扶正棱可變形套管扶正器研制及應(yīng)用

于小波，李玉海，王春華，萬發(fā)明，李迎德，劉 偉

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

套管扶正器是提高套管居中度、固井質(zhì)量必不可少的一種完井管串附件，目前應(yīng)用套管扶正器種類主要分為剛性扶正器、彈性扶正器兩大類。大慶油田水平井鉆井?dāng)?shù)量逐年增多，特別是長水平段水平井?dāng)?shù)量增加較快。在水平井完井施工作業(yè)中，既要考慮套管安全下入，又要考慮套管居中問題，因此套管下入及居中是影響水平井固井質(zhì)量的主要因素之一。針對問題，研制出了適合水平井完井管串應(yīng)用的套管扶正器，在考慮套管安全下入方面，扶正器扶正棱設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，如在下套管發(fā)生遇阻，扶正棱在一定阻力作用下可發(fā)生縮徑變形，使套管串順利通過遇阻點(diǎn)；在考慮套管剛性支撐方面，扶正棱設(shè)計(jì)為受力均勻的拱形結(jié)構(gòu)，具有較好承載能力，在正常下套管過程中能夠有效支撐套管，滿足套管居中要求，根據(jù)對水力循環(huán)通道計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)螺旋升角且相鄰扶正棱在軸向投影上首尾相連,保證了具有良好的套管居中效果，同時(shí)達(dá)到提高循環(huán)洗井、固井頂替效率的目的。

2 技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)

2.1 技術(shù)參數(shù)

適用套管：4-1/2″、5-1/2″、7″；

適用井型：直井、定向井、水平井；

工具尺寸：?210mm×280mm。

2.2 工具結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)為模具一體沖壓式結(jié)構(gòu)，主要包括扶正棱、本體，如圖1所示。

圖1 半剛性扶正器結(jié)構(gòu)圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2012年前大慶油田水平井套管扶正器主要應(yīng)用的是剛性扶正器，由于其材質(zhì)為鑄造鋁合金，在套管下入過程中一旦遇阻，扶正器容易破損，造成井下復(fù)雜。古龍南—平X井，該井完鉆井深2640m，水平段長700m，下套管前進(jìn)行了3次模擬通井，第一次通井鉆具組合：?215.9mm劃眼鉆頭+2柱加重鉆桿+35柱18°斜坡鉆桿+7柱加重鉆桿+18°斜坡鉆桿；第二次通井鉆具組合：?215.9mm劃眼鉆頭+1根加重鉆桿+?208mm螺旋螺扶+5根加重鉆桿+35柱18°斜坡鉆桿+7柱加重鉆桿+18°斜坡鉆桿；第三次通井鉆具組合：?212mm通井銑鞋+1根加重鉆桿+?212mm西瓜磨鞋+1根加重鉆桿+?212mm西瓜磨鞋+4根加重鉆桿+35柱18°斜坡鉆桿+7柱加重鉆桿+18°斜坡鉆桿，通井情況無卡阻顯示，比較正常。當(dāng)下套管至2298m時(shí)有遇阻顯示,后經(jīng)多次活動(dòng)套管仍無法下入，最終進(jìn)行拔套管作業(yè)。

拔套管作業(yè)時(shí)，初期每根提至套管接箍處時(shí)遇卡明顯，上提噸位100t并循環(huán)鉆井液，同時(shí)上下活動(dòng)套管，提出4根套管。第5根時(shí)加大上提載荷至110t，同時(shí)間歇開泵沖擊解卡，第5根提出后拔套管作業(yè)正常進(jìn)行，無須進(jìn)行循環(huán)，仍有遇卡顯示，但均未超過100t。該井共下入常規(guī)剛性扶正器共計(jì)44只，當(dāng)全部套管起出后，發(fā)現(xiàn)扶正器大部分發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)扶正器上附有10cm左右井壁掉塊，共計(jì)有13只扶正器已在套管下入及起出過程中被解體，全部掉落井底，導(dǎo)致井下復(fù)雜，為后期事故處理增加了難度。從下套管過程和起出套管情況分析，上提活動(dòng)（懸重正常）二次無阻卡顯示，起出常規(guī)剛性扶正器多數(shù)破碎，說明下套管過程中一旦有遇阻情況發(fā)生時(shí)，來回活動(dòng)套管會(huì)對剛性扶正器產(chǎn)生沖擊，由于剛性扶正器為鑄造鋁合金結(jié)構(gòu)，其扶正棱及本體抗拉和抗彎強(qiáng)度低，導(dǎo)致扶正器碎裂成碎塊，隨著套管的下行，碎塊堆積在套管接箍處，使井眼不通暢，從而造成下套管及拔套管作業(yè)施工困難。

2013年開始，新研制的扶正棱可變形套管扶正器先后在大慶油田中淺層、致密油水平井共計(jì)應(yīng)用400余口水平井，取得了良好現(xiàn)場應(yīng)用效果，保證了套管下入安全性施工，固井質(zhì)量合格率達(dá)到100%。其中2014年施工的源66-平X井，完鉆井深2361m，水平段長度741m，下套管至1606m時(shí)發(fā)現(xiàn)井口鉆井液返出量少，同時(shí)上提管串發(fā)現(xiàn)懸重不夠，判斷底部套管因上扣扭矩未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值而脫落，決定拔套管，該井共下入83只扶正棱可變形套管扶正器，全部起出，完好15只，其余扶正棱可變形套管扶正器發(fā)生形變，無扶正器掉落井底，未產(chǎn)生井下事故復(fù)雜，沒有對后期打撈、通井等施工作業(yè)產(chǎn)生影響。

龍26-平2x井為大慶油田應(yīng)用水基鉆井液施工的水平段最長記錄井，該井完鉆井深4045m，實(shí)際水平段長度2033m，最大井斜91.11°，其造斜段與水平段均鉆遇青山口組，地層坍塌周期短，粘土礦物含量高，且微裂縫發(fā)育，鉆進(jìn)過程中極易發(fā)生井壁剝落、坍塌等復(fù)雜。在經(jīng)過二次模擬通井作業(yè)后，進(jìn)行了下套管施工作業(yè)，為提高該井水平段套管居中度，從而達(dá)到提高固井質(zhì)量目的，該井共計(jì)應(yīng)用扶正棱可變形套管扶正器195只，同時(shí)應(yīng)用了漂浮下套管技術(shù)，該井套管一次性下入至設(shè)計(jì)井深，未現(xiàn)遇阻顯示，有效提高了套管下入效率及固井質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場應(yīng)用表明，扶正棱可變形套管扶正器相對常規(guī)鋁合金剛性套管扶正器安全系數(shù)高，現(xiàn)場應(yīng)用過程中，每根套管安放1只，可以有效保證套管居中度，同時(shí)在遇阻時(shí)能夠變形，順利通過遇阻點(diǎn)，避免井下復(fù)雜事故發(fā)生，有利于套管安全性下入。