巨厚膏鹽層下套管模擬鉆具組合應(yīng)用

高長用，曾 毅

（中石油川慶鉆探井下作業(yè)公司，四川成都610052）

隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步，一大批埋藏極深、地質(zhì)條件極復(fù)雜的油氣藏逐漸進(jìn)入了勘探開發(fā)階段，這些深層油氣藏各有特點(diǎn)，鉆完井難度較常規(guī)（淺層）油氣藏有顯著變化，其中常見的難題之一就是巨厚膏鹽層的鉆完井作業(yè)。如何順利地將這些特殊工況下的特殊套管順利下至設(shè)計(jì)位置、封固必須封固的地層就成為一個(gè)重要的課題。此前有關(guān)于提高下套管成功率的通井鉆具組合選擇的專門研究有計(jì)算管柱/井眼最小曲率半徑[1]和剛度對(duì)比匹配的理論研究[2]等方法，要么與現(xiàn)場實(shí)際需要有一定差距，要么計(jì)算過于復(fù)雜使用不便，現(xiàn)場亟需行之有效、方便易行的通井鉆具組合選擇方法。根據(jù)前人理論研究和現(xiàn)場實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，摸索出了通井模擬管柱確定的簡化方法，并在現(xiàn)場試用多次取得較好效果。

1 經(jīng)典理論的剛度對(duì)比方法

經(jīng)典理論剛度對(duì)比選擇均勻管柱進(jìn)行對(duì)比，只考察鉆鋌本體與套管本體的匹配關(guān)系，得到的通井鉆具與套管剛度為：

該計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)在于準(zhǔn)確描述了兩根均勻管柱之間的剛度關(guān)系，不足在于不能有效描述帶扶正器的通井鉆具和帶節(jié)箍的套管之間的剛度關(guān)系，現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)中采用的通井鉆具組合大多數(shù)情況下帶有一個(gè)或幾個(gè)鉆鋌扶正器（其結(jié)構(gòu)如圖1所示）。在井眼尺寸有限的情況下（一般來說扶正器尺寸略小于井眼尺寸3~5mm），扶正器自然會(huì)與井壁接觸，對(duì)鉆鋌形成支撐，鉆鋌可彎曲段長近似為單根鉆鋌長度，明顯提高了鉆具整體剛度，扶正器加入越多，剛度越大。

2 影響套管下入的主要因素

套管能否下入主要取決于以下幾個(gè)方面：一是井身質(zhì)量，在井眼絕對(duì)垂直、無狗腿的情況下，理論上只要井眼最小直徑大于套管最大外徑，套管就能下入井內(nèi)；二是井壁光滑程度，主要取決于地層巖性和鉆井液濾餅質(zhì)量，井壁光滑無臺(tái)肩有利于套管下入；三是鉆井液自身狀況，鉆井液在井下沒有增稠情況、無虛厚濾餅、有較好的潤滑性等均有利于下套管作業(yè)（本文不考慮鉆井液性能影響，默認(rèn)鉆井液性能能達(dá)到要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行探討）。

3 模擬鉆具組合選擇思路

3.1 管柱剛度模擬

將鉆具簡化為鉆鋌和扶正器的組合，套管串簡化為套管本體加套管節(jié)箍的組合，不難看出只要鉆鋌剛度大于套管本體剛度、且鉆鋌扶正器剛度大于套管節(jié)箍，則等長情況下的鉆鋌和扶正器的組合剛度就應(yīng)大于套管本體與節(jié)箍的組合剛度。用公式表達(dá)如下：

現(xiàn)場使用時(shí)鉆鋌長度一般小于套管本體長度、扶正器有效長度也大于套管節(jié)箍長度，顯然這種情況下每根鉆鋌上接一只鉆鋌扶正器的剛度要大于單根帶節(jié)箍套管的剛度。

3.2 管柱尺寸模擬

通過對(duì)管柱剛度進(jìn)行模擬，理論上達(dá)到了可以下入的條件，但實(shí)際生產(chǎn)中由于套管外徑往往大于鉆鋌尺寸，與井眼的間隙更小，同樣情況下套管柱可彎曲空間越小[1]，通過會(huì)更困難。

為了更好在模擬套管柱剛度和尺寸上取得平衡，在模擬管柱中引入了欠尺寸扶正器，這里假設(shè)剛度相近的單根鉆鋌和套管在井下發(fā)生彎曲形變的程度基本一致。模擬管柱上的欠尺寸扶正器作為整個(gè)管串外徑最大的部分，很容易與井壁接觸形成支點(diǎn)，兩個(gè)欠尺寸扶正器加上一根鉆鋌就組成了一個(gè)外徑等同于欠尺寸扶正器外徑的剛性圓柱；套管柱上（不考慮扶正器的情況）最大外徑部分為套管節(jié)箍，同樣可將兩個(gè)套管節(jié)箍加一根套管本體看作外徑等同于套管節(jié)箍的剛性圓柱。比較這兩個(gè)等效圓柱可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)欠尺寸鉆鋌扶正器外徑大于套管節(jié)箍時(shí)，模擬管柱的尺寸大于套管柱。

實(shí)際生產(chǎn)中由于狗腿的存在，大尺寸的管柱通過會(huì)更困難，所以在選擇欠尺寸扶正器外徑時(shí)，要遵循“寧大勿小”的原則，即在井眼條件許可的情況下盡量選擇外徑更大的扶正器。

3.3 模擬管柱的選取原則

綜上所述，模擬通井管柱選取原則如下：

（1）使用與套管本體剛度相近的鉆鋌；

（2）使用配套的欠尺寸鉆鋌扶正器，其外徑應(yīng)大于套管節(jié)箍外徑，小于正常全尺寸鉆鋌扶正器；

（3）局限性：大尺寸、高剛度套管幾乎沒法找到相匹配的模擬管柱。

4 應(yīng)用實(shí)例

在新疆某油田應(yīng)用多次，模擬管柱起到了良好的表征作用，較好地解決了現(xiàn)場面臨的問題（部分井使用情況見表1）。對(duì)比同區(qū)塊×504和×505兩口井可以看出，采用模擬管柱來判斷套管通過性大大節(jié)約了鉆井周期，減少了人為復(fù)雜，體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 模擬管柱使用實(shí)例

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）由于鉆具中扶正器的受力情況十分復(fù)雜，幾乎沒有辦法準(zhǔn)確計(jì)算其影響，這給現(xiàn)場使用帶來極大的困難，特殊情況下只能選取較為保守的方式，以此確保實(shí)際作業(yè)中能一次順利下入。

（2）模擬管柱的使用可以在一定程度上解決巨厚膏鹽層的套管下入難題。

（3）每種方法都有其局限性，要認(rèn)真考察作業(yè)條件和風(fēng)險(xiǎn)，綜合判斷作業(yè)措施的適用性。