大庆油田水平井漂浮下套管技术研究

于小波++李玉海++万发明++王春华++许国林++刘伟

摘 要：在油田开发中、后期，水平井钻井技术对剩余油挖潜举足轻重，是提高原油采收率及开发低渗透油层的重要手段，可降低综合成本、环境污染风险，减少生产占地，有效开发低效储量，提升油气田的产能和开发效益。目前大庆油田水平井随着水平段加长，导致套管下入困难，施工时被迫减少套管扶正器的数量，使套管居中度达不到设计要求，固井质量差。针对这些问题开展了相关技术研究，研制配套了系列工具并形成了一套适合大庆油田水平井漂浮下套管工艺技术，目前现场应用115口井，应用效果良好，提高了套管下入时效及固井质量。

关键词：水平井 套管 漂浮

中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0028-02

Horizontal Wells Casing Floating Technology Research In Daqing Oilfield

YU Xiao-bo LI Yu-hai WAN Fa-ming WANG Chun-hua XU Guo-lin LIU Wei

（Drilling engineering technology research institute of daqing drilling engineering company，Heilongjiang Daqing，163413，China）

Abstract：In the oilfield development， the late for remaining oil potential in horizontal well drilling technology， is to improve the oil recovery and important means of developing low permeability reservoir， reduces the risk of comprehensive cost， environmental pollution， reduce production covers， effective development of inefficient reserves， improve the production capacity of the oil and gas fields and the development benefit. Now as the level of horizontal Wells in daqing oilfield period lengthen， leads to casing down into difficulty， construction is forced to reduce the number of casing centralizer， make the casing in medium can not meet the design requirements， the cementing quality is poor. To solve these problems in the related technology research， developed a series of tools and formed a set of form a complete set of suitable for horizontal Wells casing floating technology in daqing oilfield， currently 115 Wells field application， the application effect is good， improve the casing into the limitation and the cementing quality.

Key words：Horizontal Wells Casing Floating

近年来随着非常规油气资源勘探开发的深入，大庆油田水平井[1]钻井数量逐年增多，特别是长水平段水平井数量增加较快。在水平井中水平段套管串因重力作用总趋向于紧贴井眼下侧而形成托底，导致套管下入困难。

漂浮下套管技术[2-4]是解决上述水平井固井施工问题的有效方法之一。该技术通过在套管串结构中加入漂浮短接，在漂浮短接与浮箍之间注入空气或低密度钻井液，利用其产生的浮力作用，降低套管下入过程中井壁对套管的摩阻，有利于套管安全下入。以前大庆油田应用该技术的相关配套工具均为国外产品，价格昂贵。因此大庆油田开展了“水平井漂浮下套管技术”研究，研制出新型漂浮下套管系列工具，有效提高水平井套管下入时效，降低了水平井完井成本。

大庆钻井工程技术研究院于2012年开始开展相关研究工作，经过项目组研究，开发出水平井漂浮下套管相关系列工具，经过现场试验表明该系列工具能够提高套管下入时效，提高固井质量，降低钻井成本等方面有十分显著的效果

1 技术研究

水平井漂浮下套管技术系列工具主要包括漂浮短接、旋转引鞋、半刚性扶正器等，该系列工具能够解决水平井套管下入过程中遇到的相关问题，从而提高套管下入时效。

1.1 漂浮短接

1.1.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：水平井

工具尺寸：φ154 mm×880 mm

工具重量：30.96 kg

打开压力：25 MPa

1.1.2 工具结构

漂浮短接主要包括上接头、盲板、下接头（见图1）。

1.1.3 工作原理

通过在套管串中加入漂浮短接[5]，利用其密封性能，将套管分隔独立的密闭单元，漂浮短接以下套管段注入空气，漂浮短接上面的套管正常灌注钻井液，利用空气与套管外钻井液的密度差，使套管串产生向上的浮力，有效地漂浮在水平段钻井液中，漂浮长度为漂浮短接与浮鞋之间套管长度。endprint

1.2 旋转引鞋

1.2.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具结构

旋转引鞋主要包括导向头、本体（见图2）。

1.2.3 工作原理

旋转引鞋其导向头设计为非对称偏心结构，该结构在受力时，能够自动发生偏转。因此，在下套管过程中套管串端部出现遇阻，可以通过上下活动套管串，旋转引鞋导向头受力产生转动，引导管串顺利通过遇阻点。

1.3 半刚性扶正器

1.3.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具结构

半刚性扶正器主要包括扶正楞、本体，（见图3）。

1.3.3 工作原理

半刚性扶正器，其扶正楞设计为中空结构，下套管过程中如遇阻点在套管串中部，通过上提下放活动管串，当阻力超过30～40 kN时，螺旋中空扶正楞将会发生变形缩径，顺利通过遇阻点。此外，其扶正楞设计为螺旋结构，当水泥浆穿过时能够改变流场，有效清除井壁泥饼，提高水泥浆顶替效率。

2 现场应用

在经过大量的地面试验，多次对漂浮短接等工具进行性能检测并不断改进完善，达到了现场应用相关条件。大庆油田自行开展的水平井漂浮下套管技术自2012年5月开始，先后在大庆油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齐平X等26口井进行了现场应用，现场应用效果良好，套管均顺利下到设计位置，套管下入成功率达到100%；固井质量合格率达到100%。

应用最长水平段为葡平X井，完钻井深2999 m，垂深1657 m，实际水平段长度1220 m。该井应用了2只漂浮短接，管串设计（见图4）。

1#漂漂浮短接设计下深1900 m，则空气段套管长度为1099 m，生产套管为5 1/2〞，钢级P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。该井钻井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系数为19.17 kg/m，空套管浮力为21.07 t。钢级P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管挤毁压力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受压力），满足施工要求。

为保证较好的套管居中度，该井水平段每根套管加放1只半刚性扶正器，造斜段为每根套管交替加放1只半刚性扶正器和1只弹性扶正器，直井段每5根套管加放1只弹性扶正器。该井套管下入顺利，未出现明显遇阻。套管下入至井底后，开泵憋通2#漂浮短接，其打开压力等于漂浮短接额定打开压力（25 MPa）减去静液柱压力16.9 MPa，为8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打开。漂浮短接打开后灌满钻井液循环，进行后续固井施工作业。该井最终测井结果显示，其固井质量介于合格与优质之间。

3 结语

（1）漂浮下套管技术是解决水平井套管下入摩阻大问题的有效方法之一，应用该技术可以提高水平井套管下入时效。

（2）旋转引鞋为偏心结构，导向头受力能自动偏转，有利于套管串端部遇阻时顺利通过遇阻处。

（3）半刚性扶正器可以有效保证套管居中度，同时在遇阻时能够变形，顺利通过遇阻点，有利于套管安全下入。

参考文献

[1] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井固井技术及发展[J].钻采工艺，2005， 28（5）：23-30.

[2] 乔金中.漂浮下套管技术在大港油田埕海一区的应用[J].石油矿场机械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陈建兵，安文中，马建.套管漂浮技术在海洋钻井中的应用[J].石油钻采工艺， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齐松，李振，王海红，等.快速下套管配套技术研究[J].化学工程与装备，2012（7）：105-107.

[5] 纪博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的设计与探讨[J].西部探矿工程，2013（2）：93-95.endprint

1.2 旋转引鞋

1.2.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具结构

旋转引鞋主要包括导向头、本体（见图2）。

1.2.3 工作原理

旋转引鞋其导向头设计为非对称偏心结构，该结构在受力时，能够自动发生偏转。因此，在下套管过程中套管串端部出现遇阻，可以通过上下活动套管串，旋转引鞋导向头受力产生转动，引导管串顺利通过遇阻点。

1.3 半刚性扶正器

1.3.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具结构

半刚性扶正器主要包括扶正楞、本体，（见图3）。

1.3.3 工作原理

半刚性扶正器，其扶正楞设计为中空结构，下套管过程中如遇阻点在套管串中部，通过上提下放活动管串，当阻力超过30～40 kN时，螺旋中空扶正楞将会发生变形缩径，顺利通过遇阻点。此外，其扶正楞设计为螺旋结构，当水泥浆穿过时能够改变流场，有效清除井壁泥饼，提高水泥浆顶替效率。

2 现场应用

在经过大量的地面试验，多次对漂浮短接等工具进行性能检测并不断改进完善，达到了现场应用相关条件。大庆油田自行开展的水平井漂浮下套管技术自2012年5月开始，先后在大庆油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齐平X等26口井进行了现场应用，现场应用效果良好，套管均顺利下到设计位置，套管下入成功率达到100%；固井质量合格率达到100%。

应用最长水平段为葡平X井，完钻井深2999 m，垂深1657 m，实际水平段长度1220 m。该井应用了2只漂浮短接，管串设计（见图4）。

1#漂漂浮短接设计下深1900 m，则空气段套管长度为1099 m，生产套管为5 1/2〞，钢级P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。该井钻井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系数为19.17 kg/m，空套管浮力为21.07 t。钢级P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管挤毁压力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受压力），满足施工要求。

为保证较好的套管居中度，该井水平段每根套管加放1只半刚性扶正器，造斜段为每根套管交替加放1只半刚性扶正器和1只弹性扶正器，直井段每5根套管加放1只弹性扶正器。该井套管下入顺利，未出现明显遇阻。套管下入至井底后，开泵憋通2#漂浮短接，其打开压力等于漂浮短接额定打开压力（25 MPa）减去静液柱压力16.9 MPa，为8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打开。漂浮短接打开后灌满钻井液循环，进行后续固井施工作业。该井最终测井结果显示，其固井质量介于合格与优质之间。

3 结语

（1）漂浮下套管技术是解决水平井套管下入摩阻大问题的有效方法之一，应用该技术可以提高水平井套管下入时效。

（2）旋转引鞋为偏心结构，导向头受力能自动偏转，有利于套管串端部遇阻时顺利通过遇阻处。

（3）半刚性扶正器可以有效保证套管居中度，同时在遇阻时能够变形，顺利通过遇阻点，有利于套管安全下入。

参考文献

[1] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井固井技术及发展[J].钻采工艺，2005， 28（5）：23-30.

[2] 乔金中.漂浮下套管技术在大港油田埕海一区的应用[J].石油矿场机械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陈建兵，安文中，马建.套管漂浮技术在海洋钻井中的应用[J].石油钻采工艺， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齐松，李振，王海红，等.快速下套管配套技术研究[J].化学工程与装备，2012（7）：105-107.

[5] 纪博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的设计与探讨[J].西部探矿工程，2013（2）：93-95.endprint

1.2 旋转引鞋

1.2.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：水平井、定向井

工具尺寸：φ154 mm×430 mm

工具重量：17.8 kg

1.2.2 工具结构

旋转引鞋主要包括导向头、本体（见图2）。

1.2.3 工作原理

旋转引鞋其导向头设计为非对称偏心结构，该结构在受力时，能够自动发生偏转。因此，在下套管过程中套管串端部出现遇阻，可以通过上下活动套管串，旋转引鞋导向头受力产生转动，引导管串顺利通过遇阻点。

1.3 半刚性扶正器

1.3.1 技术参数

适用井径：215.9 mm

适用井型：直井、定向井、水平井

工具尺寸：φ210 mm×290 mm

工具重量：6.37 kg

1.3.2工具结构

半刚性扶正器主要包括扶正楞、本体，（见图3）。

1.3.3 工作原理

半刚性扶正器，其扶正楞设计为中空结构，下套管过程中如遇阻点在套管串中部，通过上提下放活动管串，当阻力超过30～40 kN时，螺旋中空扶正楞将会发生变形缩径，顺利通过遇阻点。此外，其扶正楞设计为螺旋结构，当水泥浆穿过时能够改变流场，有效清除井壁泥饼，提高水泥浆顶替效率。

2 现场应用

在经过大量的地面试验，多次对漂浮短接等工具进行性能检测并不断改进完善，达到了现场应用相关条件。大庆油田自行开展的水平井漂浮下套管技术自2012年5月开始，先后在大庆油田芳168—平X井、葡平X井、葡平X2井、齐平X等26口井进行了现场应用，现场应用效果良好，套管均顺利下到设计位置，套管下入成功率达到100%；固井质量合格率达到100%。

应用最长水平段为葡平X井，完钻井深2999 m，垂深1657 m，实际水平段长度1220 m。该井应用了2只漂浮短接，管串设计（见图4）。

1#漂漂浮短接设计下深1900 m，则空气段套管长度为1099 m，生产套管为5 1/2〞，钢级P—110，壁厚9.17 mm，重量：29.7 kg/m，1099 m套管空重32.64t。该井钻井液密度1.25 g/cm3，套管浮力系数为19.17 kg/m，空套管浮力为21.07 t。钢级P—110，壁厚9.17 mm，5 1/2〞套管挤毁压力76.5MPa>20.71 MPa（空套管段所受压力），满足施工要求。

为保证较好的套管居中度，该井水平段每根套管加放1只半刚性扶正器，造斜段为每根套管交替加放1只半刚性扶正器和1只弹性扶正器，直井段每5根套管加放1只弹性扶正器。该井套管下入顺利，未出现明显遇阻。套管下入至井底后，开泵憋通2#漂浮短接，其打开压力等于漂浮短接额定打开压力（25 MPa）减去静液柱压力16.9 MPa，为8.1 MPa，1#漂浮短接被直接打开。漂浮短接打开后灌满钻井液循环，进行后续固井施工作业。该井最终测井结果显示，其固井质量介于合格与优质之间。

3 结语

（1）漂浮下套管技术是解决水平井套管下入摩阻大问题的有效方法之一，应用该技术可以提高水平井套管下入时效。

（2）旋转引鞋为偏心结构，导向头受力能自动偏转，有利于套管串端部遇阻时顺利通过遇阻处。

（3）半刚性扶正器可以有效保证套管居中度，同时在遇阻时能够变形，顺利通过遇阻点，有利于套管安全下入。

参考文献

[1] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井固井技术及发展[J].钻采工艺，2005， 28（5）：23-30.

[2] 乔金中.漂浮下套管技术在大港油田埕海一区的应用[J].石油矿场机械，2009，38（12）：78-82.

[3] 陈建兵，安文中，马建.套管漂浮技术在海洋钻井中的应用[J].石油钻采工艺， 2001，23（5）：19-22.

[4] 雷齐松，李振，王海红，等.快速下套管配套技术研究[J].化学工程与装备，2012（7）：105-107.

[5] 纪博，姜冠楠，于小波.水平井漂浮短接的设计与探讨[J].西部探矿工程，2013（2）：93-95.endprint