水平井施工中下套管技術應用與成效

李緒民 張智君

摘 要：本文對下套管過程的摩阻進行計算，并對額外產生的摩阻因素進行分析，通過現場試驗、實踐進行總結，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）管作業時間和勞動強度，降低了成本費用。

關鍵詞：摩阻；下套（尾）管；水平井；大位移井

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A

1概述

1.1 區塊概況

新疆風城重油區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左右的井眼內下入244.5mm的技術套管。完井在215.9mm井眼內下入177.8mm篩管，并懸掛在技術套管內。淺層水平井垂深淺、井眼曲率高，但因244.5mm套管剛性大，彎曲變形后會產生較大的扭力，摩擦力也會逐漸增大，給接下來的大尺寸套管下入作業帶來較大的阻力和困難。

1.2 大位移井下套管的影響因素

大位移井是指真實井垂深度大于測探的深度，大概有2倍的差距，或者差距大于2倍。風城重油作業區水平井區的稠油井的指測深度數值一般在2.77～3.61，而真實的垂深在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重量損失。根據產生這種現象的原因，又可分為摩擦和壓力兩種，而摩擦又是最主要的原因，因此，克服摩擦產生的阻力應該是進行作業時相關技術的關鍵。

2 摩阻分析

2.1 淺層水平井摩阻計算

楊明合在假設淺層水平井的井壁為剛性，即不考慮其彈性形變；管柱計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；并認為井眼曲率為常數的情況下，結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算模型。

式中T表示軸向拉力，M表示套管單元兩端的內彎距，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，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“±”表示在下放管柱時取“-” 、上提時取“+” ；“/”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。

通過計算和繪圖，得到了該區的一組典型水平井的摩擦阻力與大鉤載荷關系的曲線圖，發現，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 原油粘度對摩阻的影響

這一區塊屬于超稠油區塊，原油的粘稠度已經高達28500mPa.s（50℃）以上。同時，該區塊淺層水平滲透率較高，因此，難以流動的超稠油將會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，導致井內流體的粘度不斷的增加，產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系：式中Ti是在i點的軸向拉力；Ki表示在該點的一個常數；表示鉆井液密度；為粘度，表示時間T的函數。由此可見，在井下的任何一點流體粘度都在隨著時間和鉆井液密度的變化而變化。總體來說，粘度是隨著時間的增加在不斷的增大的。

3 減小摩阻在傳統下套（尾）管技術中的應用

下套（尾）管技術有很多方面，最基本的傳統方法是利用油車或者大鉤的自重將套（尾）管推入井內；挪威技術研究所將這種傳統的技術進行了延伸，即運用加壓原理將套管送入井底；還有一種技術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頭工具，促使鉆井液的循環，減少摩擦阻力，同時降低了卡鉆的幾率。美國的K.W.NELSON公司研制了套管調節器，安裝在套管內的相應位置，起到滑動接頭或鉆進震擊器的作用。Dismukes公司的專利技術——井下鉆井馬達，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城重油作業區鉆超大位移水平井時，通過改善鉆井液的性能，增添的潤滑劑，同時結合旋轉管柱技術，總結除了一套在該區快速下套（尾）管的技術。

4 結論與建議

（1）因超稠油淺層作業區的井垂深淺、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，下管柱作業變的十分困難。

（2）產生摩擦阻力的原因有很多，在摩擦阻力較高的情況下，用傳統的加壓裝置下套管時將會費工費時，且不能很好的滿足下套（尾）管作業的需求。

（3）對鉆井液的性能進行良好的控制，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，效果將會更加的明顯。

（4）在套（尾）管入井時應盡可能的保證井眼軌跡的平滑，對通井質量進行相應的保障，同時結合加重鉆具，保證管柱能夠順利的入井。

參考文獻

[1]宋秀英，趙慶，姚軍，等.大位移井下套管技術[J].鉆采工藝，2000，23（04）：15-19.

[2]廖華林，丁崗.大位移井套管柱摩阻模型的建立及應用[J].石油大學學報（自然科學版），2002，26（01）：29-31.