漂浮下套管技术在长庆油田的应用

王立宏，陈　霖，李　森

漂浮下套管技术在长庆油田的应用

王立宏1，陈霖1，李森2

（1.川庆钻探长庆钻井总公司，西安710018；2川庆钻探长庆固井公司，西安710100）①

在水平井长水平段下套管施工时，套管托压、黏卡严重，妨碍了套管的正常下入，增加了作业风险。通过漂浮下套管技术，能够使井下套管浮力增加，减小套管柱的摩擦阻力，降低套管阻卡风险，提高套管居中度。试验结果表明：采用漂浮下套管技术，能够有效减轻套管摩阻，使套管能够顺利下入，在长庆油田得到了广泛使用。

下套管；漂浮工具；摩阻

长庆油田属于“三低”油气藏，近年来长庆油田水平井数量逐渐增多，特别是水平段1 200 m以上水平井施工成为常态。在下套管作业中，长水平段导致套管摩阻增大，套管阻卡现象频发，影响下套管作业成功率，使井下复杂风险增大。考虑长庆的“三低”特性，漂浮下套管技术成为解决这一问题的优选技术。2013—2014年，长庆油田多口长水平段水平井采用漂浮下套管技术，降低了施工难度，提高长水平段完井作业成功率。

1　技术分析

1.1漂浮下套管技术

漂浮下套管技术是指利用套管漂浮工具，使工具下部与浮箍等单向阀之间的套管柱在下套管作业时充满常压空气，而工具上部的套管柱内充满液体。在下套管作业时，由于下部管柱充满空气，能够在井底泥浆环境中起到“漂浮”作用，从而减小下部套管柱的重力，降低与井壁之间的摩阻，使套管能够顺利下入的技术。

目前国内外生产漂浮工具厂家众多，长庆油田大量使用的漂浮工具基本结构如图1所示。该工具由外筒、内筒、剪切销钉3个主要部件组成，外筒与套管柱通过螺纹连接，内筒具有旁通效果，通过销钉与外筒固定。在管柱压力达到预定值后，销钉剪断，内筒由密封状态变为旁通状态，此时内部流道贯通，内筒脱落至井底，此时进行常规固井作业［1］。

图1　套管漂浮工具结构

1.2漂浮工具安装位置选择

在大位移水平井下套管过程中，垂直井段套管可以依靠自身重力克服井壁的不规则和井眼形状改变所带来的摩阻载荷。当套管进入造斜段后，由于套管自身的刚度和井壁的摩擦，套管受到摩阻力的作用，向下运动的趋势减弱。在临界阻力角处，套管处于平衡状态，此时套管再往井眼深处下放，需要外界力的作用（如图2）。因此，考虑将漂浮工具的安放位置选择在大位移水平井临界阻力角处附近［2］。

图2　套管井壁受力分析

临界阻力角计算公式为

式中：W为套管自重；θc为临界阻力角；μ为为套管与井壁的摩擦因数。

以215.9 mm井眼为例，取套管内摩擦因数为0.25，裸眼摩擦因数为0.35，此时临界阻力角为70.7°。

按照经验参数，当套管下放载荷大于静载荷的30%时，套管可顺利下入。在漂浮下套管现场作业中，需根据井眼轨迹、钻具组合、大钩实际载荷、钻井液性能、作业方式、边界条件等参数推算出实际摩擦因数，来确定漂浮工具的放入位置。在长庆油田，一般将漂浮工具安放于下入套管长度为水平段长度的70%～100%区间。

1.3作业程序

1）依次下入浮箍浮鞋。

2）在接入漂浮工具之前的套管下入过程中，不灌注钻井液，保持管内始终为常压空气。

3）在预定位置接入漂浮工具。

4）套管按照设计要求下到井底后，用水泥车小排量加压剪断销钉。剪断压力为F=Fx-ρgh，实际剪断压力的预计变化范围为正增量，约为0～4 MPa。

5）销子剪断后，停止加压，向套管内灌浆，使气体缓慢排出。空气完全排出需灌钻井液1 h以上。

6）压入下胶塞，开泵循环。

7）按照常规固井完成后续作业［3］。

2　现场应用

2.1概况

近年来，长庆油田累积有70余口长水平段水平井成功使用漂浮下套管技术完成下套管作业。其中，2014年中11口井使用数据如表1所示。

表1　2014年长庆油田11口井漂浮下套管技术使用数据

这11口井中，漂浮工具的普遍接入位置在水平段总长度的70%～100%区间，在此区间大钩载荷显示正常，套管下入稳定，未发生遇阻情况，证明了漂浮下套管技术可以解决长水平段下套管作业中套管摩阻大，套管下入困难的问题。

2.2现场使用案例

双平10井设计井深2 475 m，设计入井深1 773 m，设计水平段长度700 m，实际井深2 360 m，实际入窗井深1 763 m，实际水平段长度597 m。设计套管下深2 355 m，设计阻位2 332～2 334 m，设计短位1 715～1 725 m，套管实际下深2 354.95 m，实际阻位2 333.40 m，实际短位1 718.45～1 720.71 m，漂浮工具位置按要求下深为1 811.20～1 811.86 m，在入窗点以下48.02 m。该井下套管作业中分段摩阻统计情况如表2所示。

表2　双平10井井下套管作业中分段摩阻统计

由表2可知：在直井段时，套管摩擦阻力小，能够依靠自重完成套管下放作业；进入水平段后，套管摩阻急剧增大，严重影响作业。使用漂浮下套管技术，使下放悬重能够达到80～90 k N，为套管自重的40%左右，可以保证套管顺利下入。

3　结论

1）漂浮下套管技术能够有效减小井壁对套管的摩阻，减小长水平段水平井下套管遇阻现象。

2）漂浮工具的安装位置计算需理论与实际相结合，计算方式仍有优化空间。

3）漂浮下套管作业在排空气体阶段存在一定的井控风险，在井控风险较大地区慎重使用。

［1］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.

［2］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.

［3］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.

Application of Floating Casing Running Technology in Changqing Oilfield

WANG Lihong1，CHEN Lin1，LI Sen2
（1．Changqing Drilling Company，CCDC，Xi’an 710018，China；2．Changqing Cementing Company，CCDC，Xi’an 710100，China）

When casing running in the long horizontal section of horizontal well，casing gravity and sticky cards seriously impede the normal casing running，increases operational risks.By floating casing technology to increase buoyancy downhole casing，the friction of casing string is reduced，lower casing resistance card risk to improve the center of the sleeve.The results show that the floating casing technology can effectively reduce the friction sleeve，and make casing running smoothly into the horizontal section，floating casing technology in Changqing oilfield has been widely used.

casing running；float tool；friction

TE931.2

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.10.022

1001-3482（2015）10-0090-03

①2015-04-21

王立宏（1970-），男，甘肃西峰人，工程师，主要从事石油钻井技术管理与研究工作，E-mail：wlh＿dell＠163.com。

①2015-04-21

剪树旭（1974-），男，辽宁盘锦人，工程师，主要从事油田采油工具技术研发工作，E-mail：jsxboy＠sina.com。