大位移井漂浮下套管漂浮段管內(nèi)介質(zhì)密度優(yōu)選

姜小亮

(西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都 610500)

大位移井漂浮下套管漂浮段管內(nèi)介質(zhì)密度優(yōu)選

姜小亮

(西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)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(nèi)介質(zhì)密度所需最小值進(jìn)行計算，預(yù)測不同介質(zhì)密度時漂浮下套管過程中的井口載荷，分析不同介質(zhì)密度對井口載荷的影響，結(jié)果表明，只有漂浮段套管管內(nèi)介質(zhì)密度大于所需的最小密度值時，漂浮下套管技術(shù)才能保證大位移井套管的成功下入，且經(jīng)過計算確定了管內(nèi)介質(zhì)密度取值，即當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)所需最低密度小于0時管內(nèi)介質(zhì)為空氣，大于0時介質(zhì)密度選取1.0 g/cm3。

大位移井；漂浮下套管；漂浮接箍；介質(zhì)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(shù)已不能滿足油氣開發(fā)要求，大位移井已成為當(dāng)前鉆井的一種發(fā)展趨勢。目前在大位移井的固井作業(yè)中，主要采用漂浮下套管技術(shù)[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(dá)到減少套管下入過程中阻力的目的。目前國內(nèi)外對漂浮下套管技術(shù)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(shù)的實例[5-7]應(yīng)用分析，幾乎很少考慮管內(nèi)介質(zhì)密度的影響。而優(yōu)選漂浮段管內(nèi)介質(zhì)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(chǔ)數(shù)據(jù)

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(dá)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(guī)下套管工藝將套管安全下至預(yù)定井深十分困難。

圖1為V1井四開常規(guī)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(yù)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(guī)下套管工藝幾乎不能夠下至預(yù)定井深，漂浮下套管技術(shù)是目前解決這一問題的有效手段之一。

圖1 常規(guī)下套管過程井口載荷分布

2 漂浮段套管管內(nèi)介質(zhì)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(nèi)介質(zhì)密度的確定。目前套管漂浮接箍結(jié)構(gòu)有所不同，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際需要進(jìn)行選擇。接箍安裝位置根據(jù)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(nèi)介質(zhì)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(nèi)介質(zhì)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(nèi)徑，m。

當(dāng)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(yù)定井深。由式(2)計算漂浮段管內(nèi)介質(zhì)所需最低密度為：

(3)

根據(jù)實際大位移井的漂浮下套管研究，漂浮段管內(nèi)介質(zhì)密度根據(jù)最低密度值的大小而進(jìn)行選取：

(4)

3 生產(chǎn)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(shù)，漂浮接箍安裝位置初始計算點根據(jù)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(nèi)分別采用空氣和輕質(zhì)流體，其井口載荷初始計算參數(shù)見表1。

表1 井口載荷初始計算參數(shù)

漂浮段介質(zhì)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(nèi)介質(zhì)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(dá)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(dāng)漂浮套管段全部進(jìn)入水平段時，井口載荷達(dá)到最大。此后，隨著套管的進(jìn)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(nèi)介質(zhì)改變了下套管的困難程度。但由于介質(zhì)密度很小，該方法未能從根本上解決大位移井常規(guī)下套管帶來的問題，如果遇到井底復(fù)雜情況，套管下入將更加困難。根據(jù)四開套管參數(shù)和管外鉆井液密度，通過計算，漂浮段套管管內(nèi)介質(zhì)所需的最低密度為0.07 g/cm3，需要提高管內(nèi)介質(zhì)密度。

漂浮段介質(zhì)為輕質(zhì)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(nèi)介質(zhì)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(jìn)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(dá)到最小，為108.9 kN。隨著套管進(jìn)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(jìn)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(dāng)漂浮套管段全部進(jìn)入水平段時，井口載荷達(dá)到最大。此后，隨著套管的進(jìn)一步下入，受摩阻影響，井口載荷略有減小。與管內(nèi)介質(zhì)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(jìn)行加壓，套管能夠成功下入。

圖3 套管下入過程2井口載荷/摩阻

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)漂浮段管內(nèi)介質(zhì)密度的不同，使得下套管過程中井口載荷不同，當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)密度低于所需的最低密度時，需要額外的井口裝置加壓輔助下套管。

(2)當(dāng)漂浮段管內(nèi)介質(zhì)所需最低密度小于0時，管內(nèi)介質(zhì)為空氣；大于等于0時管內(nèi)介質(zhì)密度選取1.0 g/cm3，能夠保證套管成功下至預(yù)定井深。

(3)在漂浮下套管井口載荷值計算過程中，發(fā)現(xiàn)鉆井液性能參數(shù)等因素對其具有一定的影響，建議加大對這些影響因素的研究。

[1] 康玉柱.世界油氣資源潛力及中國海外油氣發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].天然氣工業(yè),2013,33(3):1-4.

[2] 劉甲方,劉春全,艾志久,等.淺談大位移井下套管技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].石油礦場機械,2008,37(4):17-20.

[3] 李維,李黔.大位移水平井下套管漂浮接箍安放位置優(yōu)化分析[J].石油鉆探技術(shù),2009,37(3):53-56.

[4] 金業(yè)權(quán),王錫文.漂浮接箍安裝位置的理論計算[J]. 江漢石油學(xué)院學(xué)報,2001,23(2):6-7,12.

[5] 喬金中,丁柯宇,湯新國,等.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.

[6] 何樹山,岳發(fā)輝,周明信.大港油田大位移鉆井技術(shù)研究與實踐[J].西南石油大學(xué)學(xué)報,2008,02:104-108,194.

[7] 陳述,張文華,王雷,等.委內(nèi)瑞拉淺層高水垂比三維水平井下套管工藝[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(1):56-60.

編輯：李金華

1673-8217(2015)04-0144-03

2015-02-25

姜小亮,1988年生，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，在讀碩士研究生，主要從事鉆井工程固井方面的研究工作。

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