哈拉哈塘超深水平井窄間隙尾管下入分析

張 波 （長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

文志明 （中石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒841000）

HA901H是塔里木油田哈拉哈塘區(qū)塊的一口超深水平井，設(shè)計(jì)井深7069m，水平段三開使用?152.4mm鉆頭鉆至目的層，?127mm尾管完井，環(huán)空間隙只有12.7mm左右，尾管下入困難，具體表現(xiàn)在以下幾方面［1］：井深下尾管摩擦阻力大，導(dǎo)致尾管無法下到井底；存在局部的狗腿度過大導(dǎo)致尾管無法通過；下尾管時(shí)發(fā)生局部的屈曲而導(dǎo)致尾管無法下到井底。針對(duì)上述情況，筆者對(duì)尾管柱下入的可行性進(jìn)行了分析。

1 尾管柱下入摩阻分析

1.1 尾管柱下入組合

尾管柱下入組合如下：?127mm盲堵引鞋＋?148mm扶正器＋?145mm封隔器＋?148mm扶正器＋?142mm變徑接頭＋?127mm尾管＋懸掛器＋回接筒＋?88.9mm鉆桿。

1.2 摩阻計(jì)算

尾管下入過程首先必須要克服可能過大的摩阻，筆者對(duì)完井鉆柱和尾管下入過程進(jìn)行了摩阻計(jì)算，在進(jìn)行摩阻計(jì)算時(shí)，考慮到尾管柱實(shí)際的受力情況，應(yīng)使用三維軟桿摩阻分析模型。比較管柱摩阻和大鉤載荷的變化情況，如圖1所示。由圖1可知，管柱在下入過程中大鉤載荷始終大于0，說明管柱自身重量大于管柱所受摩擦阻力，這樣管柱可以依靠自身重量下入到井底。由于大鉤荷載遠(yuǎn)大于管柱所受的摩阻，摩阻對(duì)大鉤荷載變化的影響不大。

1.3 屈曲分析

在尾管下入過程中，當(dāng)克服摩擦力時(shí)需要通過尾管自身重量施加壓力，若壓力過大會(huì)產(chǎn)生尾管屈曲現(xiàn)象。筆者利用Landmark軟件分析了尾管下入時(shí)的屈曲變化，如圖2所示。由圖2可知，在整個(gè)下入過程中，尾管所受拉力的大小均沒有超過發(fā)生正弦屈曲時(shí)的載荷，說明管柱沒有發(fā)生正弦屈曲，可以通過尾管自身重量施加壓力來克服摩擦阻力并順利下到井底。

2 尾管通過曲率計(jì)算

尾管要順利下入井底，還必須滿足尾管能通過彎曲井眼段允許的最大曲率。對(duì)此可以通過計(jì)算下入尾管可能通過的最大井眼曲率值，然后與實(shí)鉆井眼中的最大井眼曲率進(jìn)行比較，即可知道能否下入。根據(jù)尾管的直徑、壁厚、曲率半徑、鋼級(jí)和屈服極限，并考慮安全系數(shù)和螺紋應(yīng)力集中系數(shù)，尾管允許通過的最大井眼曲率公式如下：

式中，Cm為尾管允許通過最大井眼曲率，（°）／30m；σs為尾管管體鋼材的屈服強(qiáng)度，MPa；K1為尾管管體外徑，m；K2為安全系數(shù)，取1.8；D0為螺紋應(yīng)力集中系數(shù)，取3.0。

圖1 尾管柱所受摩阻和大鉤載荷變化圖

圖2 尾管下入時(shí)的屈曲變化圖

由式 （1）計(jì)算可知，下入鋼級(jí)P110、?127mm、壁厚9.19mm尾管的最大通過曲率為18.56°／30m，遠(yuǎn)大于實(shí)鉆井眼軌跡的曲率13.03°／30m。因此，?127mm尾管能夠下入該井全角變化率最大井段。

3 模擬通井

在該井尾管下入過程中，如果存在井眼條件不佳、井壁比較粗糙、掉塊和沉砂多等情況，會(huì)造成機(jī)械卡鉆而導(dǎo)致尾管柱無法下入，為此必須進(jìn)行多次通井，確保井眼通暢，且通井管柱的剛度比尾管柱的剛度要大，這樣通井管柱可以下入的話，尾管柱就能夠順利下入了。

增加通井管柱的剛度的措施主要是增大下部鉆柱剛性，即在鉆頭之上增加大尺寸鉆鋌并加入相應(yīng)外徑較大的扶正器，并用扶正器代替尾管接箍進(jìn)行通井作業(yè)，具體做法是采用?152.4mm牙輪鉆頭＋?148mm扶正器＋?120mm鉆鋌＋?148mm扶正器＋?88.9mm鉆桿＋?88.9mm加重鉆桿＋?88.9mm鉆桿的鉆具組合進(jìn)行模擬通井。尾管與鉆鋌剛度比值公式如下［2］：

式中，D為管柱外徑，mm；d為管柱內(nèi)徑，mm。

由式 （2）可以計(jì)算出?120mm鉆鋌與?127mm尾管剛度對(duì)比值＝1.62，由于m＞1，說明雙扶帶短鉆鋌下部組合的整體剛度大于尾管的剛度［3］?，F(xiàn)場作業(yè)表明，使用該通井管柱進(jìn)行通井作業(yè)時(shí)未發(fā)生阻卡現(xiàn)象，表明通井鉆柱可以下入井底，這樣尾管柱可以順利下入。

4 結(jié)論和建議

（1）超深水平井窄間隙尾管下入時(shí)，尾管所受的摩阻小于管柱自身的重量，這樣可以順利下入井底，并且不會(huì)發(fā)生屈曲。

（2）套管通過的最大井眼曲率大于實(shí)際井眼曲率，能夠確保套管順利通過彎曲段。

（3）使用大剛度的鉆具組合模擬通井可以保證尾管的安全下入。

［1］蘇義腦 .水平井井眼軌道控制 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］韓志勇 .定向鉆井設(shè)計(jì)與計(jì)算 ［M］.東營：中國石油大學(xué)出版社，2008.

［3］劉修善 .井眼軌道幾何學(xué) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.