小套管井的套管優(yōu)化選擇

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小套管井的套管優(yōu)化選擇

杜巧坪1胥元?jiǎng)?張偉2米豐2（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710000；2.延長(zhǎng)油田靖邊采油廠，陜西靖邊718500）

為提高整體開(kāi)發(fā)效率，降低開(kāi)發(fā)成本，國(guó)內(nèi)外好多油氣田應(yīng)用了小井眼鉆井技術(shù)。小井眼井中，可用小套管替代油管，但是在施工過(guò)程中，小套管應(yīng)該下入多深，它是否能夠承受壓裂中各種摩擦阻力，能否抵抗壓裂液的沖蝕等都有待研究。本課題旨在結(jié)合蘇里格氣田的實(shí)際情況，對(duì)小套管的壓裂管柱摩阻計(jì)算，從而確立選擇哪個(gè)型號(hào)的套管及壓裂的可行性。

小井眼井；小套管；壓裂

一、小套管壓裂中摩阻計(jì)算

摩阻是由于小套管在井孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)與井壁摩擦引起的運(yùn)動(dòng)阻力，隨著井段的不斷延伸，摩阻也會(huì)顯著地增加，甚至?xí)蔀闆Q定大位移井小套管下深的限制因素。因此如何準(zhǔn)確對(duì)小井眼井小套管的摩阻進(jìn)行計(jì)算已成為壓裂工程中亟待解決的問(wèn)題之一。另外現(xiàn)在的小套管設(shè)計(jì)規(guī)范都采用三軸應(yīng)力設(shè)計(jì)，即考慮了小套管中的軸向力對(duì)小套管抗內(nèi)壓和抗擠毀強(qiáng)度的影響，而小套管中的軸向力與小套管所受的摩阻有極為密切的關(guān)系。因此準(zhǔn)確對(duì)小套管壓裂中摩阻的計(jì)算也是保證小套管安全的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)場(chǎng)考慮到獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，以及對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)，蘇里格氣田通常采用胍膠壓裂液。本章的主要內(nèi)容旨在進(jìn)行利用胍膠壓裂液壓裂時(shí)，小套管中的摩阻計(jì)算。

1.壓裂液的流動(dòng)性質(zhì)

目前使用的壓裂液，除了水、活性水、油（低粘油或成品油）外，凡是使用各種高分子聚合物增稠或交鏈的油或水基壓裂液，在其流動(dòng)特性上均有程度不同的非牛頓流體的性質(zhì)。他們的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系，受剪切引起的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)變化的影響。

壓裂液在一定的條件下具有冪律流體的流變性質(zhì)。剪切速率的增加速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)較剪切應(yīng)力大。說(shuō)明隨著剪切速率的增加，壓裂液結(jié)構(gòu)被破壞，粘度也隨之降低。

2.摩阻計(jì)算

這里主要計(jì)算壓裂液油管內(nèi)的摩阻，小井眼井中，由于小套管已經(jīng)很小，無(wú)法在下入油管，所以直接以小套管代替油管作業(yè)，因此計(jì)算小套管內(nèi)的摩阻，論證它是否能安全生產(chǎn)。

（1）雷諾數(shù)計(jì)算

冪律液體的雷諾數(shù)：

（2）摩阻系數(shù)的確定

B層流至湍流的判斷，對(duì)于冪律流體，其臨界雷諾數(shù)為

C湍流的計(jì)算

冪律流體湍流的計(jì)算方法遠(yuǎn)不如層流計(jì)算方法成熟。湍流摩阻計(jì)算的一般方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)及因次分析，確定摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式f=F（Re，He，n）。對(duì)于不同的流體，其系數(shù)的函數(shù)關(guān)系不同。這里主要介紹冪律流體的摩阻系數(shù)計(jì)算方法［10］。采用經(jīng)驗(yàn)公式

（3）管內(nèi)沿程摩阻壓降

計(jì)算冪律流體管內(nèi)紊流摩阻的最常用方法，是采用Darcy-Weisbach公式：

式中L，d—管長(zhǎng)與管內(nèi)徑，m；

ΔP—圓管內(nèi)沿程摩阻壓降，kPa；

f—摩阻系數(shù)；

ρ—液體密度，kg/m3。

3.實(shí)例分析計(jì)算

這里以蘇里格氣田為例，取井深即管長(zhǎng)為L(zhǎng)=2500m，胍膠壓裂液的稠度系數(shù)KP=1.033Pa·sn，n=0.56，ρ=1.0×103kg/m3，流量，q=3m3/min=0.05m3/s。

目前蘇里格氣田用的小套管井較少，其中由六七口井用4″的小套管，只有兩口井用了3的小套管。下表主要分析內(nèi)徑，75.9mm（外徑，3）；內(nèi)徑，88.6mm（外徑，4″）；100.3mm（外徑，4）這三種管子的摩阻壓降。

表1 不同尺寸小套管與排量下的管內(nèi)摩阻壓降

二、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于同一尺寸的小套管來(lái)說(shuō)，隨著壓裂液排量的增大，其小套管沿程摩阻壓降變大；同一排量下，隨著小套管尺寸的增大，小套管沿程摩阻壓降變小。摩阻壓降太大不利于施工，選用的套管過(guò)大增加生產(chǎn)成本為。為穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)約成本蘇里格氣田更適于用內(nèi)徑88.6mm（4″）的管子。

［1］國(guó)外小井眼鉆井技術(shù)的發(fā)展，鉆采工藝［J］，1995，18（2）.

［2］周立輝.蘇里格氣田小井眼鉆井完井技術(shù)研究，西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論［D］，2006-5-10.

［3］齊向東.小井眼壓裂技術(shù)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白［N］中國(guó)石油報(bào)，2003年5月13日.