小套管井的套管優化選擇

杜巧坪胥元剛張偉米豐（.西安石油大學，陜西西安70000；.延長油田靖邊采油廠，陜西靖邊78500）

小套管井的套管優化選擇

杜巧坪1胥元剛1張偉2米豐2（1.西安石油大學，陜西西安710000；2.延長油田靖邊采油廠，陜西靖邊718500）

為提高整體開發效率，降低開發成本，國內外好多油氣田應用了小井眼鉆井技術。小井眼井中，可用小套管替代油管，但是在施工過程中，小套管應該下入多深，它是否能夠承受壓裂中各種摩擦阻力，能否抵抗壓裂液的沖蝕等都有待研究。本課題旨在結合蘇里格氣田的實際情況，對小套管的壓裂管柱摩阻計算，從而確立選擇哪個型號的套管及壓裂的可行性。

小井眼井；小套管；壓裂

一、小套管壓裂中摩阻計算

摩阻是由于小套管在井孔中運動時與井壁摩擦引起的運動阻力，隨著井段的不斷延伸，摩阻也會顯著地增加，甚至會成為決定大位移井小套管下深的限制因素。因此如何準確對小井眼井小套管的摩阻進行計算已成為壓裂工程中亟待解決的問題之一。另外現在的小套管設計規范都采用三軸應力設計，即考慮了小套管中的軸向力對小套管抗內壓和抗擠毀強度的影響，而小套管中的軸向力與小套管所受的摩阻有極為密切的關系。因此準確對小套管壓裂中摩阻的計算也是保證小套管安全的關鍵因素。

現場考慮到獲取最大的經濟效益，以及對儲層的保護，蘇里格氣田通常采用胍膠壓裂液。本章的主要內容旨在進行利用胍膠壓裂液壓裂時，小套管中的摩阻計算。

1.壓裂液的流動性質

目前使用的壓裂液，除了水、活性水、油（低粘油或成品油）外，凡是使用各種高分子聚合物增稠或交鏈的油或水基壓裂液，在其流動特性上均有程度不同的非牛頓流體的性質。他們的剪切應力與剪切速率之間的關系，受剪切引起的內部分子結構變化的影響。

壓裂液在一定的條件下具有冪律流體的流變性質。剪切速率的增加速率遠遠較剪切應力大。說明隨著剪切速率的增加，壓裂液結構被破壞，粘度也隨之降低。

2.摩阻計算

這里主要計算壓裂液油管內的摩阻，小井眼井中，由于小套管已經很小，無法在下入油管，所以直接以小套管代替油管作業，因此計算小套管內的摩阻，論證它是否能安全生產。

（1）雷諾數計算

冪律液體的雷諾數：

（2）摩阻系數的確定

B層流至湍流的判斷，對于冪律流體，其臨界雷諾數為

C湍流的計算

冪律流體湍流的計算方法遠不如層流計算方法成熟。湍流摩阻計算的一般方法是通過實驗及因次分析，確定摩阻系數的經驗和半經驗公式f=F（Re，He，n）。對于不同的流體，其系數的函數關系不同。這里主要介紹冪律流體的摩阻系數計算方法［10］。采用經驗公式

（3）管內沿程摩阻壓降

計算冪律流體管內紊流摩阻的最常用方法，是采用Darcy-Weisbach公式：

式中L，d—管長與管內徑，m；

ΔP—圓管內沿程摩阻壓降，kPa；

f—摩阻系數；

ρ—液體密度，kg/m3。

3.實例分析計算

這里以蘇里格氣田為例，取井深即管長為L=2500m，胍膠壓裂液的稠度系數KP=1.033Pa·sn，n=0.56，ρ=1.0×103kg/m3，流量，q=3m3/min=0.05m3/s。

目前蘇里格氣田用的小套管井較少，其中由六七口井用4″的小套管，只有兩口井用了3的小套管。下表主要分析內徑，75.9mm（外徑，3）；內徑，88.6mm（外徑，4″）；100.3mm（外徑，4）這三種管子的摩阻壓降。

表1 不同尺寸小套管與排量下的管內摩阻壓降

二、結語

對于同一尺寸的小套管來說，隨著壓裂液排量的增大，其小套管沿程摩阻壓降變大；同一排量下，隨著小套管尺寸的增大，小套管沿程摩阻壓降變小。摩阻壓降太大不利于施工，選用的套管過大增加生產成本為。為穩定生產，節約成本蘇里格氣田更適于用內徑88.6mm（4″）的管子。

［1］國外小井眼鉆井技術的發展，鉆采工藝［J］，1995，18（2）.

［2］周立輝.蘇里格氣田小井眼鉆井完井技術研究，西安石油大學碩士學位論［D］，2006-5-10.

［3］齊向東.小井眼壓裂技術填補國內空白［N］中國石油報，2003年5月13日.