淺談水平井套管保護(hù)技術(shù)

王成　郝建廣　張樂(lè)樂(lè)

摘 要：本文分析了水平井在修井過(guò)程中，修井管柱在水平井井身結(jié)構(gòu)各段內(nèi)與油層套管的受力情況，介紹了水平井現(xiàn)場(chǎng)使用的幾種油層套管保護(hù)措施的利弊。

關(guān)鍵詞：造斜點(diǎn);增斜段;穩(wěn)斜段;水平段;修井管柱;油層套管

1 水平井修井工藝現(xiàn)狀

濱南采油廠水平井鉆井及完井工藝技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是，水平井修井工藝技術(shù)滯后。在普通直井及一般斜井的分層分采、填砂注灰及防砂等修井工藝技術(shù)，因水平井的鉆井軌跡及水平段內(nèi)重力分散等特殊性質(zhì)，無(wú)法在水平井內(nèi)實(shí)施。應(yīng)用在普通直井及一般斜井中的修井工具，如：打撈、分層及防砂等工具，也無(wú)法在水平井內(nèi)使用。另外，由于水平井的特殊鉆井軌跡，修井管柱在進(jìn)行起下、打撈解卡及鉆、磨、銑等施工時(shí)，對(duì)油層套管的磨損更是急待解決技術(shù)難題。

2 水平井修井管柱與油層套管受力分析

根據(jù)水平井鉆井增斜軌跡剖面，水平井的鉆井剖面類型可分為：雙增剖面、變曲率單增剖面、圓弧單增剖面三種類型。下面通過(guò)雙增剖面水平井鉆井剖面，對(duì)修井過(guò)程中修井管柱與油層套管的受力情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

水平井鉆井雙增剖面的井身結(jié)構(gòu)有直井段—增斜段—穩(wěn)斜段—增斜段—水平井段組成，其剖面示意圖如下。

（例圖一）

2.1 修井管柱入井過(guò)程不同井深位置受力情況計(jì)算

2.1.1 直井段

水平井直井段的油層套管基本是鉛直向下的，修井管柱在該段內(nèi)由于重力的作用，其重量基本集中在油層套管的中心線上，與油層套管的接觸和摩擦沒(méi)有固定點(diǎn)、隨機(jī)性強(qiáng)，且主要產(chǎn)生在修井管柱下放過(guò)程中，原因是修井管柱在下放時(shí)產(chǎn)生的圓周晃動(dòng)和上下顫動(dòng)造成。

2.1.2 造斜段

用于大修的入井管柱通過(guò)造斜位置后按照一定速度進(jìn)入增斜段I，因?yàn)橛吞椎膬A斜角和直井段中心部位相比，從水平位置開(kāi)展變大，管柱出現(xiàn)變形，受重力影響，加上管柱斜度作用，和油套底端進(jìn)行接觸（如例圖一：A點(diǎn)所示），同時(shí)順著增斜段I里面的油套底端進(jìn)行延展，最終形成穩(wěn)定的接觸線。這時(shí)，修井管柱在下方過(guò)程中與油層套管之間沿這條接觸線產(chǎn)生摩擦阻力，其大小與修井管柱對(duì)油層套管表面的正壓力‘N和修井管柱在通過(guò)增斜段抗彎曲時(shí)所產(chǎn)生的反作用力‘F作用在油層套管表面上的正壓力‘△N的大小有關(guān)。

2.1.3 穩(wěn)斜段

修井管柱通過(guò)增斜段1進(jìn)入穩(wěn)斜段后，油層套管的斜度不再增加，基本穩(wěn)定在同一斜度上。修井管柱則恢復(fù)自由直度，并在重力及油層套管的斜度作用下，在油層套管底部穩(wěn)定接觸（如例圖一：B點(diǎn)所示），形成一條穩(wěn)定的接觸線。這時(shí)，修井管柱與油層套管之間沿這條接觸線產(chǎn)生摩擦阻力，其大小與修井管柱對(duì)油層套管表面正壓力‘N的大小有關(guān)。

3 水平井修井油層套管保護(hù)技術(shù)

從修井管柱與油層套管的受力分析，不難看出水平井修井管柱對(duì)油層套管的摩擦損傷是無(wú)法避免的。怎樣才能減小摩擦力，將油層套管的損傷降低到最小程度，以最大限度地延長(zhǎng)水平井使用壽命呢？通過(guò)摩擦力的基本計(jì)算公式f=μN(yùn)，可以找到兩條途徑：第一是降低摩擦系數(shù)μ;第二是減小正壓力N。

3.1 降低修井管柱與油層套管之間的摩擦系數(shù)μ

降低摩擦系數(shù)μ的直接方法就是改變摩擦狀態(tài)，將修井管柱與油層套管之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而大幅降低摩擦系數(shù)μ。目前修井現(xiàn)場(chǎng)常用的有套管滾輪減磨裝置和套管鋼珠減磨裝置兩種。

3.2 減小修井管柱對(duì)油層套管的正壓力N

減小修井管柱對(duì)油層套管的正壓力N，以降低兩者之間的摩擦阻力，達(dá)到保護(hù)油層套管的目的。改變修井管柱材質(zhì)法主要是在滿足修井工序要求的情況下，采用玻璃鋼油管來(lái)代替鋼質(zhì)油管，從而降低修井管柱的重量，減小修井管柱對(duì)油層套管的正壓力N，達(dá)到保護(hù)油層套管的目的。

4 水平井修井套管保護(hù)技術(shù)展望

隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，水平井修井套管保護(hù)技術(shù)也在不斷提高完善。目前，水平井修井套管保護(hù)技術(shù)有金屬小管徑連續(xù)管修井技術(shù)、碳纖維連續(xù)管修井技術(shù)及爬行機(jī)器人測(cè)試工具等多種。水平井測(cè)井因水平井的特殊鉆井軌跡，一直以來(lái)都是由修井管柱攜帶測(cè)試工具來(lái)完成的，不僅測(cè)試精度低、施工速度慢且對(duì)油層套管磨損大，是急需解決的水平井修井工藝難題，而爬行機(jī)器人測(cè)試工具的出現(xiàn)，無(wú)疑將是水平井修井及測(cè)試工藝技術(shù)的一次革命。

參考文獻(xiàn)：

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