巨厚膏盐层下套管模拟钻具组合应用

高长用，曾 毅

（中石油川庆钻探井下作业公司，四川成都610052）

随着勘探技术的进步，一大批埋藏极深、地质条件极复杂的油气藏逐渐进入了勘探开发阶段，这些深层油气藏各有特点，钻完井难度较常规（浅层）油气藏有显著变化，其中常见的难题之一就是巨厚膏盐层的钻完井作业。如何顺利地将这些特殊工况下的特殊套管顺利下至设计位置、封固必须封固的地层就成为一个重要的课题。此前有关于提高下套管成功率的通井钻具组合选择的专门研究有计算管柱/井眼最小曲率半径[1]和刚度对比匹配的理论研究[2]等方法，要么与现场实际需要有一定差距，要么计算过于复杂使用不便，现场亟需行之有效、方便易行的通井钻具组合选择方法。根据前人理论研究和现场实际使用经验，摸索出了通井模拟管柱确定的简化方法，并在现场试用多次取得较好效果。

1 经典理论的刚度对比方法

经典理论刚度对比选择均匀管柱进行对比，只考察钻铤本体与套管本体的匹配关系，得到的通井钻具与套管刚度为：

该计算方法的优点在于准确描述了两根均匀管柱之间的刚度关系，不足在于不能有效描述带扶正器的通井钻具和带节箍的套管之间的刚度关系，现场实际生产中采用的通井钻具组合大多数情况下带有一个或几个钻铤扶正器（其结构如图1所示）。在井眼尺寸有限的情况下（一般来说扶正器尺寸略小于井眼尺寸3~5mm），扶正器自然会与井壁接触，对钻铤形成支撑，钻铤可弯曲段长近似为单根钻铤长度，明显提高了钻具整体刚度，扶正器加入越多，刚度越大。

2 影响套管下入的主要因素

套管能否下入主要取决于以下几个方面：一是井身质量，在井眼绝对垂直、无狗腿的情况下，理论上只要井眼最小直径大于套管最大外径，套管就能下入井内；二是井壁光滑程度，主要取决于地层岩性和钻井液滤饼质量，井壁光滑无台肩有利于套管下入；三是钻井液自身状况，钻井液在井下没有增稠情况、无虚厚滤饼、有较好的润滑性等均有利于下套管作业（本文不考虑钻井液性能影响，默认钻井液性能能达到要求，在此基础上进行探讨）。

3 模拟钻具组合选择思路

3.1 管柱刚度模拟

将钻具简化为钻铤和扶正器的组合，套管串简化为套管本体加套管节箍的组合，不难看出只要钻铤刚度大于套管本体刚度、且钻铤扶正器刚度大于套管节箍，则等长情况下的钻铤和扶正器的组合刚度就应大于套管本体与节箍的组合刚度。用公式表达如下：

现场使用时钻铤长度一般小于套管本体长度、扶正器有效长度也大于套管节箍长度，显然这种情况下每根钻铤上接一只钻铤扶正器的刚度要大于单根带节箍套管的刚度。

3.2 管柱尺寸模拟

通过对管柱刚度进行模拟，理论上达到了可以下入的条件，但实际生产中由于套管外径往往大于钻铤尺寸，与井眼的间隙更小，同样情况下套管柱可弯曲空间越小[1]，通过会更困难。

为了更好在模拟套管柱刚度和尺寸上取得平衡，在模拟管柱中引入了欠尺寸扶正器，这里假设刚度相近的单根钻铤和套管在井下发生弯曲形变的程度基本一致。模拟管柱上的欠尺寸扶正器作为整个管串外径最大的部分，很容易与井壁接触形成支点，两个欠尺寸扶正器加上一根钻铤就组成了一个外径等同于欠尺寸扶正器外径的刚性圆柱；套管柱上（不考虑扶正器的情况）最大外径部分为套管节箍，同样可将两个套管节箍加一根套管本体看作外径等同于套管节箍的刚性圆柱。比较这两个等效圆柱可以发现：当欠尺寸钻铤扶正器外径大于套管节箍时，模拟管柱的尺寸大于套管柱。

实际生产中由于狗腿的存在，大尺寸的管柱通过会更困难，所以在选择欠尺寸扶正器外径时，要遵循“宁大勿小”的原则，即在井眼条件许可的情况下尽量选择外径更大的扶正器。

3.3 模拟管柱的选取原则

综上所述，模拟通井管柱选取原则如下：

（1）使用与套管本体刚度相近的钻铤；

（2）使用配套的欠尺寸钻铤扶正器，其外径应大于套管节箍外径，小于正常全尺寸钻铤扶正器；

（3）局限性：大尺寸、高刚度套管几乎没法找到相匹配的模拟管柱。

4 应用实例

在新疆某油田应用多次，模拟管柱起到了良好的表征作用，较好地解决了现场面临的问题（部分井使用情况见表1）。对比同区块×504和×505两口井可以看出，采用模拟管柱来判断套管通过性大大节约了钻井周期，减少了人为复杂，体现出明显的经济效益。

表1 模拟管柱使用实例

5 结论及认识

（1）由于钻具中扶正器的受力情况十分复杂，几乎没有办法准确计算其影响，这给现场使用带来极大的困难，特殊情况下只能选取较为保守的方式，以此确保实际作业中能一次顺利下入。

（2）模拟管柱的使用可以在一定程度上解决巨厚膏盐层的套管下入难题。

（3）每种方法都有其局限性，要认真考察作业条件和风险，综合判断作业措施的适用性。