明显增强了作业环境的安全性，对于陆地与海上安全作业均有重要意义。④应急应用中能够作为钻井尾管对复杂地层如枯竭层、漏失层、碎石带等进行封堵。该系统的继续钻进不需将井眼尺寸缩小，主要是以膨胀尾管当成钻井尾管应急应用，完成钻探目标，需以常规套管作为覆盖。
现阶段，linEXX等井径系统（Baker Oil Tools公司）、等径井眼系统（Weatherford公司）、等直径系统（Enventure环球技术公司）是国外主要的等井径膨胀管系统研究。其应用还在现场试验阶段，在多个方面仍有不少技术问题，如施工技术、膨胀机构、金属材料等，应用商业化还不具备实现的条件。
2.结构分析
本文主要介绍的是Baker Oil Tools公司所研制的系统结构。①可回收式引鞋，对膨胀套管进入至裸眼井段具有引导作用，是在膨胀管柱底部安装，会在膨胀后脱落，可在管柱中留置，在重新开钻时钻掉，或是在井口与内管系统一起回收。②裸眼封隔器，在膨胀后，裸眼井段与膨胀套管会形成密封，其表面为弹性材料。③RC9内凹套管鞋，主要是在技术套管柱上安装，尺寸特大，有助于套管柱与膨胀管之间的回接。其循环通道开关功能能够对套管尺寸限制起到消除作用，可采取钻头、随钻扩眼器在固井后将之钻掉。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆④密闭膨胀扶正器，无需定位螺钉或限位环，采取的是滑移式设计，以热弯处理的4130钢作为扶正条，入井是在收缩状态，且同于管体外径，能在小井眼处顺利通过，膨胀时会在管体上紧紧固定。
3.应急应用探讨
等井径膨胀套管技术封堵地层是通过隔离井筒与地层实现的，使用套管进行操作时无需损失井眼内径，能够有效克服井眼减小的问题，对于深井和深水钻达要求目标存在挑战的作业尤其适用。
3.1层间封隔系统
在环空中借助膨胀管封隔层间，总共有两套系统以保证层间封隔方式具有选择性，区分两套系统的依据是基础套管底部凹槽套管鞋类型的不同[4]。一套系统中，能够为环空流体进入套管管柱提供流动通道，而另一套系统则无通道在套管与环空中。在系统中，水泥层间封隔是由膨胀管裸眼封隔器替代的。以套管结构设计要求为依据，为解决套管鞋Ø244.45mm钻进时产生的实际问题，在2006年以内凹套管鞋Ø250.83mmRC9-R在一些井内安装，从而能够采取膨胀管应急方案。对于等井径膨胀管技术今后的应急应用发展来说，成功安装与钻掉内凹套管鞋是一个重要基础。若水泥浆密度不需因预计压差问题而降低，没有裸眼井眼问题则无需将膨胀管下入。在2006年年底时这一系统首次进行了商业应用，应用地点在美国俄克拉荷马州东南部。
3.2应用分析
等井径膨胀管系统的应急应用第一次取得成功是在2010年5月，应用对象为埃及一口陆上复杂井，实施者为西班牙和贝克休斯石油公司，这一次成功应用具有标志性的意义。
这一复杂井采用的套管为Ø244.45mm，完成勘探目标需将套管下入2950m以下，完钻井深度设计为4600m，复杂井具体为陆上垂直探井。在钻进裸眼井段Ø311.15mm时出现坍塌、地层崩落、膨胀页岩井段，2根加重钻杆、8根钻铤、钻头等一些钻具组合在处理事故时遗留在井中，3002m的落鱼顶部位置。套管下入2859m，未到达目标深度。
针对这一问题，该公司采取的应急方案为等井径膨胀尾管系统，该系统来自于贝克休斯，将内凹套管鞋RC9-R安装在Ø244.45mm套管管柱的下部，将Ø203.2mm外径等井径膨胀尾管下入Ø244.45mm套管中，裸眼钻井选择Ø215.9mm，钻进达3890m。膨胀坐封在尾管悬挂器到位后进行，将Ø244.45mm套管内凹套管鞋与膨胀管准确回接，尾管膨胀2859～2971m，上部套管需与内径一致。采取膨胀尾管固井操作，加强井壁稳定性，封固尾管。在完成膨胀后，上部套管无内径损失情况，封隔了复杂层，原井眼钻具遗留的落鱼顶部是回收式引鞋的位置。
在膨胀管作业中钻具落鱼在尾管之下尚属首次，在完成膨胀后，可采取两种方法进行下一步的操作。第一种方法是将斜向器侧钻下入膨胀管内，第二种方法是裸眼井造斜，操作位置是在等井径膨胀管下部，扩眼器括眼，扩眼器选择Ø203.2mm*Ø260.35mm。最后采取了锻铣开窗侧钻，位置为2966m复杂层段，井眼为Ø203.2mm，钻至3890m深度，将Ø177.8mm套管完井下入，裸眼井段测井没有阻碍。
4.结束语
等井径膨胀套管技术的应用有很大的发展前景，备受关注，但目前只有较少的现场试验，要将其应用商业化还存在一定的难度，有待深入研究，解决其中的关键技术问题。因此，应重视其研发，加大投入以及研发力度，突破其中的技术问题。
参考文献：
[1]侯婷，宁学涛，王斌，武柳根.膨胀套管技术在钻井完井工程中的应用研究[J].中外能源，2015（20）：48-51.
[2]梁金豹，江屏，宋开红，罗平亚，李春福.等井径膨胀套管连接密封功能解耦与创新设计[J].石油矿场机械，2013（11）：48-51.
[3]唐明.等井径膨胀套管螺纹接头的应力分析[J].石油机械，2015（06）：11-15.
[4]蔡鹏，侯婷，吴柳根.塔河油田深层侧钻水平井膨胀套管钻井设计及实践[J].西部探矿工程，2015（08）：39-42.
论文作者:苏福长
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/18
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