大位移井漂浮下套管漂浮段管內介質密度優選

2015-07-02 01:40:50姜小亮

石油地質與工程 2015年4期

姜小亮

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500)

姜小亮

(西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500)

考慮套管單位長度重量對套管下入過程的影響，對漂浮段管內介質密度所需最小值進行計算，預測不同介質密度時漂浮下套管過程中的井口載荷，分析不同介質密度對井口載荷的影響，結果表明，只有漂浮段套管管內介質密度大于所需的最小密度值時，漂浮下套管技術才能保證大位移井套管的成功下入，且經過計算確定了管內介質密度取值，即當管內介質所需最低密度小于0時管內介質為空氣，大于0時介質密度選取1.0 g/cm3。

大位移井；漂浮下套管；漂浮接箍；介質密度；井口載荷

目前油氣剩余資源量中“邊、老、低、難”資源[1]所占比例越來越大，簡單的定向井和水平井鉆井技術已不能滿足油氣開發要求，大位移井已成為當前鉆井的一種發展趨勢。目前在大位移井的固井作業中，主要采用漂浮下套管技術[2]，在漂浮接箍以下一般為空氣或密度較小的液體，而漂浮接箍之上的是鉆井液，使得單位長度套管在鉆井液中的浮重降低，從而達到減少套管下入過程中阻力的目的。目前國內外對漂浮下套管技術的研究主要是漂浮接箍安放位置的理論計算[3-4]和漂浮下套管技術的實例[5-7]應用分析，幾乎很少考慮管內介質密度的影響。而優選漂浮段管內介質密度對大位移井套管下入具有重要的實際意義，它決定著漂浮下套管的成敗。

1 V1井基礎數據

V1井為國外某口大位移井，完鉆井深8 249.02 m，完鉆井斜85.33°，水垂位移比高達4.32，四開井深6 300 m，水平段長度4 331.11 m，最大垂深1 135.07 m，造斜段的狗腿角分別為2°/30m 、3°/30m。水平段較長，摩阻較大。因此，采用常規下套管工藝將套管安全下至預定井深十分困難。

圖1為V1井四開常規下套管過程中井口載荷分布圖，在套管下至5 350 m時，井口受向下的拉力載荷為0。隨著下深的增加，需要額外的井口加壓裝置來輔助套管下至預定井深。下至6 300 m時，需要井口加壓裝置提供170 kN的軸向載荷，采用常規下套管工藝幾乎不能夠下至預定井深，漂浮下套管技術是目前解決這一問題的有效手段之一。

圖1 常規下套管過程井口載荷分布

2 漂浮段套管管內介質密度分析

影響漂浮下套管的主要因素是漂浮接箍的選擇、漂浮段長和漂浮段管內介質密度的確定。目前套管漂浮接箍結構有所不同，應根據現場實際需要進行選擇。接箍安裝位置根據臨界阻力確定初始計算點[3]，從而確定漂浮段長。在漂浮接箍和套管漂浮段長確定后，需要考慮漂浮段套管管內介質密度。

在鉆井液中單位長度套管重力為套管浮重，是單位長度套管的自重減去鉆井液對套管的浮力[4]。

漂浮接箍以上：

WE=W(1-ρo/ρs)

(1)

漂浮接箍以下：

(2)

式中：WE——單位長度套管在鉆井液中的重力，N/m；W——單位長度套管在空氣中的重力，N/m；ρo、ρi——套管管外、漂浮段管內介質密度，g/cm3；ρs——套管材料的密度，g/cm3，一般取值7.85；D、d——套管外徑、內徑，m。

當WE≥0時，漂浮段套管能夠依靠自身重量克服浮力，順利下入預定井深。由式(2)計算漂浮段管內介質所需最低密度為：

(3)

根據實際大位移井的漂浮下套管研究，漂浮段管內介質密度根據最低密度值的大小而進行選取：

(4)

3 生產套管下入過程井口載荷模擬

V1井四開采用漂浮下套管技術，漂浮接箍安裝位置初始計算點根據臨界阻力確定，即井深1 900 m處，漂浮段長4 400 m。漂浮接箍以下套管管內分別采用空氣和輕質流體，其井口載荷初始計算參數見表1。

表1 井口載荷初始計算參數

漂浮段介質為空氣時，四開漂浮下套管過程中井口載荷隨下深的變化趨勢如圖2。由于漂浮段管內介質密度較小，計算可知漂浮段套管浮重小于0，在漂浮段套管下入時，需要井口裝置加壓輔助下套管。隨著下深的增大，所需加載的壓力逐漸增大。在漂浮接箍下至井口時，加載壓力達到最大，為70 kN。隨著漂浮接箍上端套管逐漸下入，單位長度套管重量增加，套管自重能夠克服浮力影響，井口載荷逐漸增大。當漂浮套管段全部進入水平段時，井口載荷達到最大。此后，隨著套管的進一步下入，摩阻逐漸增大，井口載荷略有減小。

圖2 套管下入過程1井口載荷/摩阻

從整個漂浮下套管過程來看，采用空氣作為漂浮段管內介質改變了下套管的困難程度。但由于介質密度很小，該方法未能從根本上解決大位移井常規下套管帶來的問題，如果遇到井底復雜情況，套管下入將更加困難。根據四開套管參數和管外鉆井液密度，通過計算，漂浮段套管管內介質所需的最低密度為0.07 g/cm3，需要提高管內介質密度。

漂浮段介質為輕質流體時，其井口載荷隨套管下深的變化趨勢如圖3。漂浮段管內介質密度較大，漂浮段套管浮重大于0，漂浮段套管下入時，依靠自身浮重能夠順利下入。隨著下深的增大，在直井段，套管受自身重量的影響，井口載荷逐漸增大。進入造斜段后，套管受彎曲井眼摩阻的影響，井口載荷逐漸減小，但套管依靠自身浮重，依然可以順利下入，在漂浮接箍下至井口時，井口載荷達到最小，為108.9 kN。隨著套管進一步下入，漂浮接箍上端套管由于灌注鉆井液，單位長度套管重量增加，井口載進入造斜段后，套管受彎曲井眼摩阻的影響，井口載荷逐漸增大。當漂浮套管段全部進入水平段時，井口載荷達到最大。此后，隨著套管的進一步下入，受摩阻影響，井口載荷略有減小。與管內介質密度為0時相比，井口載荷余量更大，不需要額外的井口裝置進行加壓，套管能夠成功下入。