大位移井套管防磨技術研究與應用

楊繼明，李 波

（1.中海油深圳分公司，廣東深圳518067；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術公司，廣東深圳518067）

在海洋油氣田開發(fā)鉆井中，尤其是大位移井、大斜度井、深井都有扭矩大、側向力高、鉆井周期長的特點，這些因素導致了井下套管的嚴重磨損，往往造成井下事故，給鉆井作業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。一直以來中海油南海東部油田針對套管磨損問題，做了一系列的分析研究，并采取了一系列套管防磨措施，同時還在摸索改進。

1 流花11-1D4PH井概況

流花11-1D4PH井在1000m處，由244.5mm套管開窗出去，增斜扭方位至井斜89.6°穩(wěn)斜，大斜度裸眼段長達4413m，85°以上的水平井段3900m。井身結構為：508mm隔水管×311m+244.5mm套管×1000m+215.9mm井眼至5412m。

（1）在井深700～900m段（?244.5mm套管內(nèi)）側向力最高達2500磅，狗腿嚴重度最高達7.31°/30m，如圖1所示，該井段套管最易磨穿[1]。

（2）長裸眼段4413m，鉆井液受長段泥頁巖水化影響，密度增長快，ECD難以控制，對大斜度井的鉆探形成潛在威脅。

（3）總體井深長5413m，水垂比高3.44，難度大，建井周期長，起下鉆次數(shù)多，套管磨損時間長，防磨壓力大。

圖1 流花11-1D4PH井ECD側向力模擬計算

2 流花11-1D4PH井套管防磨的難題及解決思路

針對大位移井套管磨損的問題，目前中海油南海東部油田常用套管防磨措施有：①敷焊鉆桿耐磨帶。在鉆桿接頭上敷焊一層耐磨金屬，形成一圈敷焊耐磨帶。鉆進中敷焊耐磨帶直接和套管或地層接觸，從而增加鉆桿的耐磨性。此外，隨著研究工作的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在鉆桿接頭耐磨帶敷焊金屬中添加低損害套管的材質，如Arnco300XT，不僅可增加套管的耐磨性，同時也可減少鉆桿和套管的相對磨損。②加鉆桿保護套。由低摩擦熱塑性聚合物制成，固定在鉆桿上。使鉆桿和套管間相對轉動轉化到套管與鉆桿保護套間。降低扭矩和摩阻，減少套管磨損。③安裝減阻減扭器。連接在鉆柱中，鉆進過程中，滾珠式可承受較高的側向力和減少阻力；內(nèi)塑料軸承滑套可降低旋轉磨擦；耐磨涂層可增加抗磨性，延長其壽命[2]。

現(xiàn)在已由最初的使用一種工具單一模式發(fā)展到幾種工具同時使用的復合模式，并取得了一定的效果。

（1）對于流花11-1D4PH井側向力高的問題。Williamson[3](1981)對大量實驗數(shù)據(jù)分析后，認為側向力是決定磨損速率的主要因素，同時他還指出在更多接觸點的情況下相同外徑的鉆桿接頭可以減少套管的磨損。由以上分析可知，可在高側向力井段安裝鉆桿保護器或減阻減扭器以增加其抵抗側向力的能力和減少摩擦。

但根據(jù)惠州油田HZ25-4-5井經(jīng)驗，鉆桿保護套設計最大抗擠能力為3000磅，該井理論計算最大側向力約為1000磅，但該井實際在鉆作業(yè)中大量套管保護套磨損破壞落井，造成卡鉆事故。

（2）對于流花11-1D4PH井ECD難以控制的問題。根據(jù)南海東部惠州油田大位移井的作業(yè)經(jīng)驗HZ25-4-2井鉆桿保護套/減阻器數(shù)量是HZ25-4-4的一倍，ECD高出0.12g/cm3；HZ25-4-2井下部井段較上部井段減少一半數(shù)量的鉆桿保護套,ECD降低0.072g/cm3；HZ25-4-5井拆去鉆桿保護套后ECD降低0.096g/cm3；由于本井允許最大環(huán)空當量比重ECD為1.44cm3，如圖2所示。如果本井采用鉆柱上加鉆桿保護套或減阻器的方法進行套管防磨。根據(jù)模擬計算在井深4400m附近ECD已達1.44cm3。

圖2 流花11-1D4PH井ECD模擬計算

（3）對于流花11-1D4PH井建井周期長，套管磨損時間長的問題。本井預計鉆至設計井深，需累計旋轉約280萬轉，而目前鉆桿保護套和減阻減扭器的設計累計旋轉最高額約為200萬轉。

根據(jù)以上因素可知常規(guī)的套管防磨措施已經(jīng)無法滿足流花11-1D4PH井的作業(yè)需求，因此本井從一種全新的角度考慮，首次采用CX300鉆井液用全效抗磨劑，進行套管防磨，該抗磨劑是以醇、酯與3種抗磨劑材料在高溫條件下通過合成及縮合反應生成的一種有機負離子化合物，分子式——[CnHnC(O)N(C4H8OH)(C4H8O)]nXnYn。

作用機理：CX300鉆井液用全效抗磨劑通過有機負離子吸附于套管及鉆桿表面，形成保護膜，該保護膜具有高抗磨性，鉆桿在套管內(nèi)轉動時，鉆桿和套管上的保護膜隔離了鉆桿和套管之間的直接摩擦，從而起到抗磨的作用，同時還具有潤滑作用。

3 CX300抗磨劑現(xiàn)場應用分析

（1）模擬計算流花11-1D4PH井在4000m以下，不考慮加入抗磨劑情況下的鉆進扭矩在26～36klb·ft之間，結果如圖3所示。

圖3 流花11-1D4PH井扭矩模擬計算

（2）流花11-1D4PH井與該油田已完鉆的C3ST2（裝有減阻減扭器）、A6ST1井在其他條件基本相同的條件下，實測扭矩值對比。

圖4 流花11-1D4PH、C3ST2、A6ST1井實測扭矩值

由圖4可以看出，本井與未做任何套管防磨措施的A6ST1井相同井段扭矩相比，有明顯的降低；與裝有減阻減扭器的C3ST2井在相同井段扭矩值相比，也相對較小。

4 結論

（1）CX300抗磨劑在流花11-1D4PH井中起到了增加潤滑、降低扭矩，達到了套管防磨的預期目標，也為大位移井套管防磨技術提出了一種新的思路——由機械方式到化學方法。

（2）從以上分析和現(xiàn)場使用情況來看，在目前條件下，要想對大位移井進行有效的套管防磨，消除鉆井隱患，單純采用一種方式或方法已不能滿足當前的作業(yè)需求，建議進行以下工作：①結合具體井的實際情況，采用多種技術相結合的方式，尋找作業(yè)平衡點。②可以從更廣闊的視角出發(fā)，嘗試采用新技術、新工藝，推動套管防磨技術不斷向前發(fā)展。

[1] 覃成錦，高德利，唐海雄，等.南海流花超大位移井套管磨損預測方法[J].石油鉆采工藝，2006，28(3)：1-3.

[2] 楊進，朱虎軍，等.套管磨損防護技術應用研究[J].石油鉆采工藝，2006，28(3).

[3] Williamson J S.Casing Wear:The Effect of Contact Pressure.SPE Journal of Petroleum Technology.1981，33(12):2382-2388(SPE 10236).