大位移井下套管工藝技術(shù)

王君書(shū)

（勝利石油管理局石油工程管理處，山東 東營(yíng) 257001）

大位移井下套管工藝技術(shù)

王君書(shū)

（勝利石油管理局石油工程管理處，山東 東營(yíng) 257001）

文章在介紹國(guó)內(nèi)外大位移井的基礎(chǔ)上，指出大位移井下套管工藝技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)，分析了國(guó)外解決這些問(wèn)題所采取的工藝技術(shù)措施，為解決我國(guó)鉆3 000 m以上水平位移的大位移井固井問(wèn)題提供了指導(dǎo)。

大位移井；固井；套管；扶正器；浮箍；漂?。汇@井液

大位移井又叫大位移延伸井ERD，就是在原定向井的基礎(chǔ)上，把井眼進(jìn)一步向外延伸的井。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，目前通常定義大位移井為水平位移與垂深之比大于或等于 2，或水平位移超過(guò)3 000 m的井；特大位移井（Mega Reach Well）是指水平位移與垂深之比大于3.0的井。

大位移井鉆井技術(shù)作為水平井技術(shù)的一個(gè)重要方面和發(fā)展方向，20世紀(jì)90年代得到迅速發(fā)展，1990年，大位移井的水平位移世界紀(jì)錄為 5 006 m，目前大位移井的位移世界紀(jì)錄為10 728 m，是由1999年BP公司于在英國(guó)Wytch Farm油田的1M－16SPZ井上創(chuàng)造的。目前，全球還有3口大位移井的位移超過(guò)萬(wàn)米，他們分別是英國(guó)的Wytch Farm 1M－16SPZ井、阿根廷的Cullen Norte－1井和英國(guó)的Wytch Farm M－11Y井。2010年3月勝利油田施工的重點(diǎn)探井高平1井，實(shí)際完鉆斜深4 535 m，垂深948.87 m，井底水平位移3 814.30 m，水平段長(zhǎng)3 462.07 m，位垂比達(dá)4.02∶1，創(chuàng)全國(guó)陸上油田位垂比最大的新紀(jì)錄。在大位移井方面，我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距。

圖1

1 國(guó)內(nèi)外下套管工藝技術(shù)發(fā)展情況介紹

大位移井的特點(diǎn)是大斜度長(zhǎng)裸眼穩(wěn)斜井段很長(zhǎng)，在井斜角很高的情況下，管柱躺在下井壁，增加了下行阻力。這種不能靠自身重力把套管柱向下滑動(dòng)時(shí)的井斜角稱(chēng)為臨界摩擦角。決定套管下深的主要因素是最大套管重量，下套管摩擦損失（在井斜角超過(guò)臨界摩擦角的井段時(shí)，必須施加外力將套管推進(jìn)該井段）以及下套管的機(jī)械損失（由鉆屑、井壁坍塌、井壁臺(tái)階、壓差卡鉆等）。

為解決大位移井摩阻大，套管難以順利下至設(shè)計(jì)井深的難題，優(yōu)化套管下井環(huán)境和作業(yè)，國(guó)內(nèi)外近幾年應(yīng)用了套管漂浮技術(shù)等下套管技術(shù)，下面給予簡(jiǎn)單介紹。

1.1 套管漂浮理論

為確定最佳下套管方法，人們對(duì)各種構(gòu)想進(jìn)行了嘗試，例如直徑分段減少、改變泥漿性能、套管漂浮等，所有嘗試的結(jié)果表明只有套管漂浮是下完整個(gè)套管段最有效的方法。

套管漂浮理論是近幾年前由Unocal公司在美國(guó)加利福尼亞近海油田實(shí)際作業(yè)中摸索出來(lái)的，其原理是使水平段的套管盡可能輕，垂直段的套管盡可能重。從原理上看套管漂浮是一種簡(jiǎn)單技術(shù)，該方法實(shí)質(zhì)上和典型的下套管作業(yè)一樣，只是在下部套管入井時(shí)不灌漿，其目的就是使套管大斜度段處于平衡漂浮狀態(tài)，使得整個(gè)套管入井阻力較小。漂浮接箍增加了套管的浮力，可使單位長(zhǎng)度的漂浮段套管的法向力減少60%～100%。例如244.5 mm、59.58 kg/m的套管在密度為1.27 g/cm3的泥漿中法向力為零。

1.2 套管漂浮技術(shù)的應(yīng)用

Unocal公司在Pedernales油田鉆的大位移井中，應(yīng)用了他們的專(zhuān)利產(chǎn)品——選擇性漂浮裝置（SFD）。根據(jù)摩阻分析，確定應(yīng)掏空套管的長(zhǎng)度并下入井內(nèi)，接著把一個(gè)塞子（膨脹式封隔器或回收橋塞）裝入下一根套管接頭處，形成臨時(shí)障礙物，配合浮箍?jī)?nèi)回壓凡爾的作用，使該接箍以下部分的套管內(nèi)充滿(mǎn)空氣形成漂浮段，套管柱的上部灌滿(mǎn)鉆井液，套管下到預(yù)定井深后使用鉆桿把塞子打開(kāi)；對(duì)回收橋塞回收后或?qū)⒛z塞泵入井底進(jìn)行固井。

Davis Lynch公司在此基礎(chǔ)上，做了一些改進(jìn)，設(shè)計(jì)制造出簡(jiǎn)單實(shí)用的套管漂浮接箍。

Davis漂浮接箍是一種自足式裝置，不需要使用任何其他的下入或回收工具。該裝置的內(nèi)筒可以在鉆水泥塞和浮箍、浮鞋時(shí)一起用PDC鉆頭或壓輪鉆頭鉆掉，其操作也很容易。當(dāng)套管下完后，開(kāi)泵給內(nèi)滑套施壓，剪斷上鎖銷(xiāo)，下行露出循環(huán)孔，即可向下部掏空套管段罐泥漿，待灌滿(mǎn)泥漿后即可進(jìn)行正常循環(huán)作業(yè)，直至注完水泥；當(dāng)頂替膠塞下行至漂浮接箍時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)內(nèi)筒剪斷下鎖銷(xiāo)，并一起下行至浮箍位置碰壓，這一切與正常固井是相同的，其工作示意圖，見(jiàn)圖2。

圖2 工作示意圖

由于割縫尾管不能采取上述漂浮接箍，Unocal公司在Dos Cuadras油田C－30等3口大位移井中采用了新的漂浮方法，這種方法是上述漂浮方法的改進(jìn)型。

在這3口井中，251 mm井眼中下168 mm割縫尾管。為達(dá)到使割縫尾管漂浮的目的，在尾管中下入了鋁質(zhì)中空柱塞，靠中空鋁質(zhì)作用柱塞在泥漿中的浮力，使割縫尾管漂浮，當(dāng)尾管下到預(yù)定井深后鉆掉鋁質(zhì)柱塞。

套管漂浮接箍能夠防止套管下入過(guò)程中大斜度段套管緊貼井眼下壁，減少套管摩阻力，使常規(guī)工藝無(wú)法下入井內(nèi)的套管順利下入。不采取漂浮技術(shù)，在大位移井固井中套管是很難下入的，有些井目前可以說(shuō)是根本不可能成功的，套管漂浮技術(shù)是大位移井固井的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1.3 輔助法

在Dos Cuadras油田的大位移井中下入168 mm割縫尾管，除采取上述漂浮措施外，還采取了加重管柱的方法。在尾管頂部單根內(nèi)放入121 mm的鉆鋌，用于增大直井段管柱重量，克服摩阻。

當(dāng)尾管接近水平井眼裸眼部分時(shí)，井下阻力增大，此時(shí)在尾管送入工具上部再下入203 mm的鉆鋌和144 mm加重鉆桿，以增加重量，直至尾管到達(dá)預(yù)定深度，此時(shí)把尾管留在井眼內(nèi)，然后把鉆鋌與加重鉆桿回收。

另外作為應(yīng)急措施，可以采取頂部驅(qū)動(dòng)裝置以輔助下套管，它具有能循環(huán)、上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)套管以及下壓（推）套管等功能。套管旋轉(zhuǎn)可破壞巖屑床和減少下行摩擦阻力，用頂驅(qū)系統(tǒng)下壓套管可提供下行重量的較大補(bǔ)充重量。

總之，套管順利地下入到設(shè)計(jì)井深是固好井的前提條件，綜合各種措施，包括提供優(yōu)質(zhì)井眼，采用漂浮技術(shù)，確保套管順利下入是大位移井固井的前提和固井技術(shù)的關(guān)鍵。

2 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）發(fā)展大位移井鉆井技術(shù)，必須解決大位移井下套管技術(shù)問(wèn)題，下套管工藝技術(shù)是大位移井固井的前提和技術(shù)難題。

（2）正確地運(yùn)用套管漂浮技術(shù)，則可以大大地延伸套管所能到達(dá)的水平位移；采用套管漂浮技術(shù)，保證套管順利下井是大位移井下套管工藝技術(shù)的關(guān)鍵。

（3）大位移井鉆井技術(shù)雖然發(fā)展很快，但其套管下入技術(shù)同其他鉆井技術(shù)一樣仍然是一項(xiàng)相對(duì)不夠完善的技術(shù)，有必要投入更大的人力、物力對(duì)其工藝技術(shù)行套管附件作進(jìn)一步的研究。

Big Displacement Mine Shaft Drive Pipe Processing Technology

Wang Junshu

The article in introduced that the domestic and foreign big displacement well in the foundation, pointed out the big displacement mine shaft drive pipe processing technology the key technologies and difficult, has analyzed the processing technology measure which overseas solution these questions adopt, to solve our country to drill above 3 000 m the horizontal departure to move the well well cementation question to provide the instruction greatly.

big displacement well; well cementation; drive pipe; centralizer; float collar; float; drilling fluid

TE242

A

1000－8136（2011）06－0036－02