大位移井漂浮下套管漂浮段管内介质密度优选

姜小亮

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500)

大位移井漂浮下套管漂浮段管内介质密度优选

姜小亮

(西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500)

考虑套管单位长度重量对套管下入过程的影响，对漂浮段管内介质密度所需最小值进行计算，预测不同介质密度时漂浮下套管过程中的井口载荷，分析不同介质密度对井口载荷的影响，结果表明，只有漂浮段套管管内介质密度大于所需的最小密度值时，漂浮下套管技术才能保证大位移井套管的成功下入，且经过计算确定了管内介质密度取值，即当管内介质所需最低密度小于0时管内介质为空气，大于0时介质密度选取1.0 g/cm3。

大位移井；漂浮下套管；漂浮接箍；介质密度；井口载荷

目前油气剩余资源量中“边、老、低、难”资源[1]所占比例越来越大，简单的定向井和水平井钻井技术已不能满足油气开发要求，大位移井已成为当前钻井的一种发展趋势。目前在大位移井的固井作业中，主要采用漂浮下套管技术[2]，在漂浮接箍以下一般为空气或密度较小的液体，而漂浮接箍之上的是钻井液，使得单位长度套管在钻井液中的浮重降低，从而达到减少套管下入过程中阻力的目的。目前国内外对漂浮下套管技术的研究主要是漂浮接箍安放位置的理论计算[3-4]和漂浮下套管技术的实例[5-7]应用分析，几乎很少考虑管内介质密度的影响。而优选漂浮段管内介质密度对大位移井套管下入具有重要的实际意义，它决定着漂浮下套管的成败。

1 V1井基础数据

V1井为国外某口大位移井，完钻井深8 249.02 m，完钻井斜85.33°，水垂位移比高达4.32，四开井深6 300 m，水平段长度4 331.11 m，最大垂深1 135.07 m，造斜段的狗腿角分别为2°/30m 、3°/30m。水平段较长，摩阻较大。因此，采用常规下套管工艺将套管安全下至预定井深十分困难。

图1为V1井四开常规下套管过程中井口载荷分布图，在套管下至5 350 m时，井口受向下的拉力载荷为0。随着下深的增加，需要额外的井口加压装置来辅助套管下至预定井深。下至6 300 m时，需要井口加压装置提供170 kN的轴向载荷，采用常规下套管工艺几乎不能够下至预定井深，漂浮下套管技术是目前解决这一问题的有效手段之一。

图1 常规下套管过程井口载荷分布

2 漂浮段套管管内介质密度分析

影响漂浮下套管的主要因素是漂浮接箍的选择、漂浮段长和漂浮段管内介质密度的确定。目前套管漂浮接箍结构有所不同，应根据现场实际需要进行选择。接箍安装位置根据临界阻力确定初始计算点[3]，从而确定漂浮段长。在漂浮接箍和套管漂浮段长确定后，需要考虑漂浮段套管管内介质密度。

在钻井液中单位长度套管重力为套管浮重，是单位长度套管的自重减去钻井液对套管的浮力[4]。

漂浮接箍以上：

WE=W(1-ρo/ρs)

(1)

漂浮接箍以下：

(2)

式中：WE——单位长度套管在钻井液中的重力，N/m；W——单位长度套管在空气中的重力，N/m；ρo、ρi——套管管外、漂浮段管内介质密度，g/cm3；ρs——套管材料的密度，g/cm3，一般取值7.85；D、d——套管外径、内径，m。

当WE≥0时，漂浮段套管能够依靠自身重量克服浮力，顺利下入预定井深。由式(2)计算漂浮段管内介质所需最低密度为：

(3)

根据实际大位移井的漂浮下套管研究，漂浮段管内介质密度根据最低密度值的大小而进行选取：

(4)

3 生产套管下入过程井口载荷模拟

V1井四开采用漂浮下套管技术，漂浮接箍安装位置初始计算点根据临界阻力确定，即井深1 900 m处，漂浮段长4 400 m。漂浮接箍以下套管管内分别采用空气和轻质流体，其井口载荷初始计算参数见表1。

表1 井口载荷初始计算参数

漂浮段介质为空气时，四开漂浮下套管过程中井口载荷随下深的变化趋势如图2。由于漂浮段管内介质密度较小，计算可知漂浮段套管浮重小于0，在漂浮段套管下入时，需要井口装置加压辅助下套管。随着下深的增大，所需加载的压力逐渐增大。在漂浮接箍下至井口时，加载压力达到最大，为70 kN。随着漂浮接箍上端套管逐渐下入，单位长度套管重量增加，套管自重能够克服浮力影响，井口载荷逐渐增大。当漂浮套管段全部进入水平段时，井口载荷达到最大。此后，随着套管的进一步下入，摩阻逐渐增大，井口载荷略有减小。

图2 套管下入过程1井口载荷/摩阻

从整个漂浮下套管过程来看，采用空气作为漂浮段管内介质改变了下套管的困难程度。但由于介质密度很小，该方法未能从根本上解决大位移井常规下套管带来的问题，如果遇到井底复杂情况，套管下入将更加困难。根据四开套管参数和管外钻井液密度，通过计算，漂浮段套管管内介质所需的最低密度为0.07 g/cm3，需要提高管内介质密度。

漂浮段介质为轻质流体时，其井口载荷随套管下深的变化趋势如图3。漂浮段管内介质密度较大，漂浮段套管浮重大于0，漂浮段套管下入时，依靠自身浮重能够顺利下入。随着下深的增大，在直井段，套管受自身重量的影响，井口载荷逐渐增大。进入造斜段后，套管受弯曲井眼摩阻的影响，井口载荷逐渐减小，但套管依靠自身浮重，依然可以顺利下入，在漂浮接箍下至井口时，井口载荷达到最小，为108.9 kN。随着套管进一步下入，漂浮接箍上端套管由于灌注钻井液，单位长度套管重量增加，井口载进入造斜段后，套管受弯曲井眼摩阻的影响，井口载荷逐渐增大。当漂浮套管段全部进入水平段时，井口载荷达到最大。此后，随着套管的进一步下入，受摩阻影响，井口载荷略有减小。与管内介质密度为0时相比，井口载荷余量更大，不需要额外的井口装置进行加压，套管能够成功下入。

图3 套管下入过程2井口载荷/摩阻

4 结论与认识

(1)漂浮段管内介质密度的不同，使得下套管过程中井口载荷不同，当管内介质密度低于所需的最低密度时，需要额外的井口装置加压辅助下套管。

(2)当漂浮段管内介质所需最低密度小于0时，管内介质为空气；大于等于0时管内介质密度选取1.0 g/cm3，能够保证套管成功下至预定井深。

(3)在漂浮下套管井口载荷值计算过程中，发现钻井液性能参数等因素对其具有一定的影响，建议加大对这些影响因素的研究。

[1] 康玉柱.世界油气资源潜力及中国海外油气发展战略思考[J].天然气工业,2013,33(3):1-4.

[2] 刘甲方,刘春全,艾志久,等.浅谈大位移井下套管技术的现状与发展[J].石油矿场机械,2008,37(4):17-20.

[3] 李维,李黔.大位移水平井下套管漂浮接箍安放位置优化分析[J].石油钻探技术,2009,37(3):53-56.

[4] 金业权,王锡文.漂浮接箍安装位置的理论计算[J]. 江汉石油学院学报,2001,23(2):6-7,12.

[5] 乔金中,丁柯宇,汤新国,等.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.

[6] 何树山,岳发辉,周明信.大港油田大位移钻井技术研究与实践[J].西南石油大学学报,2008,02:104-108,194.

[7] 陈述,张文华,王雷,等.委内瑞拉浅层高水垂比三维水平井下套管工艺[J].石油钻探技术,2013,41(1):56-60.

编辑：李金华

1673-8217(2015)04-0144-03

2015-02-25

姜小亮,1988年生，2012年毕业于西南石油大学，在读硕士研究生，主要从事钻井工程固井方面的研究工作。

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