淺談水平井套管保護技術

王成　郝建廣　張樂樂

摘 要：本文分析了水平井在修井過程中，修井管柱在水平井井身結構各段內與油層套管的受力情況，介紹了水平井現場使用的幾種油層套管保護措施的利弊。

關鍵詞：造斜點;增斜段;穩斜段;水平段;修井管柱;油層套管

1 水平井修井工藝現狀

濱南采油廠水平井鉆井及完井工藝技術已經非常成熟，但是，水平井修井工藝技術滯后。在普通直井及一般斜井的分層分采、填砂注灰及防砂等修井工藝技術，因水平井的鉆井軌跡及水平段內重力分散等特殊性質，無法在水平井內實施。應用在普通直井及一般斜井中的修井工具，如：打撈、分層及防砂等工具，也無法在水平井內使用。另外，由于水平井的特殊鉆井軌跡，修井管柱在進行起下、打撈解卡及鉆、磨、銑等施工時，對油層套管的磨損更是急待解決技術難題。

2 水平井修井管柱與油層套管受力分析

根據水平井鉆井增斜軌跡剖面，水平井的鉆井剖面類型可分為：雙增剖面、變曲率單增剖面、圓弧單增剖面三種類型。下面通過雙增剖面水平井鉆井剖面，對修井過程中修井管柱與油層套管的受力情況進行簡要分析。

水平井鉆井雙增剖面的井身結構有直井段—增斜段—穩斜段—增斜段—水平井段組成，其剖面示意圖如下。

（例圖一）

2.1 修井管柱入井過程不同井深位置受力情況計算

2.1.1 直井段

水平井直井段的油層套管基本是鉛直向下的，修井管柱在該段內由于重力的作用，其重量基本集中在油層套管的中心線上，與油層套管的接觸和摩擦沒有固定點、隨機性強，且主要產生在修井管柱下放過程中，原因是修井管柱在下放時產生的圓周晃動和上下顫動造成。

2.1.2 造斜段

用于大修的入井管柱通過造斜位置后按照一定速度進入增斜段I，因為油套的傾斜角和直井段中心部位相比，從水平位置開展變大，管柱出現變形，受重力影響，加上管柱斜度作用，和油套底端進行接觸（如例圖一：A點所示），同時順著增斜段I里面的油套底端進行延展，最終形成穩定的接觸線。這時，修井管柱在下方過程中與油層套管之間沿這條接觸線產生摩擦阻力，其大小與修井管柱對油層套管表面的正壓力‘N和修井管柱在通過增斜段抗彎曲時所產生的反作用力‘F作用在油層套管表面上的正壓力‘△N的大小有關。

2.1.3 穩斜段

修井管柱通過增斜段1進入穩斜段后，油層套管的斜度不再增加，基本穩定在同一斜度上。修井管柱則恢復自由直度，并在重力及油層套管的斜度作用下，在油層套管底部穩定接觸（如例圖一：B點所示），形成一條穩定的接觸線。這時，修井管柱與油層套管之間沿這條接觸線產生摩擦阻力，其大小與修井管柱對油層套管表面正壓力‘N的大小有關。

3 水平井修井油層套管保護技術

從修井管柱與油層套管的受力分析，不難看出水平井修井管柱對油層套管的摩擦損傷是無法避免的。怎樣才能減小摩擦力，將油層套管的損傷降低到最小程度，以最大限度地延長水平井使用壽命呢？通過摩擦力的基本計算公式f=μN，可以找到兩條途徑：第一是降低摩擦系數μ;第二是減小正壓力N。

3.1 降低修井管柱與油層套管之間的摩擦系數μ

降低摩擦系數μ的直接方法就是改變摩擦狀態，將修井管柱與油層套管之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，從而大幅降低摩擦系數μ。目前修井現場常用的有套管滾輪減磨裝置和套管鋼珠減磨裝置兩種。

3.2 減小修井管柱對油層套管的正壓力N

減小修井管柱對油層套管的正壓力N，以降低兩者之間的摩擦阻力，達到保護油層套管的目的。改變修井管柱材質法主要是在滿足修井工序要求的情況下，采用玻璃鋼油管來代替鋼質油管，從而降低修井管柱的重量，減小修井管柱對油層套管的正壓力N，達到保護油層套管的目的。

4 水平井修井套管保護技術展望

隨著科技的不斷發展進步，水平井修井套管保護技術也在不斷提高完善。目前，水平井修井套管保護技術有金屬小管徑連續管修井技術、碳纖維連續管修井技術及爬行機器人測試工具等多種。水平井測井因水平井的特殊鉆井軌跡，一直以來都是由修井管柱攜帶測試工具來完成的，不僅測試精度低、施工速度慢且對油層套管磨損大，是急需解決的水平井修井工藝難題，而爬行機器人測試工具的出現，無疑將是水平井修井及測試工藝技術的一次革命。

參考文獻：

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