延長油田大位移水平井漂浮下套管技術優化分析

趙毅，曹曉，趙倩，馬振鋒，李紅梅

（1.陜西延長石油集團研究院，陜西西安710065；2.中國石油川慶鉆探國際工程公司厄瓜多爾分公司，四川成都610051）

延長油田大位移水平井漂浮下套管技術優化分析

趙毅1，曹曉2，趙倩1，馬振鋒1，李紅梅1

（1.陜西延長石油集團研究院，陜西西安710065；2.中國石油川慶鉆探國際工程公司厄瓜多爾分公司，四川成都610051）

大位移水平井由于水平段長、垂深淺、位垂比大、套管加壓能力有限，本文通過分析漂浮下套管的技術原理與優勢，對不同漂浮長度下的套管進行摩阻計算，優選出一個最佳漂浮套管長度。通過分析現場不同摩擦系數和漂浮長度情況下套管的下入能力，優化出漂浮接箍最佳安放位置，實現了套管一次性下放到位。該技術的應用可以有效的提升水平井的水平段原油的開采，為后續淺層難動用油藏的有效開發提供了一條新的途徑，具有較高的技術參考價值。

大位移水平井；套管；摩阻；漂浮長度

延長油氣區鄂爾多斯盆地的油氣資源豐富，特別是在延長油田的東部區域，油氣藏埋深較淺，單純的依靠采用直井和定向井開發難以充分動用地層儲量，淺層大位移水平井能充分利用現有的井場設施，降低開發成本，實現延長油田淺層油氣藏的高效開發。淺層大位移水平井的突出特點是垂深淺、水平位移大、施工過程中鉆柱和套管柱受井眼摩擦影響較大，使得套管下入產生非常大的困難，漂浮下套管技術是解決這一問題最為有效的方法之一，該技術的應用可以有效的提升水平井的水平段原油的開采，具有巨大的市場價值[1-4]。

1 漂浮下套管技術基本原理

漂浮下套管技術是將漂浮接箍和止塞箍之間剔除原始鉆井液，用低密度的鉆井液或者空氣填充，從而增加漂浮套管的浮力，減輕管柱與井壁之間的正向壓力，進而降低摩擦阻力。此外由于漂浮接箍的上半部分充滿了原始鉆井液，從而增加了漂浮套管受到的推力，進而使套管的下入更加順利。

套管漂浮的組件包含：漂浮接箍、止塞箍、盲板浮鞋以及配套使用的固井膠塞等。套管漂浮在井眼內的管柱結構（見圖1），整個下入過程中，通過期間封閉的低密度鉆井液或者空氣來實現套管的漂浮。

圖1 漂浮下套管管柱示意圖

假設d為套管的漂浮長度，接箍內用空氣或低密度液體填充，接箍以上的套管用原始的鉆井液填充。對于d長度的漂浮段，總質量Fa為漂浮段套管的質量加上管內液體的質量之和，即：

漂浮段受到的套管外液體的浮力Fb為：

漂浮段套管的質量為總質量跟浮力之差，即：

將兩邊同除以d即為單位長度內漂浮套管的質量：

式中：ρ0-漂浮段管外液體密度，kg/m3；ρi-漂浮段管內液體密度，kg/m3；S0-套管外徑截面積，m2；Si-套管內徑截面積，m2；f-套管的單位質量，N/m；Fc'-單位長度漂浮套管的質量，N/m。

可以忽略用空氣填充漂浮套管內產生的質量，此時計算可得，漂浮套管的浮重明顯小于常規下套管計算的質量f，假設井斜角為α，計算漂浮段垂直方向上的正壓力計算如下：

由上述公式可知，Fc'跟N成正比例關系，即單位漂浮套管質量減少，正壓力也隨之減少，由此管柱與井壁之間的摩擦力也會變小，從而大大減少套管的螺旋屈曲，借助于漂浮接箍上半部分鉆井液的重力，推動套管下入變得更加順利。

2 漂浮下套管技術優化

合理優選漂浮長度是漂浮下套管技術的關鍵之處。若漂浮長度過短，則摩阻下降有限，起不到大幅降低摩阻的作用；若漂浮長度過長，會明顯降低套管下放后半程的下推力，達不到漂浮下套管的目的。因此，漂浮下套管現場施工時，必須對套管的受力情況進行模擬，優選出最佳的漂浮長度[6]。

假設已完鉆井的井深為H，需要漂浮的套管長度為D，對應鉤載為F，計算最佳漂浮長度如下：

首先根據當前工況的基本參數，計算在沒有漂浮接箍的情況下得到的井口載荷為F0。然后假設漂浮長度為D1時得到的井口載荷為F1，設定步長ΔD，依次計算出不同漂浮長度的大鉤載荷Fi，當計算出Fi

實際上選擇最佳漂浮長度的過程就是套管和井壁之間摩阻力大小的分析過程，假設井口載荷F和漂浮長度以及井深之間存在著一種函數關系，如下所示：

假設設計要求套管下放至井底，井口載荷最大時的漂浮長度為最佳漂浮長度：

另外，當漂浮長度增加時，受到的浮力會繼續增大，但同時降低了套管下放過程的下推力，導致大鉤載荷逐漸降低為零。設定大鉤載荷為零時對應的漂浮長度為D最大，則有下式成立：

結合以上兩公式計算出的長度就可以得到最佳漂浮套管長度。

3 X井套管漂浮計算

3.1 計算條件

3.1.1 摩阻系數套管段：FF=0.25；裸眼段：FF=0.30、0.35、0.40、0.45、0.50。

3.1.2 泥漿密度二開泥漿密度為1.07 g/cm3。

3.1.3 套管參數外徑：139.7 mm；內徑：121.4 mm；鋼級：P110；螺紋類型：LTC。

3.1.4 漂浮長度漂浮長度分別為：800 m、1 200 m、1 500 m、1 800 m。

3.2 優化漂浮長度

（1）不同摩擦系數情況下的套管下入能力分析（見圖2），在生產套管與技術套管摩擦系數一定的條件下，模擬生產套管與裸眼不同摩擦系數情況下的套管下放，分別計算出大鉤載荷，分析套管下放風險（見表1）。

表1 下套管前井眼情況

圖2 不同摩擦系數條件下的套管下放大鉤載荷

圖3 漂浮400 m長度下套管下入情況分析

從圖2可以看出：若套管下放過程中摩擦系數在0.3以內，則套管能順利下放到位，若摩擦系數超過0.3，則下放過程有可能發生螺旋屈曲，不能保證套管下放到位。考慮到淺層大位移水平井摩擦系數較常規水平井偏大，在下套管過程中應給予較大的活動余量，摩擦系數應按0.4考慮。因此，必須采取漂浮下套管的方式。

圖4 漂浮500 m長度下套管下入情況分析

圖5 漂浮600 m長度下套管下入情況分析

圖6 漂浮700 m長度下套管下入情況分析

（2）不同漂浮長度的套管下入能力分析（見圖3～圖7），分別按照漂浮400 m、500 m、600 m、700 m和800 m進行漂浮設計，根據計算結構，優選出最佳漂浮長度。

從圖3～圖7可以看出：（1）隨著漂浮長度在水平段的增加，套管下放過程中的摩阻急劇下降；（2）不斷增加漂浮長度，當漂浮接箍位于斜井段時，套管下放過程中的摩阻隨漂浮長度先下降后增加；（3）當漂浮長度為800 m時，套管下放至井底時的大鉤載荷最大，因此，X井漂浮下套管過程中應選的最佳漂浮長度為800 m。

圖7 漂浮800 m長度下套管下入情況分析

4 結語

（1）大位移水平井一般具有較長的水平段，位垂比較大，常規下套管方法難以實現套管一次性下放到位，采用套管漂浮技術能有效降低下套管過程中的摩阻，實現套管順利下入。

（2）應用漂浮下套管的技術，采用合理的模型計算不同漂浮長度情況下套管的受力情況，優化出套管最佳漂浮長度，實現套管按照設計要求一次性下放到位。

［1］李維，李黔，等.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.

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［7］周延軍，曾強滲，竇玉玲，姜蘭其.金平1淺層大位移水平井鉆井工程設計技術及應用［J］.鉆采工藝，2008，31（S1）：24-27+114.

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Floating casing running technology optimization analysis of large extended reach horizontal well in Yanchang oilfield

ZHAO Yi1，CAO Xiao2，ZHAO Qian1，MA Zhenfeng1，LI Hongmei1
（1.Research Institute of Shanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Xi'an Shanxi 710065，China；2.CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited International Ltd.，Chengdu Sichuan 610051，China）

Because of the long lateral-section horizontal well，shallow vertical depth and the big ratio of horizontal extension to vertical depth，the casing pressure ability is limited.This article through analyzing the technical principles and advantages of floating casing to calculate friction of the casing under different floating length，and select a best floating casing length.By analyzing the field casing running ability that different friction coefficient and the floating length，optimize the floating collar optimal placement，and realize the casing onetime down in place.The application of this technology can effectively improve crude oil exploitation of the level section of horizontal well，provides a new way for subsequent shallow hard to use effective reservoir，and has the high technology reference value.

large extended reach horizontal well；casing；friction；floating length

TE931.2

A

1673-5285（2017）01-0097-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.027

2016－12-12

趙毅（1983-），工程師，現就職于陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，主要從事鉆井工藝技術方面的研究工作，郵箱：zyklwkl@163.com。