大慶油田水平井漂浮下套管技術(shù)研究

于小波++李玉海++萬發(fā)明++王春華++許國林++劉偉

摘 要：在油田開發(fā)中、后期，水平井鉆井技術(shù)對剩余油挖潛舉足輕重，是提高原油采收率及開發(fā)低滲透油層的重要手段，可降低綜合成本、環(huán)境污染風(fēng)險，減少生產(chǎn)占地，有效開發(fā)低效儲量，提升油氣田的產(chǎn)能和開發(fā)效益。目前大慶油田水平井隨著水平段加長，導(dǎo)致套管下入困難，施工時被迫減少套管扶正器的數(shù)量，使套管居中度達(dá)不到設(shè)計要求，固井質(zhì)量差。針對這些問題開展了相關(guān)技術(shù)研究，研制配套了系列工具并形成了一套適合大慶油田水平井漂浮下套管工藝技術(shù)，目前現(xiàn)場應(yīng)用115口井，應(yīng)用效果良好，提高了套管下入時效及固井質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水平井 套管 漂浮

中圖分類號：TE256 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0028-02

Horizontal Wells Casing Floating Technology Research In Daqing Oilfield

YU Xiao-bo LI Yu-hai WAN Fa-ming WANG Chun-hua XU Guo-lin LIU Wei

（Drilling engineering technology research institute of daqing drilling engineering company，Heilongjiang Daqing，163413，China）

Abstract：In the oilfield development， the late for remaining oil potential in horizontal well drilling technology， is to improve the oil recovery and important means of developing low permeability reservoir， reduces the risk of comprehensive cost， environmental pollution， reduce production covers， effective development of inefficient reserves， improve the production capacity of the oil and gas fields and the development benefit. Now as the level of horizontal Wells in daqing oilfield period lengthen， leads to casing down into difficulty， construction is forced to reduce the number of casing centralizer， make the casing in medium can not meet the design requirements， the cementing quality is poor. To solve these problems in the related technology research， developed a series of tools and formed a set of form a complete set of suitable for horizontal Wells casing floating technology in daqing oilfield， currently 115 Wells field application， the application effect is good， improve the casing into the limitation and the cementing quality.

Key words：Horizontal Wells Casing Floating

近年來隨著非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的深入，大慶油田水平井[1]鉆井?dāng)?shù)量逐年增多，特別是長水平段水平井?dāng)?shù)量增加較快。在水平井中水平段套管串因重力作用總趨向于緊貼井眼下側(cè)而形成托底，導(dǎo)致套管下入困難。

漂浮下套管技術(shù)[2-4]是解決上述水平井固井施工問題的有效方法之一。該技術(shù)通過在套管串結(jié)構(gòu)中加入漂浮短接，在漂浮短接與浮箍之間注入空氣或低密度鉆井液，利用其產(chǎn)生的浮力作用，降低套管下入過程中井壁對套管的摩阻，有利于套管安全下入。以前大慶油田應(yīng)用該技術(shù)的相關(guān)配套工具均為國外產(chǎn)品，價格昂貴。因此大慶油田開展了“水平井漂浮下套管技術(shù)”研究，研制出新型漂浮下套管系列工具，有效提高水平井套管下入時效，降低了水平井完井成本。

大慶鉆井工程技術(shù)研究院于2012年開始開展相關(guān)研究工作，經(jīng)過項目組研究，開發(fā)出水平井漂浮下套管相關(guān)系列工具，經(jīng)過現(xiàn)場試驗表明該系列工具能夠提高套管下入時效，提高固井質(zhì)量，降低鉆井成本等方面有十分顯著的效果

1 技術(shù)研究

水平井漂浮下套管技術(shù)系列工具主要包括漂浮短接、旋轉(zhuǎn)引鞋、半剛性扶正器等，該系列工具能夠解決水平井套管下入過程中遇到的相關(guān)問題，從而提高套管下入時效。

1.1 漂浮短接

1.1.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：水平井

工具尺寸：φ154 mm×880 mm

工具重量：30.96 kg

打開壓力：25 MPa

1.1.2 工具結(jié)構(gòu)

漂浮短接主要包括上接頭、盲板、下接頭（見圖1）。

1.1.3 工作原理

通過在套管串中加入漂浮短接[5]，利用其密封性能，將套管分隔獨立的密閉單元，漂浮短接以下套管段注入空氣，漂浮短接上面的套管正常灌注鉆井液，利用空氣與套管外鉆井液的密度差，使套管串產(chǎn)生向上的浮力，有效地漂浮在水平段鉆井液中，漂浮長度為漂浮短接與浮鞋之間套管長度。endprint

1.2 旋轉(zhuǎn)引鞋

1.2.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)引鞋主要包括導(dǎo)向頭、本體（見圖2）。

1.2.3 工作原理

旋轉(zhuǎn)引鞋其導(dǎo)向頭設(shè)計為非對稱偏心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受力時，能夠自動發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此，在下套管過程中套管串端部出現(xiàn)遇阻，可以通過上下活動套管串，旋轉(zhuǎn)引鞋導(dǎo)向頭受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，引導(dǎo)管串順利通過遇阻點。

1.3 半剛性扶正器

1.3.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具結(jié)構(gòu)

半剛性扶正器主要包括扶正楞、本體，（見圖3）。

1.3.3 工作原理

半剛性扶正器，其扶正楞設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)，下套管過程中如遇阻點在套管串中部，通過上提下放活動管串，當(dāng)阻力超過30～40 kN時，螺旋中空扶正楞將會發(fā)生變形縮徑，順利通過遇阻點。此外，其扶正楞設(shè)計為螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)水泥漿穿過時能夠改變流場，有效清除井壁泥餅，提高水泥漿頂替效率。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在經(jīng)過大量的地面試驗，多次對漂浮短接等工具進行性能檢測并不斷改進完善，達(dá)到了現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)條件。大慶油田自行開展的水平井漂浮下套管技術(shù)自2012年5月開始，先后在大慶油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齊平X等26口井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，套管均順利下到設(shè)計位置，套管下入成功率達(dá)到100%；固井質(zhì)量合格率達(dá)到100%。

應(yīng)用最長水平段為葡平X井，完鉆井深2999 m，垂深1657 m，實際水平段長度1220 m。該井應(yīng)用了2只漂浮短接，管串設(shè)計（見圖4）。

1#漂漂浮短接設(shè)計下深1900 m，則空氣段套管長度為1099 m，生產(chǎn)套管為5 1/2〞，鋼級P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。該井鉆井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系數(shù)為19.17 kg/m，空套管浮力為21.07 t。鋼級P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管擠毀壓力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受壓力），滿足施工要求。

為保證較好的套管居中度，該井水平段每根套管加放1只半剛性扶正器，造斜段為每根套管交替加放1只半剛性扶正器和1只彈性扶正器，直井段每5根套管加放1只彈性扶正器。該井套管下入順利，未出現(xiàn)明顯遇阻。套管下入至井底后，開泵憋通2#漂浮短接，其打開壓力等于漂浮短接額定打開壓力（25 MPa）減去靜液柱壓力16.9 MPa，為8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打開。漂浮短接打開后灌滿鉆井液循環(huán)，進行后續(xù)固井施工作業(yè)。該井最終測井結(jié)果顯示，其固井質(zhì)量介于合格與優(yōu)質(zhì)之間。

3 結(jié)語

（1）漂浮下套管技術(shù)是解決水平井套管下入摩阻大問題的有效方法之一，應(yīng)用該技術(shù)可以提高水平井套管下入時效。

（2）旋轉(zhuǎn)引鞋為偏心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向頭受力能自動偏轉(zhuǎn)，有利于套管串端部遇阻時順利通過遇阻處。

（3）半剛性扶正器可以有效保證套管居中度，同時在遇阻時能夠變形，順利通過遇阻點，有利于套管安全下入。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫莉，黃曉川，向興華.國內(nèi)水平井固井技術(shù)及發(fā)展[J].鉆采工藝，2005， 28（5）：23-30.

[2] 喬金中.漂浮下套管技術(shù)在大港油田埕海一區(qū)的應(yīng)用[J].石油礦場機械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陳建兵，安文中，馬建.套管漂浮技術(shù)在海洋鉆井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齊松，李振，王海紅，等.快速下套管配套技術(shù)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2012（7）：105-107.

[5] 紀(jì)博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的設(shè)計與探討[J].西部探礦工程，2013（2）：93-95.endprint

1.2 旋轉(zhuǎn)引鞋

1.2.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)引鞋主要包括導(dǎo)向頭、本體（見圖2）。

1.2.3 工作原理

旋轉(zhuǎn)引鞋其導(dǎo)向頭設(shè)計為非對稱偏心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受力時，能夠自動發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此，在下套管過程中套管串端部出現(xiàn)遇阻，可以通過上下活動套管串，旋轉(zhuǎn)引鞋導(dǎo)向頭受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，引導(dǎo)管串順利通過遇阻點。

1.3 半剛性扶正器

1.3.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具結(jié)構(gòu)

半剛性扶正器主要包括扶正楞、本體，（見圖3）。

1.3.3 工作原理

半剛性扶正器，其扶正楞設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)，下套管過程中如遇阻點在套管串中部，通過上提下放活動管串，當(dāng)阻力超過30～40 kN時，螺旋中空扶正楞將會發(fā)生變形縮徑，順利通過遇阻點。此外，其扶正楞設(shè)計為螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)水泥漿穿過時能夠改變流場，有效清除井壁泥餅，提高水泥漿頂替效率。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在經(jīng)過大量的地面試驗，多次對漂浮短接等工具進行性能檢測并不斷改進完善，達(dá)到了現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)條件。大慶油田自行開展的水平井漂浮下套管技術(shù)自2012年5月開始，先后在大慶油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齊平X等26口井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，套管均順利下到設(shè)計位置，套管下入成功率達(dá)到100%；固井質(zhì)量合格率達(dá)到100%。

應(yīng)用最長水平段為葡平X井，完鉆井深2999 m，垂深1657 m，實際水平段長度1220 m。該井應(yīng)用了2只漂浮短接，管串設(shè)計（見圖4）。

1#漂漂浮短接設(shè)計下深1900 m，則空氣段套管長度為1099 m，生產(chǎn)套管為5 1/2〞，鋼級P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。該井鉆井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系數(shù)為19.17 kg/m，空套管浮力為21.07 t。鋼級P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管擠毀壓力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受壓力），滿足施工要求。

為保證較好的套管居中度，該井水平段每根套管加放1只半剛性扶正器，造斜段為每根套管交替加放1只半剛性扶正器和1只彈性扶正器，直井段每5根套管加放1只彈性扶正器。該井套管下入順利，未出現(xiàn)明顯遇阻。套管下入至井底后，開泵憋通2#漂浮短接，其打開壓力等于漂浮短接額定打開壓力（25 MPa）減去靜液柱壓力16.9 MPa，為8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打開。漂浮短接打開后灌滿鉆井液循環(huán)，進行后續(xù)固井施工作業(yè)。該井最終測井結(jié)果顯示，其固井質(zhì)量介于合格與優(yōu)質(zhì)之間。

3 結(jié)語

（1）漂浮下套管技術(shù)是解決水平井套管下入摩阻大問題的有效方法之一，應(yīng)用該技術(shù)可以提高水平井套管下入時效。

（2）旋轉(zhuǎn)引鞋為偏心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向頭受力能自動偏轉(zhuǎn)，有利于套管串端部遇阻時順利通過遇阻處。

（3）半剛性扶正器可以有效保證套管居中度，同時在遇阻時能夠變形，順利通過遇阻點，有利于套管安全下入。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫莉，黃曉川，向興華.國內(nèi)水平井固井技術(shù)及發(fā)展[J].鉆采工藝，2005， 28（5）：23-30.

[2] 喬金中.漂浮下套管技術(shù)在大港油田埕海一區(qū)的應(yīng)用[J].石油礦場機械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陳建兵，安文中，馬建.套管漂浮技術(shù)在海洋鉆井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齊松，李振，王海紅，等.快速下套管配套技術(shù)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2012（7）：105-107.

[5] 紀(jì)博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的設(shè)計與探討[J].西部探礦工程，2013（2）：93-95.endprint

1.2 旋轉(zhuǎn)引鞋

1.2.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)引鞋主要包括導(dǎo)向頭、本體（見圖2）。

1.2.3 工作原理

旋轉(zhuǎn)引鞋其導(dǎo)向頭設(shè)計為非對稱偏心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在受力時，能夠自動發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此，在下套管過程中套管串端部出現(xiàn)遇阻，可以通過上下活動套管串，旋轉(zhuǎn)引鞋導(dǎo)向頭受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，引導(dǎo)管串順利通過遇阻點。

1.3 半剛性扶正器

1.3.1 技術(shù)參數(shù)

適用井徑：215.9 mm

適用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具結(jié)構(gòu)

半剛性扶正器主要包括扶正楞、本體，（見圖3）。

1.3.3 工作原理

半剛性扶正器，其扶正楞設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)，下套管過程中如遇阻點在套管串中部，通過上提下放活動管串，當(dāng)阻力超過30～40 kN時，螺旋中空扶正楞將會發(fā)生變形縮徑，順利通過遇阻點。此外，其扶正楞設(shè)計為螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)水泥漿穿過時能夠改變流場，有效清除井壁泥餅，提高水泥漿頂替效率。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在經(jīng)過大量的地面試驗，多次對漂浮短接等工具進行性能檢測并不斷改進完善，達(dá)到了現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)條件。大慶油田自行開展的水平井漂浮下套管技術(shù)自2012年5月開始，先后在大慶油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齊平X等26口井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，套管均順利下到設(shè)計位置，套管下入成功率達(dá)到100%；固井質(zhì)量合格率達(dá)到100%。

應(yīng)用最長水平段為葡平X井，完鉆井深2999 m，垂深1657 m，實際水平段長度1220 m。該井應(yīng)用了2只漂浮短接，管串設(shè)計（見圖4）。

1#漂漂浮短接設(shè)計下深1900 m，則空氣段套管長度為1099 m，生產(chǎn)套管為5 1/2〞，鋼級P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。該井鉆井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系數(shù)為19.17 kg/m，空套管浮力為21.07 t。鋼級P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管擠毀壓力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受壓力），滿足施工要求。

為保證較好的套管居中度，該井水平段每根套管加放1只半剛性扶正器，造斜段為每根套管交替加放1只半剛性扶正器和1只彈性扶正器，直井段每5根套管加放1只彈性扶正器。該井套管下入順利，未出現(xiàn)明顯遇阻。套管下入至井底后，開泵憋通2#漂浮短接，其打開壓力等于漂浮短接額定打開壓力（25 MPa）減去靜液柱壓力16.9 MPa，為8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打開。漂浮短接打開后灌滿鉆井液循環(huán)，進行后續(xù)固井施工作業(yè)。該井最終測井結(jié)果顯示，其固井質(zhì)量介于合格與優(yōu)質(zhì)之間。

3 結(jié)語

（1）漂浮下套管技術(shù)是解決水平井套管下入摩阻大問題的有效方法之一，應(yīng)用該技術(shù)可以提高水平井套管下入時效。

（2）旋轉(zhuǎn)引鞋為偏心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向頭受力能自動偏轉(zhuǎn)，有利于套管串端部遇阻時順利通過遇阻處。

（3）半剛性扶正器可以有效保證套管居中度，同時在遇阻時能夠變形，順利通過遇阻點，有利于套管安全下入。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫莉，黃曉川，向興華.國內(nèi)水平井固井技術(shù)及發(fā)展[J].鉆采工藝，2005， 28（5）：23-30.

[2] 喬金中.漂浮下套管技術(shù)在大港油田埕海一區(qū)的應(yīng)用[J].石油礦場機械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陳建兵，安文中，馬建.套管漂浮技術(shù)在海洋鉆井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齊松，李振，王海紅，等.快速下套管配套技術(shù)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2012（7）：105-107.

[5] 紀(jì)博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的設(shè)計與探討[J].西部探礦工程，2013（2）：93-95.endprint