趙毅，曹曉，趙倩，馬振鋒，李紅梅

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

延長(zhǎng)油田大位移水平井漂浮下套管技術(shù)優(yōu)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(zhǎng)石油集團(tuán)研究院，陜西西安710065；2.中國(guó)石油川慶鉆探國(guó)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(zhǎng)、垂深淺、位垂比大、套管加壓能力有限，本文通過(guò)分析漂浮下套管的技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同漂浮長(zhǎng)度下的套管進(jìn)行摩阻計(jì)算，優(yōu)選出一個(gè)最佳漂浮套管長(zhǎng)度。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)不同摩擦系數(shù)和漂浮長(zhǎng)度情況下套管的下入能力，優(yōu)化出漂浮接箍最佳安放位置，實(shí)現(xiàn)了套管一次性下放到位。該技術(shù)的應(yīng)用可以有效的提升水平井的水平段原油的開(kāi)采，為后續(xù)淺層難動(dòng)用油藏的有效開(kāi)發(fā)提供了一條新的途徑，具有較高的技術(shù)參考價(jià)值。

大位移水平井；套管；摩阻；漂浮長(zhǎng)度

延長(zhǎng)油氣區(qū)鄂爾多斯盆地的油氣資源豐富，特別是在延長(zhǎng)油田的東部區(qū)域，油氣藏埋深較淺，單純的依靠采用直井和定向井開(kāi)發(fā)難以充分動(dòng)用地層儲(chǔ)量，淺層大位移水平井能充分利用現(xiàn)有的井場(chǎng)設(shè)施，降低開(kāi)發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)油田淺層油氣藏的高效開(kāi)發(fā)。淺層大位移水平井的突出特點(diǎn)是垂深淺、水平位移大、施工過(guò)程中鉆柱和套管柱受井眼摩擦影響較大，使得套管下入產(chǎn)生非常大的困難，漂浮下套管技術(shù)是解決這一問(wèn)題最為有效的方法之一，該技術(shù)的應(yīng)用可以有效的提升水平井的水平段原油的開(kāi)采，具有巨大的市場(chǎng)價(jià)值[1-4]。

1 漂浮下套管技術(shù)基本原理

漂浮下套管技術(shù)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(jìn)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(jìn)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(nèi)的管柱結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），整個(gè)下入過(guò)程中，通過(guò)期間封閉的低密度鉆井液或者空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)套管的漂浮。

圖1 漂浮下套管管柱示意圖

假設(shè)d為套管的漂浮長(zhǎng)度，接箍?jī)?nèi)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(duì)于d長(zhǎng)度的漂浮段，總質(zhì)量Fa為漂浮段套管的質(zhì)量加上管內(nèi)液體的質(zhì)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(zhì)量為總質(zhì)量跟浮力之差，即：

將兩邊同除以d即為單位長(zhǎng)度內(nèi)漂浮套管的質(zhì)量：

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

可以忽略用空氣填充漂浮套管內(nèi)產(chǎn)生的質(zhì)量，此時(shí)計(jì)算可得，漂浮套管的浮重明顯小于常規(guī)下套管計(jì)算的質(zhì)量f，假設(shè)井斜角為α，計(jì)算漂浮段垂直方向上的正壓力計(jì)算如下：

由上述公式可知，F(xiàn)c'跟N成正比例關(guān)系，即單位漂浮套管質(zhì)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(huì)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(dòng)套管下入變得更加順利。

2 漂浮下套管技術(shù)優(yōu)化

合理優(yōu)選漂浮長(zhǎng)度是漂浮下套管技術(shù)的關(guān)鍵之處。若漂浮長(zhǎng)度過(guò)短，則摩阻下降有限，起不到大幅降低摩阻的作用；若漂浮長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)明顯降低套管下放后半程的下推力，達(dá)不到漂浮下套管的目的。因此，漂浮下套管現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，必須對(duì)套管的受力情況進(jìn)行模擬，優(yōu)選出最佳的漂浮長(zhǎng)度[6]。

假設(shè)已完鉆井的井深為H，需要漂浮的套管長(zhǎng)度為D，對(duì)應(yīng)鉤載為F，計(jì)算最佳漂浮長(zhǎng)度如下：

首先根據(jù)當(dāng)前工況的基本參數(shù)，計(jì)算在沒(méi)有漂浮接箍的情況下得到的井口載荷為F0。然后假設(shè)漂浮長(zhǎng)度為D1時(shí)得到的井口載荷為F1，設(shè)定步長(zhǎng)ΔD，依次計(jì)算出不同漂浮長(zhǎng)度的大鉤載荷Fi，當(dāng)計(jì)算出Fi

實(shí)際上選擇最佳漂浮長(zhǎng)度的過(guò)程就是套管和井壁之間摩阻力大小的分析過(guò)程，假設(shè)井口載荷F和漂浮長(zhǎng)度以及井深之間存在著一種函數(shù)關(guān)系，如下所示：

假設(shè)設(shè)計(jì)要求套管下放至井底，井口載荷最大時(shí)的漂浮長(zhǎng)度為最佳漂浮長(zhǎng)度：

另外，當(dāng)漂浮長(zhǎng)度增加時(shí)，受到的浮力會(huì)繼續(xù)增大，但同時(shí)降低了套管下放過(guò)程的下推力，導(dǎo)致大鉤載荷逐漸降低為零。設(shè)定大鉤載荷為零時(shí)對(duì)應(yīng)的漂浮長(zhǎng)度為D最大，則有下式成立：

結(jié)合以上兩公式計(jì)算出的長(zhǎng)度就可以得到最佳漂浮套管長(zhǎng)度。

3 X井套管漂浮計(jì)算

3.1 計(jì)算條件

3.1.1 摩阻系數(shù)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(kāi)泥漿密度為1.07 g/cm3。

3.1.3 套管參數(shù)外徑：139.7 mm；內(nèi)徑：121.4 mm；鋼級(jí)：P110；螺紋類(lèi)型：LTC。

3.1.4 漂浮長(zhǎng)度漂浮長(zhǎng)度分別為：800 m、1 200 m、1 500 m、1 800 m。

3.2 優(yōu)化漂浮長(zhǎng)度

（1）不同摩擦系數(shù)情況下的套管下入能力分析（見(jiàn)圖2），在生產(chǎn)套管與技術(shù)套管摩擦系數(shù)一定的條件下，模擬生產(chǎn)套管與裸眼不同摩擦系數(shù)情況下的套管下放，分別計(jì)算出大鉤載荷，分析套管下放風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)表1）。

表1 下套管前井眼情況

圖2 不同摩擦系數(shù)條件下的套管下放大鉤載荷

圖3 漂浮400 m長(zhǎng)度下套管下入情況分析

從圖2可以看出：若套管下放過(guò)程中摩擦系數(shù)在0.3以內(nèi)，則套管能順利下放到位，若摩擦系數(shù)超過(guò)0.3，則下放過(guò)程有可能發(fā)生螺旋屈曲，不能保證套管下放到位?？紤]到淺層大位移水平井摩擦系數(shù)較常規(guī)水平井偏大，在下套管過(guò)程中應(yīng)給予較大的活動(dòng)余量，摩擦系數(shù)應(yīng)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(zhǎng)度下套管下入情況分析

圖5 漂浮600 m長(zhǎng)度下套管下入情況分析

圖6 漂浮700 m長(zhǎng)度下套管下入情況分析

（2）不同漂浮長(zhǎng)度的套管下入能力分析（見(jiàn)圖3～圖7），分別按照漂浮400 m、500 m、600 m、700 m和800 m進(jìn)行漂浮設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)，優(yōu)選出最佳漂浮長(zhǎng)度。

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

圖7 漂浮800 m長(zhǎng)度下套管下入情況分析

4 結(jié)語(yǔ)

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

（2）應(yīng)用漂浮下套管的技術(shù)，采用合理的模型計(jì)算不同漂浮長(zhǎng)度情況下套管的受力情況，優(yōu)化出套管最佳漂浮長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)套管按照設(shè)計(jì)要求一次性下放到位。

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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(xiàn)就職于陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，主要從事鉆井工藝技術(shù)方面的研究工作，郵箱：zyklwkl@163.com。