0 引 言

冀东油田部分区块油藏埋藏深，井斜角大，地层出砂严重，地质状况差。随着开发的不断深入，油水井套管发生变形、破裂、错断和腐蚀等损坏现象日趋严重。截至2016年初，冀东油田陆上作业区共发现套管破损井386口，占开发总井数的23.6%。针对陆上作业区套管破损的实际情况，修复技术主要采用套管打通道工艺、取换套工艺、套管侧钻工艺及膨胀管封层工艺等，多手段的套管破损修复技术使部分长停井得到恢复，有效挖掘了剩余油潜力。膨胀管技术修复套管后，套管内通径大，套管强度增加，且密封及悬挂可靠。该技术在国内各大油田^[1-3]应用于常规开发的套管破损井修复、封堵出水层和射孔段等方面。

为了满足冀东油田陆上作业区高压注水、封堵水层和补孔回采等需求，恢复长停井，完善注采井网，开展了大斜度井、出砂井和超深井膨胀管技术研究与应用。

1 膨胀管工艺 1.1 工艺原理

对套管破损段进行处理后，向油管/钻杆加入高压液体，液压力传递至发射室，发射室附近的膨胀管发生膨胀，挤压密封带悬挂在套管上，并与套管间形成密封，之后膨胀胀头连续向上膨胀，当膨胀胀头上行至膨胀管上端时，油套连通，泵压下降，膨胀管补贴作业完毕^[4-5]。膨胀管补贴工艺流程如图 1所示。

1.2 技术优势

(1) 满足长井段的补贴需求，连接简便，膨胀后密封性能可靠。

(2) 通过金属(含密封带)对金属膨胀密封，老井套管与膨胀管间无缝隙，接触面整合良好^[6-7]。

(3) 封堵套管漏失部位，加固老井套管，提高套管的抗内压与抗外挤强度。

(4) 密封橡胶件耐高压、耐高温、耐腐蚀，寿命长^[8]。

1.3 适用范围

(1) 各类错断、破损和腐蚀类套管破损修复。

(2) 高温注气井的套管破损修复。

(3) 对已射孔井段的补贴封堵^[9]。

2 大斜度井补贴难点及主要施工工艺 2.1 技术难点

(1) 冀东油田大部分井是定向井，井斜角超过35°的井(不包括水平井)占70%以上，最大井斜超过70°，井斜过大常会引起油管或钻杆管串的磨损与折断，补贴管与井壁刮磨、损坏密封胶皮，胀管时启动压力大等问题，造成施工困难。

(2) 陆上作业区部分浅层出砂严重，补贴过程中地层砂易进入补贴管与套管环空或进入补贴管内造成胀头卡死，导致补贴失败。

(3) 补贴位置位于深井段和超深井段，随着井深的增加，温度升高，地层压力增大，对膨胀管的密封性能提出了更高要求。

2.2 主要施工工艺 2.2.1 施工前准备

(1) 作业机：最大钩载大于入井管柱重力400 kN，绞车提升最大速度不低于3.0 m/min，配转盘和指重表。

(2) 液压泵注系统：泵注设备额定工作压力大于70 MPa，排量2.4~4.2 m³/h，配套承压能力在70 MPa以上的高压软管；泵注设备上指示膨胀压力的压力表选用防冻抗震压力表， 量程0~100 MPa。

2.2.2 井筒准备

井筒准备的目的是打通通道，保证膨胀管柱顺利下到预定位置，对补贴段以下20 m以上套管进行整形，去掉原套管内壁上的水泥残渣、毛刺、死油和硬蜡等残留物，以保证膨胀管顺利下入，补贴后有效贴合密封。

(1) 保护射孔层。填砂或下工具保护套管破损井段以下已射孔层位；若补贴段或补贴段以上层位地层出砂，挤水泥(或抑砂剂)封堵，防止地层出砾石或地层砂等异物。

(2) 套管整形。为避免大斜度井套管开窗，下带导引杆铣锥+铣柱组合工具对补贴段上、下20 m范围进行套管整形，打通道修复井筒。

(3) 通井和刮削。通井至补贴井段以下20 m，通径规通过套管破损点时，遇阻加压小于5 kN。下定径刮铣器对补贴段及上、下各10 m井段进行刮铣，套管刮削器刀片自由伸出外径大于套管内径4~6 mm，其刀片刀刃规整、无缺口。

(4) 确定补贴井段。用多臂井径仪测井，测井范围不少于套管破损井段上、下各50 m，根据井径曲线确定补贴井段，补贴井段长度为套管破损井段(或封堵井段)上、下完好井段各延长1.5 m以上。

(5) 模拟通井和管柱试压。模拟通径规的外径与膨胀管发射室外径相同，通井至补贴段以下20 m，对补贴用的管柱(油管或钻杆)试压60 MPa。

2.2.3 膨胀管补贴

(1) 下膨胀管投送管柱。膨胀管投送管柱自下而上为：发射室+膨胀管+膨胀器连接杆+防尘组件+ø88.9 mm(或ø73.0 mm)外加厚油管或钻杆。为避免地层砂进入胀头与补贴管环空或补贴管与套管环空，胀头与补贴管环空加入专用膨胀浮砂液，补贴管上部加装不锈钢防砂专用卡头封盖进行防砂处理。

膨胀管总成入井后，下放速度小于20 m/min，距设计的补贴井段50 m时，下放速度控制在5 m/min以内，匀速下放；后进行磁性定位测井，核实并调整膨胀管总成深度。

(2) 膨胀管补贴。连接地面管线及泵注设备，启动修井机，上提管柱载荷至管柱原始悬重。启动泵注设备，并将泵注设备的输出排量调定到0.01 m³/min，开始加压，当压力表读数达到低于安全溢流压力的一个峰值时开始膨胀，当指重表读数低于原悬重30~50 kN时，上提管柱，使指重表恢复原悬重，直到管柱上行1 m以上。停泵、泄压，上提管柱，载荷超过悬重100 kN，管柱不动，则表明膨胀管柱已胀封在套管上。重新启动泵注设备，将泵注设备的输出排量调定到0.02 m³/min，继续加压，管柱上行，观察记录泵注设备压力表读数变化情况。当第1根管柱完全提出钻台面后，用吊卡将管柱坐放在井口，停泵、泄压，将第1根管柱卸掉，重新连接高压管线，重复加压过程。管柱上行2 m时，增加上提力50~100 kN；管柱上行至设计深度时，泵注设备压力突降，完成补贴。

(3) 磨底堵。将平底磨鞋(磨鞋外径小于膨胀后补贴管内径2~4 mm)入井，待磨鞋下放至设计深度时，试探膨胀管上端位置，当磨鞋接触到底堵时，上提钻柱0.2 m，使平底磨鞋脱离与底堵的接触，开泵，下放管柱进行磨铣，转速为40~60 r/min，钻压10~15 kN，钻通底堵。

3 关键技术 3.1 高效铣锥打通道技术

针对冀东油田油层埋藏深、井斜大和打通道困难等问题，研制了用于大斜度井打通道的带导引杆的高效铣锥。该铣锥主要由本体及硬质合金组成，结构如图 2所示。

该工具具有磨铣高效、快速引导和不易卡钻等特点，具体体现如下：

(1) 带导引杆的高效铣锥，设计了适用于大斜度井打通道的导引杆，有效避免套管开窗。

(2) 采用长锥面设计，大大降低卡钻的风险。

(3) 采用多条液流循环通道，提高了冲洗液的循环速度和对杂质的携带能力。

(4) 优化工具的合理锥度，减小了施工中的阻力，大大提高了磨铣效率。

3.2 高效强力密封技术

随着补贴井段深度的增加，地层温度升高，地层压力增大，膨胀管的密封性能降低。高AX1井待补贴井段4 018.6~4 026.0 m，试油实测压力系数1.48，油层中部垂深3 505 m，油层压力52 MPa，在4 026 m测算温度127.43 ℃，井斜51.3°。为保证膨胀管的高效密封，对密封带进行了改进：一是采用补贴管密封胶皮硫化技术，使密封胶皮牢固地固化在膨胀管上，同时增加密封胶皮的个数；二是在补贴管密封胶皮两端及合适位置设置不同厚度的不锈钢密封环，增加密封带的强度，防止下井过程中补贴管密封胶皮磨坏或刮烂脱落，提高密封带的密封性能^[10-11]。

为了检验膨胀管胀后的高效强力密封性能，进行了室内高压密封试验，试验装置如图 3所示。

试验采用N80基础套管，膨胀密封带硫化10组密封圈，向油管内加压，补贴管加压膨胀，膨胀启动压力36 MPa，运行压力为35~40 MPa。膨胀完成后，分别从压力孔及基础套管两端接试压管线，加压60 MPa，试验补贴系统的双向密封性能、抗内压和抗外挤力。根据室内试验结果可知：膨胀管密封压力达60 MPa，悬挂力690 kN，抗内压60 MPa，抗外挤力35 MPa，满足膨胀管补贴后的高压密封要求。

4 现场应用

冀东油田陆上作业区采用膨胀管技术成功修复高B-4井、高B-3井和高AX1井，共3口套管破损井，实现了大斜度井、出砂井和超深井膨胀管技术的现场应用，补贴井段最长26.1 m，最大井斜达51.3°，最大补贴段井深达4 028 m，具体应用情况统计如表 1所示。

目前已完成的3口井中，高B-4井和高B-3井膨胀过程正常，启动压力35 MPa，膨胀压力32~38 MPa，钻具采用ø73 mm正螺纹钻杆，膨胀力较大时，随膨胀过程缓慢上提。高AX1井补贴段井斜角达到51.3°，待补贴井段最深4 028 m，膨胀管增加了不同间距的多道密封带，膨胀启动压力达到54 MPa，膨胀过程压力37~46 MPa，膨胀初期，需要辅助上提油管。完成膨胀管补贴过程后，磨铣底堵，井筒试压15 MPa，合格。

5 结论及建议

(1) 针对冀东油田井斜大、出砂和井深的特点，研究了高效铣锥打通道及高效强力密封技术，形成了具有冀东油田特色的膨胀管工艺技术。

(2) 为了同时封堵多段地层、提高套管强度，满足冀东油田后续压裂、高压注水、CO₂吞吐和补孔回采等需求，需进一步开展长井段膨胀管补贴技术的研究攻关，恢复长停井，完善注采井网，有效挖掘剩余油潜力。

(3) 冀东油田膨胀管技术的成功应用，为钻井、二次完井、长井段套管破损修复和采油作业开辟了新的技术途径。