動(dòng)態(tài)固井在水平井固井中的應(yīng)用

邱繼鋒

摘 要：隨著現(xiàn)代石油的發(fā)展，水平井已經(jīng)成為石油增產(chǎn)的主要手段。而由于現(xiàn)今石油技術(shù)的限制，水平段套管偏心嚴(yán)重，固井質(zhì)量不佳成為限制其發(fā)展的瓶頸，如何能夠依靠現(xiàn)有的條件，提高水平井的固井質(zhì)量成為水平井鉆井的一個(gè)重要課題。在固井施工中來(lái)回的上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)套管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)固井，能有效的清除泥餅，減少壓力損失，使環(huán)空中水泥分布均勻，能快速有效的提高固井質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)固井技術(shù)的介紹，模擬了動(dòng)態(tài)固井過(guò)程中環(huán)空中流體的變化情況，介紹了動(dòng)態(tài)固井的工具，對(duì)提高水平井固井質(zhì)量有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：水平井 動(dòng)態(tài)固井 套管偏心距 動(dòng)態(tài)固井設(shè)備

在水平井固井過(guò)程中，在水平段，套管與井壁接觸面積大，導(dǎo)致套管嚴(yán)重偏心和貼壁，下入摩阻增大，易出現(xiàn)套管下不到位和卡套管事故，嚴(yán)重影響了泥漿驅(qū)替效率和封固質(zhì)量。很多實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，諸如在前置液設(shè)計(jì)，提高水泥漿性能，使用套管扶正器等措施來(lái)提高固井質(zhì)量，但是對(duì)水平段水泥固井質(zhì)量提高依然不是很明顯。如果能在固井施工過(guò)程中，在井下條件允許的情況下，來(lái)回的旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)套管，能夠增加鉆井液柱壓力的運(yùn)移，同時(shí)提供一種機(jī)械的方法，使得套管偏心環(huán)空中窄邊的虛泥餅?zāi)苡行У那宄?，在水平段環(huán)空中窄邊和寬邊的水泥頂替達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，就能從根本上提高固井質(zhì)量，而在現(xiàn)有條件下單靠改變流體的流變性，泵速或者扶正器等都達(dá)不到這樣的效果。

1 動(dòng)態(tài)固井中環(huán)空水泥變化情況

套管下入井中時(shí)，套管往往是偏心的，在最壞的情況下，套管在窄邊能完全的吸附在井壁上，這極大地影響了套管流體在窄邊和寬邊流體流動(dòng)的效果，用套管偏心距來(lái)定量描述套管偏心程度。

在靜止條件下，套管完全居中，套管偏心距約等于1。當(dāng)套管緊貼于井壁，套管偏心距等于0 ，這是在水平井中水平段套管完全貼在井壁上，套管居中程度最差。

當(dāng)在動(dòng)態(tài)條件下，套管上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)這項(xiàng)措施引進(jìn)，傳統(tǒng)定義的套管偏心距中將會(huì)隨套管在井眼中心位置的改變而不同，它是一個(gè)變量。套管的運(yùn)動(dòng)將會(huì)引起井下壓力的動(dòng)態(tài)變化。一次性固井的目的就是將環(huán)空中的鉆井液完全的用水泥漿替換，頂替效率用如下公式表示：

頂替效率=水泥占據(jù)的區(qū)域體積/整個(gè)環(huán)形空間區(qū)域體積

整個(gè)環(huán)形區(qū)域體積=水泥所占的體積+未頂替的體積

在套管運(yùn)動(dòng)的整過(guò)程，套管偏心距將會(huì)動(dòng)態(tài)的變化，最大流速和最低流速也將會(huì)交替的變化，壓力變化將會(huì)破壞泥餅的膠凝強(qiáng)度，最終將會(huì)允許水泥頂替殘留，靜止在井壁上的泥餅，當(dāng)然這主要依靠套管運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和排量大小。隨著套管的旋轉(zhuǎn)，流體將會(huì)進(jìn)行從窄邊到寬邊的圓周運(yùn)動(dòng)，反之亦然。

即使用最好的鉆井方法，也不能達(dá)到100%的套管居中度，在靜止條件下，套管偏心距是固定的，水泥在水平段的覆蓋程度主要依靠流體的流變性能和套管的居中度。旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)套管能夠在井下創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境，能夠分布不同的套管偏心距，用同樣的流體速度有效的驅(qū)除泥漿槽在環(huán)空中從寬邊到窄變。當(dāng)套管旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體就能產(chǎn)生一個(gè)圓周方向的力使流體從窄邊道寬邊，周而復(fù)始。同時(shí)，另外一種直接的好處，就是使水泥能夠均勻的分布，同時(shí)同樣的速度能夠使在窄邊和寬邊的水泥高度一致。另外，在下套管過(guò)程中如果遇阻卡，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)套管串來(lái)增加克服阻力，使套管順利下入到設(shè)計(jì)位置。在國(guó)外很多固井現(xiàn)場(chǎng)案例驗(yàn)證，旋轉(zhuǎn)套管速度建議控制在15-25rpm/min，上下活動(dòng)套管控制在6m/min。

2 動(dòng)態(tài)水泥固井工具

為了獲得最佳的套管偏心距和頂替效率，開(kāi)發(fā)適合套管上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的先進(jìn)技術(shù)裝備，運(yùn)用于動(dòng)態(tài)固井中全過(guò)程將十分重要?，F(xiàn)將各工具做簡(jiǎn)要介紹。

在國(guó)外以套管鉆井為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出了很多適合動(dòng)態(tài)固井的工具。裝置配備頂驅(qū)，自動(dòng)下入套管工具和固井水龍頭，能進(jìn)行套管連接，循環(huán)，套管運(yùn)動(dòng)等一系列連續(xù)工作。

頂驅(qū)：這個(gè)整個(gè)動(dòng)態(tài)固井必須配備，它在水平井和大斜度井鉆進(jìn)中中提供強(qiáng)有力的井眼清潔。相比于傳統(tǒng)的傳動(dòng)鉆桿系統(tǒng)，對(duì)于處理井下復(fù)雜情況中，頂驅(qū)將會(huì)更加容易的處理鉆柱（包括套管）的旋轉(zhuǎn)和上下活動(dòng)，尤其是接單根，倒劃眼和頻繁的短起下將會(huì)變得相當(dāng)容易。固井時(shí)，通過(guò)頂驅(qū)泵送水泥同時(shí)允許頻繁地套管旋轉(zhuǎn)，減少非生產(chǎn)時(shí)間。

自動(dòng)套管下入工具：該工具是從套管鉆井直接改造而來(lái)，套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（CDS），套管自動(dòng)下入工具和頂驅(qū)緊密相連。更利于套管的下入，防止了套管卡鉆，隨著套管的不斷旋轉(zhuǎn)，更有利于套管在循環(huán)鉆井液時(shí)，有利于井眼清潔和固井。在最近幾年，CRT已經(jīng)被認(rèn)作是固井施工中的關(guān)鍵工具。

無(wú)線扭矩信號(hào)傳輸系統(tǒng)：動(dòng)態(tài)固井的一個(gè)監(jiān)測(cè)部分，能記錄套管在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和扭矩。該系統(tǒng)能準(zhǔn)確顯示套管旋轉(zhuǎn)過(guò)程中扭矩的變化，并在司鉆控制板上用圖形顯示出來(lái)，合理的扭矩和監(jiān)測(cè)，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，在固井時(shí)可以采取相應(yīng)的措施去保證套管縱向彎曲產(chǎn)生不超過(guò)其額定的屈服值，及時(shí)調(diào)整固井過(guò)程中的套管轉(zhuǎn)數(shù)。

固井水泥頭/水龍頭：從頂驅(qū)上泵送水泥在現(xiàn)場(chǎng)還不易達(dá)到，現(xiàn)場(chǎng)主要推薦使用水泥頭或者從水龍頭的旁邊進(jìn)入，當(dāng)然水泥塞結(jié)構(gòu)可以根據(jù)壓塞裝置設(shè)置，現(xiàn)代的系統(tǒng)允許套管上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)鉆具，但是他們需要更多的安裝時(shí)間，同時(shí)還有很多的壓力限制。

扶正器：合理的管柱扶正器能夠有效的清除泥餅，偏心的管柱導(dǎo)致在高邊和低邊形成不同的流體速度，隔離液和水泥漿將會(huì)沿著阻力比較小的地方流動(dòng)，大段泥漿將會(huì)滯留在井眼低邊。扶正器主要安裝在套管柱上，在注水泥施工中提供足夠的套管居中度。但是他們只是常用于在套管柱的輔助設(shè)備。為了獲得足夠的套管居中度，計(jì)算和安裝足夠數(shù)量的扶正器，準(zhǔn)確下入位置，間隔。剛性扶正器用于由于它的超強(qiáng)的穩(wěn)定性和井眼清洗能力是認(rèn)為最好的選擇。

3結(jié)論和建議

無(wú)論是套管旋轉(zhuǎn)鉆井的發(fā)展，或是以常鉆井為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出以套管旋轉(zhuǎn)固井為過(guò)渡的鉆井方式，都能使水泥在環(huán)空中能夠均勻的分布，同時(shí)同樣的速度能夠使在窄邊和寬邊的水泥高度一致，能在實(shí)質(zhì)上提高水平井的固井質(zhì)量發(fā)展，盡管在石油工業(yè)上已經(jīng)證明了套管旋轉(zhuǎn)在整個(gè)固井過(guò)程中的重要作用，但是由于當(dāng)代工具和技術(shù)的發(fā)展的限制，使得這一技術(shù)不能廣泛的運(yùn)用于石油固井行業(yè)。實(shí)現(xiàn)固井中全過(guò)程的套管旋轉(zhuǎn)，還有很遠(yuǎn)的路要走，但是如果能夠通過(guò)本文對(duì)未來(lái)的固井技術(shù)提出或者指明一些方向，只要我們朝著這個(gè)方向邁進(jìn)，勝利也就不遠(yuǎn)了。

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