水平井施工中下套管技術(shù)應(yīng)用與成效

李緒民 張智君

摘 要：本文對(duì)下套管過程的摩阻進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)額外產(chǎn)生的摩阻因素進(jìn)行分析，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，采取改善鉆井液性能、添加潤滑劑、使用加重裝置等，降低和減少摩阻效果明顯，而且大幅度縮短了下套（尾）管作業(yè)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了成本費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：摩阻；下套（尾）管；水平井；大位移井

中圖分類號(hào)：TE243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

1.1 區(qū)塊概況

新疆風(fēng)城重油區(qū)水平井的主要目的層是在齊古層，頂部埋深在220m～250m之間，水平段在300m～500m之間。因此，為了滿足后期稠油熱采井筒下雙管的需要，要在311m左右的井眼內(nèi)下入244.5mm的技術(shù)套管。完井在215.9mm井眼內(nèi)下入177.8mm篩管，并懸掛在技術(shù)套管內(nèi)。淺層水平井垂深淺、井眼曲率高，但因244.5mm套管剛性大，彎曲變形后會(huì)產(chǎn)生較大的扭力，摩擦力也會(huì)逐漸增大，給接下來的大尺寸套管下入作業(yè)帶來較大的阻力和困難。

1.2 大位移井下套管的影響因素

大位移井是指真實(shí)井垂深度大于測(cè)探的深度，大概有2倍的差距，或者差距大于2倍。風(fēng)城重油作業(yè)區(qū)水平井區(qū)的稠油井的指測(cè)深度數(shù)值一般在2.77～3.61，而真實(shí)的垂深在2.10～2.95，這種情況屬于超大位移井。影響大位移井下套管的3個(gè)因素一般指下套管的最大重量、摩擦引起的重量損失以及力學(xué)重量損失。根據(jù)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，又可分為摩擦和壓力兩種，而摩擦又是最主要的原因，因此，克服摩擦產(chǎn)生的阻力應(yīng)該是進(jìn)行作業(yè)時(shí)相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵。

2 摩阻分析

2.1 淺層水平井摩阻計(jì)算

楊明合在假設(shè)淺層水平井的井壁為剛性，即不考慮其彈性形變；管柱計(jì)算單元體截面積均勻，線密度相等；視扶正器和井壁間為鉸鏈支撐；并認(rèn)為井眼曲率為常數(shù)的情況下，結(jié)合單元體的受力情況，建立了力平衡和變形條件并建立了摩阻計(jì)算模型。

式中T表示軸向拉力，M表示套管單元兩端的內(nèi)彎距，用W表示套管在鉆井液中的浮重，以L表示每跨套管柱的長度，用μ表示摩擦系數(shù)，為井斜角，rad；為第i跨套管所在井段全角變化率，rad；和分別為第i跨套管所在井段平均井斜角和平均井斜方位角，rad。符號(hào)“±”表示在下放管柱時(shí)取“-” 、上提時(shí)取“+” ；“/”表示扶正器上端或套管下端；“∥”表示扶正器下端或套管上端；下角標(biāo)R、P分別表示R和P平面，X、Y分別表示X和Y方向。

通過計(jì)算和繪圖，得到了該區(qū)的一組典型水平井的摩擦阻力與大鉤載荷關(guān)系的曲線圖，發(fā)現(xiàn)，注汽水平井（I井）管柱下入摩阻、鉤載與采油水平井情況類似。

下技術(shù)套管過程中的摩阻為：P井為36.17KN，I井為28.58KN；大鉤載荷P井為74.82KN，I井為79.56。下油層尾管過程中的摩阻為：P井228.95KN，I井為189.61KN；大鉤載荷P井為17.31KN，I井為64.13KN。

2.2 原油粘度對(duì)摩阻的影響

這一區(qū)塊屬于超稠油區(qū)塊，原油的粘稠度已經(jīng)高達(dá)28500mPa.s（50℃）以上。同時(shí)，該區(qū)塊淺層水平滲透率較高，因此，難以流動(dòng)的超稠油將會(huì)在鉆井的過程中隨之流到井眼中。隨著地層中溢入井眼的油的不斷堆積，導(dǎo)致井內(nèi)流體的粘度不斷的增加，產(chǎn)生的摩擦阻力也越來越大。因此，粘度和摩擦阻力存在一定的因果關(guān)系：式中Ti是在i點(diǎn)的軸向拉力；Ki表示在該點(diǎn)的一個(gè)常數(shù)；表示鉆井液密度；為粘度，表示時(shí)間T的函數(shù)。由此可見，在井下的任何一點(diǎn)流體粘度都在隨著時(shí)間和鉆井液密度的變化而變化。總體來說，粘度是隨著時(shí)間的增加在不斷的增大的。

3 減小摩阻在傳統(tǒng)下套（尾）管技術(shù)中的應(yīng)用

下套（尾）管技術(shù)有很多方面，最基本的傳統(tǒng)方法是利用油車或者大鉤的自重將套（尾）管推入井內(nèi)；挪威技術(shù)研究所將這種傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了延伸，即運(yùn)用加壓原理將套管送入井底；還有一種技術(shù)是利用套管的漂浮減少套（尾）管與井壁的接觸面積，從而降低摩擦阻力；另外，TAM公司研制了套管循環(huán)頭工具，促使鉆井液的循環(huán)，減少摩擦阻力，同時(shí)降低了卡鉆的幾率。美國的K.W.NELSON公司研制了套管調(diào)節(jié)器，安裝在套管內(nèi)的相應(yīng)位置，起到滑動(dòng)接頭或鉆進(jìn)震擊器的作用。Dismukes公司的專利技術(shù)——井下鉆井馬達(dá)，可以用來清除套（尾）管前面的障礙。除此之外，還有新疆貝肯能源工程股份有限公司在風(fēng)城重油作業(yè)區(qū)鉆超大位移水平井時(shí)，通過改善鉆井液的性能，增添的潤滑劑，同時(shí)結(jié)合旋轉(zhuǎn)管柱技術(shù)，總結(jié)除了一套在該區(qū)快速下套（尾）管的技術(shù)。

4 結(jié)論與建議

（1）因超稠油淺層作業(yè)區(qū)的井垂深淺、直井段短，井眼率較高，且其套（尾）管剛性大，在彎曲變形后很容易產(chǎn)生較大的摩擦阻力，在高稠原油溢入井眼的情況下，下管柱作業(yè)變的十分困難。

（2）產(chǎn)生摩擦阻力的原因有很多，在摩擦阻力較高的情況下，用傳統(tǒng)的加壓裝置下套管時(shí)將會(huì)費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且不能很好的滿足下套（尾）管作業(yè)的需求。

（3）對(duì)鉆井液的性能進(jìn)行良好的控制，防止稠油溢出以及潤滑劑的加除，可以大幅度的降低下套管的摩擦阻力，如果配合加重鉆具，取消將加壓裝置下送管柱，效果將會(huì)更加的明顯。

（4）在套（尾）管入井時(shí)應(yīng)盡可能的保證井眼軌跡的平滑，對(duì)通井質(zhì)量進(jìn)行相應(yīng)的保障，同時(shí)結(jié)合加重鉆具，保證管柱能夠順利的入井。

參考文獻(xiàn)

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