肖新宇, 李文哲, 文乾彬, 朱 軍, 徐興海, 蒲 磊

(1洲際海峽能源科技有限公司 2四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司 3成都維泰油氣能源技術(shù)有限公司 4四川寶石花鑫盛油氣運營管理有限公司)

長寧頁巖氣采用平臺叢式水平井+大型體積壓裂開發(fā)模式，水平井巷道間距300～400 m，水平段長度1 200～2 800 m[1]。三維井眼軌跡復(fù)雜，頁巖儲層微裂縫和弱層里面發(fā)育，井漏頻繁，井眼縮徑垮塌嚴(yán)重，該區(qū)塊約80%～90%水平井套管下入困難，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率低，嚴(yán)重影響后期儲層壓裂改造效果。針對長寧區(qū)塊長水平段固井難題，通過對比分析各種類型扶正器優(yōu)缺點，優(yōu)選出性能優(yōu)異的Centek整體式彈性扶正器，現(xiàn)場試驗表明，該扶正器對復(fù)雜地層長水平段固井具有較好適應(yīng)性，能有效降低套管下入風(fēng)險，提高套管柱居中度，確保固井質(zhì)量。

一、套管扶正器優(yōu)選

水平井、大位移井固井施工過程中，常使用套管扶正器來減少套管偏心度，提高固井頂替效率，保證固井質(zhì)量；同時也能減少下套管過程中套管粘卡，降低套管下入風(fēng)險[2-3]。目前常用扶正器主要有兩類：彈性扶正器、剛性扶正器。剛性扶正器具有低啟動力和低下入力特點，對于井眼較規(guī)則水平井有較好適應(yīng)性，但對于井身質(zhì)量差，軌跡復(fù)雜的長段水平井，隨著剛性扶正器安裝數(shù)量增加，套管剛性和下入摩阻增大，導(dǎo)致套管下入困難。彈性扶正器具有較大變形和回復(fù)力特點，不僅能確保套管居中度，而且對變徑率較大井段具有良好通過性，降低了套管下入摩擦阻力，提高套管與井壁之間環(huán)空水泥固結(jié)均勻度，從而改善固井質(zhì)量，對于復(fù)雜地層長段水平井有較好適應(yīng)性。從不同扶正器性能特點對比可以看出(見表1)，整體式彈性扶正器在降低套管下入摩阻、變徑段通過能力、提高環(huán)空過流面積以及其耐磨性和可靠性方面均優(yōu)于其他扶正器。

表1 不同扶正器性能特點對比表

長寧地區(qū)頁巖儲層井壁穩(wěn)定性差，井眼極不規(guī)則，平均井眼擴大率為8.85%，最大達34.32%，給水平段套管下入和提高固井質(zhì)量帶來了巨大挑戰(zhàn)。整體式彈性扶正器具有較大的彈性變形量和回復(fù)力(見圖1)，可提高套管在不規(guī)則井段的通過能力，降低套管下入風(fēng)險；整體式彈性扶正器與套管貼合緊密，保證良好的套管居中度和環(huán)空流體通道，同時整體式彈性扶正器無應(yīng)力薄弱點，其可靠性較其他扶正器更高[4-5]。綜合對比來看，整體式彈性扶正器對該區(qū)水平井固井具有很好的適應(yīng)性。

圖1 整體式彈性扶正器下入模擬示意圖

二、Centek整體式彈性扶正器

1.Centek整體式彈性扶正器簡介

Centek整體式彈性扶正器利用整塊鋼板卷壓成型，無分離組件和焊接部件，大幅提高其可靠性，采用弓形雙曲線直扶正條設(shè)計，實現(xiàn)最大的側(cè)向支撐力(見圖2)。

圖2 Centek整體式彈性扶正器外觀設(shè)計圖

在制造材料中加入稀有元素硼，通過奧氏體化、淬火、沖洗、烘干、回火五步熱處理工藝，全過程精確控制溫度，從而提高鋼材質(zhì)中的奧氏體含量，降低弓形彈片脆性，確保足夠的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和韌性。

2.性能參數(shù)測試

依據(jù)GB/T 19831.1-2005《弓形套管扶正器》標(biāo)準(zhǔn)進行相關(guān)參數(shù)測試，測試結(jié)果表明(見表2)，最大啟動力和下放力低至0 N，偏離間隙比為67%時復(fù)位力達到7 856 N，較API標(biāo)準(zhǔn)提高了1.84倍。

表2 ?139.7 mm套管扶正器性能參數(shù)對比表

在靜態(tài)條件下測定不同材料整體式彈性扶正器摩阻系數(shù)，從測試結(jié)果可以看出(見圖3)，Centek整體式彈性扶正器摩阻系數(shù)為0.15，較其他材質(zhì)扶正器降低1.4～3.93倍。

圖3 摩阻系數(shù)測試對比圖

將Centek彈性扶正器與其他彈性扶正器進行現(xiàn)場井下磨損測試，從磨損測試結(jié)果可以看出(見表3)，同等條件下，Centek彈性扶正器最大外徑磨損率為1.8%，較其他扶正器降低72.2%～255.5%，扶正條厚度磨損率為11.6%，較其他扶正器降低174.1%～379.3%。

表3 不同整體式彈性扶正器現(xiàn)場試驗?zāi)p情況對比表

三、現(xiàn)場試驗

在長寧區(qū)塊XXH22-7井試驗Centek整體式彈性扶正器，該井為三開井身結(jié)構(gòu)，完鉆井深4 580 m，?244.5 mm技術(shù)套管下至1 087 m，水平段井眼尺寸為215.9 mm，水平段長為1 400 m，水平段井斜角為78°～86°，井徑擴大率2.26%～22.94%，下入油層套管尺寸為?139.7 mm，在2 555～4 580 m井段每10 m套管安放1個Centek整體式彈性扶正器，其最大外徑215.9 mm，內(nèi)徑143 mm，總長325 mm，軟件模擬水平段套管居中度為77%(見圖4)。

圖4 XXH22-7套管居中度模擬計算

XXH22-7井下套管全過程無阻卡，實現(xiàn)不旋轉(zhuǎn)方式一次性將套管順利下至預(yù)定井深，利用套管柱下入摩阻模擬計算和實測數(shù)據(jù)綜合分析表明[6-7]，實測套管柱下入最大摩阻系數(shù)為0.28(見圖5)，下套管速度達到135.8 m/h，全過程耗時29.5 h，與同平臺鄰井XXH22-6井相比(見表4)，套管下入時間縮短了38.4%，水平段固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率由85.20%提高至99.19%。由此可見，Centek整體式彈性扶正器大幅提高了套管下入效率，降低了長水平段套管下入風(fēng)險，確保了固井質(zhì)量。

圖5 XXH22-7實測大鉤懸重與計算大鉤載荷對比圖

表4 同平臺鄰井下入不同扶正器固井效果對比

四、結(jié)論

(1)現(xiàn)場試驗表明，使用整體式彈性扶正器套管柱下入摩阻系數(shù)較剛性扶正器降低了42.85%，作業(yè)時效提高了38.4%，水平段固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率由85.2%提高至99.19%。

(2)整體式彈性扶正器對井眼不規(guī)則長段水平井固井具有較好的適應(yīng)性，能夠提高水平段套管居中度，降低套管柱下入摩阻，是解決復(fù)雜地層長段水平井固井難題的重要手段。