漂浮下套管技術在長慶油田的應用

王立宏，陳　霖，李　森

漂浮下套管技術在長慶油田的應用

王立宏1，陳霖1，李森2

（1.川慶鉆探長慶鉆井總公司，西安710018；2川慶鉆探長慶固井公司，西安710100）①

在水平井長水平段下套管施工時，套管托壓、黏卡嚴重，妨礙了套管的正常下入，增加了作業風險。通過漂浮下套管技術，能夠使井下套管浮力增加，減小套管柱的摩擦阻力，降低套管阻卡風險，提高套管居中度。試驗結果表明：采用漂浮下套管技術，能夠有效減輕套管摩阻，使套管能夠順利下入，在長慶油田得到了廣泛使用。

下套管；漂浮工具；摩阻

長慶油田屬于“三低”油氣藏，近年來長慶油田水平井數量逐漸增多，特別是水平段1 200 m以上水平井施工成為常態。在下套管作業中，長水平段導致套管摩阻增大，套管阻卡現象頻發，影響下套管作業成功率，使井下復雜風險增大。考慮長慶的“三低”特性，漂浮下套管技術成為解決這一問題的優選技術。2013—2014年，長慶油田多口長水平段水平井采用漂浮下套管技術，降低了施工難度，提高長水平段完井作業成功率。

1　技術分析

1.1漂浮下套管技術

漂浮下套管技術是指利用套管漂浮工具，使工具下部與浮箍等單向閥之間的套管柱在下套管作業時充滿常壓空氣，而工具上部的套管柱內充滿液體。在下套管作業時，由于下部管柱充滿空氣，能夠在井底泥漿環境中起到“漂浮”作用，從而減小下部套管柱的重力，降低與井壁之間的摩阻，使套管能夠順利下入的技術。

目前國內外生產漂浮工具廠家眾多，長慶油田大量使用的漂浮工具基本結構如圖1所示。該工具由外筒、內筒、剪切銷釘3個主要部件組成，外筒與套管柱通過螺紋連接，內筒具有旁通效果，通過銷釘與外筒固定。在管柱壓力達到預定值后，銷釘剪斷，內筒由密封狀態變為旁通狀態，此時內部流道貫通，內筒脫落至井底，此時進行常規固井作業［1］。

圖1　套管漂浮工具結構

1.2漂浮工具安裝位置選擇

在大位移水平井下套管過程中，垂直井段套管可以依靠自身重力克服井壁的不規則和井眼形狀改變所帶來的摩阻載荷。當套管進入造斜段后，由于套管自身的剛度和井壁的摩擦，套管受到摩阻力的作用，向下運動的趨勢減弱。在臨界阻力角處，套管處于平衡狀態，此時套管再往井眼深處下放，需要外界力的作用（如圖2）。因此，考慮將漂浮工具的安放位置選擇在大位移水平井臨界阻力角處附近［2］。

圖2　套管井壁受力分析

臨界阻力角計算公式為

式中：W為套管自重；θc為臨界阻力角；μ為為套管與井壁的摩擦因數。

以215.9 mm井眼為例，取套管內摩擦因數為0.25，裸眼摩擦因數為0.35，此時臨界阻力角為70.7°。

按照經驗參數，當套管下放載荷大于靜載荷的30%時，套管可順利下入。在漂浮下套管現場作業中，需根據井眼軌跡、鉆具組合、大鉤實際載荷、鉆井液性能、作業方式、邊界條件等參數推算出實際摩擦因數，來確定漂浮工具的放入位置。在長慶油田，一般將漂浮工具安放于下入套管長度為水平段長度的70%～100%區間。

1.3作業程序

1）依次下入浮箍浮鞋。

2）在接入漂浮工具之前的套管下入過程中，不灌注鉆井液，保持管內始終為常壓空氣。

3）在預定位置接入漂浮工具。

4）套管按照設計要求下到井底后，用水泥車小排量加壓剪斷銷釘。剪斷壓力為F=Fx-ρgh，實際剪斷壓力的預計變化范圍為正增量，約為0～4 MPa。

5）銷子剪斷后，停止加壓，向套管內灌漿，使氣體緩慢排出。空氣完全排出需灌鉆井液1 h以上。

6）壓入下膠塞，開泵循環。

7）按照常規固井完成后續作業［3］。

2　現場應用

2.1概況

近年來，長慶油田累積有70余口長水平段水平井成功使用漂浮下套管技術完成下套管作業。其中，2014年中11口井使用數據如表1所示。

表1　2014年長慶油田11口井漂浮下套管技術使用數據

這11口井中，漂浮工具的普遍接入位置在水平段總長度的70%～100%區間，在此區間大鉤載荷顯示正常，套管下入穩定，未發生遇阻情況，證明了漂浮下套管技術可以解決長水平段下套管作業中套管摩阻大，套管下入困難的問題。

2.2現場使用案例

雙平10井設計井深2 475 m，設計入井深1 773 m，設計水平段長度700 m，實際井深2 360 m，實際入窗井深1 763 m，實際水平段長度597 m。設計套管下深2 355 m，設計阻位2 332～2 334 m，設計短位1 715～1 725 m，套管實際下深2 354.95 m，實際阻位2 333.40 m，實際短位1 718.45～1 720.71 m，漂浮工具位置按要求下深為1 811.20～1 811.86 m，在入窗點以下48.02 m。該井下套管作業中分段摩阻統計情況如表2所示。

表2　雙平10井井下套管作業中分段摩阻統計

由表2可知：在直井段時，套管摩擦阻力小，能夠依靠自重完成套管下放作業；進入水平段后，套管摩阻急劇增大，嚴重影響作業。使用漂浮下套管技術，使下放懸重能夠達到80～90 k N，為套管自重的40%左右，可以保證套管順利下入。

3　結論

1）漂浮下套管技術能夠有效減小井壁對套管的摩阻，減小長水平段水平井下套管遇阻現象。

2）漂浮工具的安裝位置計算需理論與實際相結合，計算方式仍有優化空間。

3）漂浮下套管作業在排空氣體階段存在一定的井控風險，在井控風險較大地區慎重使用。

［1］紀博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的設計與探討［J］.西部探礦工程，2013（2）：93-95.

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

［3］喬金中，丁柯宇，湯新國，等.漂浮下套管技術在大港油田埕海一區的應用［J］.石油礦場機械，2009，38（12）：78-82.

Application of Floating Casing Running Technology in Changqing Oilfield

WANG Lihong1，CHEN Lin1，LI Sen2
（1．Changqing Drilling Company，CCDC，Xi’an 710018，China；2．Changqing Cementing Company，CCDC，Xi’an 710100，China）

When casing running in the long horizontal section of horizontal well，casing gravity and sticky cards seriously impede the normal casing running，increases operational risks.By floating casing technology to increase buoyancy downhole casing，the friction of casing string is reduced，lower casing resistance card risk to improve the center of the sleeve.The results show that the floating casing technology can effectively reduce the friction sleeve，and make casing running smoothly into the horizontal section，floating casing technology in Changqing oilfield has been widely used.

casing running；float tool；friction

TE931.2

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.10.022

1001-3482（2015）10-0090-03

①2015-04-21

王立宏（1970-），男，甘肅西峰人，工程師，主要從事石油鉆井技術管理與研究工作，E-mail：wlh＿dell＠163.com。

①2015-04-21

剪樹旭（1974-），男，遼寧盤錦人，工程師，主要從事油田采油工具技術研發工作，E-mail：jsxboy＠sina.com。