川西超深长水平井套管安全下入技术应用.pdf
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1、.173-第8 期川西超深长水平井套管安全下入技术应用李昱垚,王汉卿,睢圣(中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院)【摘要】川西雷口坡海相气藏主要采用丛式水平井组开发,开发井井深超过7 40 0 m,水平段长度普遍在140 0 18 0 0 m之间,目的层地层坚硬、非均质性强,储层较破碎,裂缝发育,易发生井壁失稳。同时,三开井眼尺寸16 5.1mm,套管尺寸127mm,环空间隙极小,套管安全下入难度极大。工程方传统的通井方式未针对超深长水平井井况特点采取措施,同时也缺乏有指导意义的参数评估套管下入风险。为此,本文通过分析井眼轨迹变化、井眼清洁控制、并壁稳定性、扶正器等因素对超深长水平井套管安
2、全下入的影响,结合综合录井数据,建立井下摩阻实时监测模型,提出一套超深长水平井套管安全下入方案制定与执行的方法,形成具有区域推广意义的套管安全下入施工流程。该方法成功应用于现场4口井下套管施工,确保套管顺利下至预设井深。【关键词】超深长水平井;井眼清洁;临界摩阻系数;套管安全下入前言川西海相雷口坡组气藏是中石化继普光气田、元坝气田之后在四川地区发现的又一海相大气藏。区块目前采用丛式水平井组开发,垂深超过57 0 0 m,斜深超过7 40 0 m,水平段长普遍在14001800m。该区块目的层水平段地层硬、非均质性强,工具井下振动剧烈,井眼轨迹调整频繁;储层较破碎,裂缝发育,易垮塌;小井眼长水平
3、段钻进过程中岩屑难以清除。而长水平井的井眼清洁状况对套管安全下入至关重要,井眼清洁不到位,岩屑床堆积,环空间隙变小,井下摩阻增大,导致套管下入困难甚至无法到达指定深度,造成较大经济损失-1。目前,川西海相超深长水平井套管安全下入难度巨大,前期施工井PZ6-4D、PZ5-2 D、PZ6-6 D油层套管均未下入预定位置。工程方传统的通井方式未针对超深长水平井井况特点进行有效的井眼清洁,未详细分析井眼轨迹、井壁稳定性、井眼清洁控制、扶正器等因素对套管安全下入的影响,缺乏有指导意义的参数评估套管下入风险。因此,本文通过分析以上因素对超深长水平井套管安全下入的影响,提出以超深长水平井井下摩阻系数计算作为
4、套管安全下入的风险评估手段,形成此类套管安全下入技术措施制定思路,降低套管下入过程中的阻卡风险。1套管安全下入影响因素1.1井眼轨迹井眼轨迹主要从两个方面影响套管下入阻力:一是影响套管与井壁的接触形式。高狗腿度井段套管与井壁之间的接触迅速由点接触向面接触转变,大大增加套管受到的摩阻。二是影响岩屑堆积,井眼轨迹的变化较大的井段极易导致岩屑床的堆积,继而进一步增加套管下入摩阻。1.2井壁稳定性井壁稳定性对于井眼清洁至关重要。井壁失稳产生的大量掉块以及井径扩大对下套管前井筒准备影响较大。通井过程中多次的起钻造成抽汲压力重复产生,可能导致ECD低于塌压力当量密度而无法维持井壁稳定,最终导致井壁进一步失
5、稳,为安全下套管带来极大的难题。1.3井眼清洁控制井眼清洁控制的关键是采用合理的工程参数有效携岩。大斜度井/长水平井水平段堆积的岩屑床往往存在上下两层,以“滚砂流”的形式运移。上层流动岩屑运移时,岩屑在重力作用下移动一段距离后垂沉到井筒低边,如此往复,形成岩屑床的堆积。通过钻杆旋转,由于钻井液的粘性耦合效应,将钻杆附近井筒低边堆积岩屑床搅作者简介:李昱垚(19 9 5-),毕业于中国石油大学(华东),获工学硕士学位,中级职称,从事钻井工程相关的科研和设计工作。174-2023年第2 6 卷节能安全石油和化工设备动至井筒高边,高边的高速流体起到传输带作用4,将岩屑运移出井筒,从而使岩屑床得到有效
6、清洁。如图1所示。高速流动区粘性耦合效应旋转搅动低边岩屑床图1井筒井眼清洁示意图因此,大井斜段上层岩屑床清洁的主控因素为:转数、钻井液性能、排量、循环时间。而下层沉积岩屑床,仅依靠钻井液冲刷难以实现有效清洁,往往需要通过倒划眼工艺将岩屑携带出井。1.4扶正器优选扶正器的结构设计对岩屑通过率和岩屑返出效率有较大的影响。通过优化扶正器的几何形态(包括倒角、转角、过流面积)增强岩屑的通过性与过流面积,提高井筒的清洁效率,从而降低通井过程中岩屑床堆积产生的憋泵风险。2套管安全下入技术现以PZ5-3D井为例,分别针对其井眼轨迹、井壁稳定性、井眼清洁控制、扶正器优选四个方面展开讨论,制定通井循环方案,并且
7、建立井下摩阻系数的计算方法,用以评估下套管的风险。2.1试验井基本信息试验井三开均采用165.1mm钻头完钻,下入127mm套管,环空间隙极小,套管居中下入环空间隙仅为19.0 5mm,井眼清洁不到位或者管柱屈曲度过大后极易造成套管阻卡,安全下入风险极高。试验井井身结构如表1所示。表1PZ5-3D井身结构及套管程序开次井身结构套管程序导管444.5mmX766.9m 365.1mmX766.9m一开333.4mmX3551m282.6mmX(0-986.97)m、2 7 3.1mmX(986.97-3551)m三开241.3mmX5866m193.7mmX5865.3m三开165.1mmX74
8、76m127mmX7380m2.2试验井井况分析PZ5-3D井A靶斜深6 3 9 5m,裸眼段最大狗腿度达19.8/10 0 m,常规螺杆钻进井段7 2 6 6-7 2 9 9 m,井斜下降过快,起钻下入增斜组合,井斜变化较大(8 7.5-8 6.9-8 5.5-8 5.7-8 5.8),岩屑床易堆积,为重点监测井段。该井在三开钻井过程中6 8 0 0-6900m、7 2 0 0-7 3 0 0 m 均发生严重的井壁失稳,原设计中提示塌压力当量密度为1.3 9 g/cm。而该井第二趟双扶通井过程返出大量新掉块,计算第一趟双扶通井起钻的全井段抽汲当量密度,如图2所示,6 8 0 0 m-7300
9、m井段通井钻井液密度1.51g/cm,而起钻抽汲当量密度为1.44g/cm,表明此时实际塌压力当量密度应大于1.44g/cm。当前钻井液密度无法维持井壁稳定,需及时调整钻井液密度与性能,同时为减轻抽汲压力的影响,计算控速带泵起钻情况下的井底当量密度 5,如图3 所示:(1)左图:不开泵,不旋转,起钻速度5m/min条件下直起的ECD为1.42 g/cm,低于塌压力当量密度;(2)右图:带泵起钻,转数40 rpm,排量2 0 L/S,上提速度2 0 m/min,ECD 为1.58 g/cm,确保井壁稳定。抽及雪型猫环凝度对耐钻速度蚊练性1.00020001.00040005.000M6000-7
10、.000747641451.555.0m/mg.C0100m/mnEC0-15m/mintCD-.200mV/mimIcoCalcularedSwabICDForecantPUECO-om/mnESO1oLOmnESDSuniste.M15.0m/mnES020.0mV/mmESD图2 双扶通井全井段抽汲当量密度分布175-李昱垚等川西超深长水平井套管安全下入技术应用第8 期2.3井下摩阻系数计算三维软杆模型假设井下管柱轴线形状与井眼轨迹相同,且为细长弹性体,沿井眼轨迹将管柱离散为dl的微单元体:Tia=T,+(W,dlcosaN,)(1)Mi+=M,+N,r(2)N,=(T,Apsina)+
11、(W,dlcosa)?(3)F=uN,(4)动与抽设当量添环宝度-超下粘速度敏撼性Vm23imGYOSNC5.55ONC4O340161/m1.000.1,000-148249/2725020008.000300MXDIRLMXRL5.0006.000-7.4764135141.51.55161414515161851710mmnso50mminso5.0m/mmsoTam/minso160mminSO7.8mymln50200m/mns029m/mins0240m/mm20240mumgPU图3 激动与抽汲当量循环密度对起下钻速度敏感性(左图:不开泵,不旋转,起钻速度5m/min,右图:转数
12、40 rpm,排量2 0 L/S,起钻速度2 0 m/min)式中:Ti+1、T i 分别为第i根管柱微单元上下端的轴向力,N;Mi+1、Mi 分别为第i根管柱微单元上下端的扭矩,Nm;N为第i根管柱微单元与井壁接触的正压力,N;W为第i管柱单元浮重,N;为摩擦系数;r为套管单位半径,m;a、a、分别表示井斜角、井斜角增量、方位角和方位角增量,();F表示摩阻,N;管柱向上运动时取“+”,向下运动时取“一”。对于局部井段狗腿度较大及厚壁套管段,套管刚度对摩阻扭矩的影响 6 ,引入附加刚性正压力Nr,即修正软杆模型,管柱与井壁接触正压力由原软杆模型中接触正应力N;与附加刚性正应力N两部分组成,N
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