朱禮平 肖國益 廖忠會(huì) 王希勇 黎昌華

中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

模擬下套管技術(shù)在河壩區(qū)塊大斜度井中的應(yīng)用

朱禮平 肖國益 廖忠會(huì) 王希勇 黎昌華

中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

為解決河壩區(qū)塊大斜度定向井在實(shí)鉆過程中由于井眼軌跡不規(guī)則、鹽膏地層縮徑,大斜度井段下套管作業(yè)的實(shí)際難題,在調(diào)研大斜度井下套管方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合河壩區(qū)塊大斜度井特點(diǎn),建立了井眼、套管相容性模型并總結(jié)出下套管過程的模擬步驟:①依據(jù)收集的實(shí)鉆井眼資料,計(jì)算套管串和井眼兩種最小曲率半徑,分析無接箍套管能否下入井眼;②針對(duì)實(shí)際套管接箍或扶正器尺寸,以實(shí)鉆井眼數(shù)據(jù)反算出允許通過的套管串的不變形長度;③分析不同管串所對(duì)應(yīng)的不變形長度與井眼曲率的關(guān)系,然后確定出與套管柱剛度相當(dāng)?shù)耐ň苤Y(jié)構(gòu)。模擬下套管技術(shù)在 HB1-1D等井的成功應(yīng)用,為大斜度井現(xiàn)場模擬下套管提供了理論依據(jù)。

河壩區(qū)塊 深井 大斜度井 模擬下套管 臨界井斜角 井斜角

0 引言

大斜度井作為解決井位部署難題和提高油氣單井產(chǎn)量的一種新井型,其主要特點(diǎn)最大井斜角大于55°,與大位移井(水垂比大于2.0)相比其水平位移較小。在大斜度井實(shí)鉆中,大多數(shù)井都面臨井眼軌跡控制難和套管難下入等問題,曾經(jīng)在下套管中出現(xiàn)過中途被卡或下不到位等事故,最終不得以提前完鉆而導(dǎo)致定向鉆井失敗[1-6]。為了加快河壩區(qū)塊勘探開發(fā)進(jìn)程,先后部署了一批嘉二段和飛三段為目的層的大斜度定向井。這些井多數(shù)具有井深大于5 000 m,鉆遇地層復(fù)雜(陸相和海相),造斜點(diǎn)深(大于4 000 m),最大井斜角大(大于55°)等特點(diǎn),其中上部陸相地層傾角大,易井斜,軌跡控制難度大;地層呈不整合接觸,漏層多、位置不確定、地層承壓能力低,下部海相地層嘉五段—嘉四段鹽膏層發(fā)育,存在縮徑現(xiàn)象,下套管作業(yè)難度很大;同時(shí)由于勘探階段套管備材不足或更換扶正器等原因,也會(huì)進(jìn)一步增加大斜度井下套管作業(yè)難度。筆者在大斜度井下套管方法基礎(chǔ)上,結(jié)合河壩區(qū)塊大斜度井特點(diǎn),建立了井眼、套管相容性模型,并結(jié)合現(xiàn)場操作形成了模擬下套管技術(shù),在 HB1-1D等井中得到成功應(yīng)用。

1 大斜度井的特點(diǎn)及下套管方法

1.1 下套管方法

目前,大斜度井常采用下套管方法有:①常規(guī)下入法,邊下套管邊灌鉆井液;②常規(guī)漂浮法,套管下部灌鉆井液,上部掏空;③全掏空下套管,整個(gè)下套管過程不灌鉆井液;④使用漂浮接箍,下部套管掏空,上部灌鉆井液。其中,由于全掏空和常規(guī)漂浮下套管時(shí)易附件失效、發(fā)生井下復(fù)雜;漂浮接箍下套管具有設(shè)計(jì)和操作工序復(fù)雜等特點(diǎn),為了方便設(shè)計(jì)和現(xiàn)場常推薦采用常規(guī)下入法。在采用常規(guī)法下套管時(shí),一般前幾根套管逐根灌鉆井液,后續(xù)下套管采用間隔灌鉆井液,縮短套管在井下停止時(shí)間。

在大斜度井中,對(duì)斜井段常規(guī)下入法套管單元受力分析(見圖1),下套管作業(yè)時(shí)井口載荷為[6]:

式中:Wc為單位長度套管重量,αc為井斜角;當(dāng) F=0時(shí),利用套管自重下入深度達(dá)到極限時(shí),對(duì)應(yīng)臨界摩擦角θc=tan-1(1/μ),其中μ為鉆井液摩阻系數(shù)。

圖1 單元套管受力分析圖

1.2 大斜度井特點(diǎn)

河壩區(qū)塊嘉二段或飛三段大斜度井具有特點(diǎn):①造斜點(diǎn)在雷一段—嘉四段(大于4 000 m),水平位移小于1 500 m,斜井段與設(shè)計(jì)井深相比較小;②下套管作業(yè)前,在維護(hù)井眼穩(wěn)定通暢條件下,常加入塑料小球或石墨等潤滑材料,降低鉆井液摩阻系數(shù)。因此,在大斜度井下套管中完全可依靠套管自身克服由于鉆井液黏性或井壁不規(guī)則所帶來的摩阻,但若在下套管過程中仍然明顯遇阻,則主要是由于套管串與井眼幾何形狀不匹配,即套管串剛度太大而導(dǎo)致套管串在井眼內(nèi)出現(xiàn)“硬卡”問題。

2 模擬下套管技術(shù)

2.1 相容性模型

在采用常規(guī)下套管方法時(shí),以套管串在井眼出現(xiàn)“硬卡”問題為臨界條件,建立套管、井眼幾何相容性模型(見圖2),其中B、C兩點(diǎn)是約束點(diǎn),代表套管接箍或扶正器,兩個(gè)支點(diǎn)間是套管柱。在圖2中,R是長度為L(L=L1+L2)的套管柱可通過的最大井眼曲率半徑,在井眼直徑(Ds)、上下兩支點(diǎn)直徑ds1、ds2,套管外徑(d)給定前提下,可推導(dǎo)出套管柱所能通過的最大井眼曲率(K=1/R)。

圖2 套管—井眼相容性模型圖

2.2 模擬過程

首先依據(jù)現(xiàn)場鉆井液摩阻系數(shù)計(jì)算臨界摩擦角,與裸眼段內(nèi)最大井斜角進(jìn)行對(duì)比看能否采用常規(guī)下套管方法,在可采用常規(guī)下入法時(shí)再利用套管、井眼相容性模型,對(duì)下套管過程進(jìn)行模擬分析,其主要步驟如下:①依據(jù)收集實(shí)鉆井眼資料,計(jì)算套管串和井眼兩種最小曲率半徑,分析無接箍套管能否下入井眼;②在上述①的分析基礎(chǔ)上,針對(duì)實(shí)際套管接箍或扶正器尺寸,以實(shí)鉆井眼數(shù)據(jù)反算出允許通過的套管串不變形長度(可理解為接箍或兩扶正器之間距離);③分析不同管串所對(duì)應(yīng)的不變形長度與井眼曲率關(guān)系,然后確定出與套管柱剛度相當(dāng)?shù)耐ň苤Y(jié)構(gòu)。

3 HB1-1D實(shí)例分析

3.1 第3次開鉆完鉆數(shù)據(jù)

井眼尺寸為`241.3 mm,井段為3 932～5 263 m,造斜點(diǎn)為4 021 m,在井深4 082.38 m處最大井眼曲率為28.78°/100 m,最大井斜角為67.98°,實(shí)測(cè)井徑為232.2 mm;鉆井液密度為2.18 g/cm3,摩阻系數(shù)為0.07;準(zhǔn)備下入 `193.7 mm ×12.70 mm× TP125S套管,聚酯剛性扶正器外徑為228.6 mm,內(nèi)徑為198 mm。

3.2 下套管模擬分析

鉆井液摩阻系數(shù)為0.07,對(duì)應(yīng)臨界摩擦角86.00° (大于67.98°),可判斷采用常規(guī)下入法。

1)井眼/套管串最小曲率半徑計(jì)算。

2)模擬下帶`228.6 mm剛性扶正器的`193.7 mm套管柱。

由于實(shí)測(cè)井徑不準(zhǔn)確,按井徑擴(kuò)大率5%、10%和15%對(duì)帶`228.6 mm剛性扶正器的`193.7 mm套管柱反算允許通過的套管串不變形長度(見圖3),按井徑擴(kuò)大率10%對(duì)3種不同管串剛度進(jìn)行模擬,即計(jì)算不變形長度與井眼曲率關(guān)系(見圖4)。

由圖3可知,在井眼曲率一定情況下,帶`228.6 mm剛性扶正器的`193.7 mm套管柱,隨井徑擴(kuò)大率增加不變形長度增加,在井徑擴(kuò)大率10%條件下,其不變形長度為9.42 m,從理論上滿足1根套管安放1個(gè)扶正器的要求。由圖4可知3種管串結(jié)構(gòu)中, `241.3 mm鉆頭+`177.8 mm鉆鋌+`237 mm穩(wěn)定器通井鉆具組合與帶`228.6 mm的`193 mm套管串曲線重合度較高,說明了兩種管串剛度相當(dāng),理論上可采用`241.3mm鉆頭+`177.8 mm鉆鋌+ `237 mm穩(wěn)定器通井鉆具組合進(jìn)行通井作業(yè)。

圖3 帶`228.6 mm剛性扶正器的`193.7 mm套管串不變形長度與井眼曲率關(guān)系圖

圖4 3種管串不變形長度與井眼曲率關(guān)系圖

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

利用模擬下套管分析結(jié)果,在下雙扶正器鉆具通井卡鉆事故解除后,起鉆更換單扶正器鉆具組合,使用`241.3 mm牙輪鉆頭+`177.8 mm鉆鋌3根+237 mm扶正器+`127 mm加重鉆桿29根+`127 mm鉆桿+`139.7 mm鉆桿鉆具組合完成通井作業(yè),然后又順利下入了`193.7 mm尾管,并完成了注水泥施工作業(yè)。

4 結(jié)論

1)結(jié)合常規(guī)下套管方法,利用河壩區(qū)塊大斜度井特點(diǎn),建立了套管、井眼相容性模型,并形成了模擬下套管技術(shù)。

2)模擬下套管技術(shù)在 HB1-1D等井獲得成功應(yīng)用?，F(xiàn)場實(shí)踐表明,該技術(shù)具有很好的適用性,能為大斜度井現(xiàn)場模擬下套管提供理論依據(jù)。

[1]馬宗金.大斜度定向井的下套管技術(shù)[J].天然氣工業(yè), 1993,13(3):48-52.

[2]劉德平.川東地區(qū)深井及大斜度井固井實(shí)踐[J].鉆采工藝, 1995,18(1):13-17.

[3]林強(qiáng),陳敏,周利,等.非常規(guī)短尾管固井技術(shù)在大斜度井的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2005,25(10):49-51.

[4]劉善禎,谷祖德.大位移井下套管技術(shù)及發(fā)展方向[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2007,3(1):35-37.

[5]宋秀英,趙慶,姚軍,等.大位移井下套管技術(shù)[J].鉆采工藝,2000,23(4):15-19.

[6]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.

Application of casing runn ing simulation in highly deviated wellsat the Heba block

Zhu Liping,Xiao Guoyi,Liao Zhonghui,Wang Xiyong,Li Changhua
(Engineering Technology Institute,Sinopec Southw est Com pany,Deyang,Sichuan 618000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.83-85,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

When drilling high-angle directional wells at the Heba block,the casing running operation often becomes p roblematic at high-angle sections due to the irregular trajecto ry and undergauged gypsum section.Based on the investigation of the casing running methods for high-anglewells,and in combination w ith the featuresof high-anglewells at the Heba block,a wellbore-casing compatibility model is set up,and the casing running simulating p rocedures are summarized as follow s:a.to calculate theminimum radium curvature of casing string and the wellbo re according to the collected drilling data,so as to determinew hether the no-coup ling casings can be run dow nhole smoothly o r not;b.to get the maximum allowable length of undisto rted casing string through reverse calculation from the actual drilling data,with the sizesof the casing coup lings and centralizers to be actually used considered;and c.to decide the drifting assembly configuration w hich has a rigidity equivalent to that of the casing string,based on the analysisof the relationship between the undisto rted length and the welbo re curvature.The successful app lication of this simulation at the well HB1-1D has p rovided a theo retic evidence for the simulation of casing running in high-deep wells.

Heba block,deep well,high-angle well,simulation of casing running,critical inclination,inclination

中國石化項(xiàng)目“河壩區(qū)塊定向井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用研究”(編號(hào):GJ-109-0821)。

朱禮平,1981年生,工程師,碩士;2004年畢業(yè)于原西南石油學(xué)院石油工程專業(yè),從事鉆井、固井等方面設(shè)計(jì)和科研工作。地址:(618000)四川省德陽市龍泉山北路298號(hào)。電話:13908105539。E-mail:zhulipingswpi@126.com

朱禮平等.模擬下套管技術(shù)在河壩區(qū)塊大斜度井中的應(yīng)用.天然氣工業(yè),2010,30(1):83-85.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.024

2009-10-29 編輯 鐘水清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.024

Zhu L iping,engineer,born in 1981,graduated in petroleum engineering from Southwest Petroleum Institute in 2004.He holds an M.Sc.degree and ismainly engaged in design and research concerning drilling and cementing.

Add:No.298.North Longquanshan Rd.,Deyang,Sichuan 618000,P.R.China

Mobile:+86-13908105539E-mail:zhulipingswpi@126.com