大斜度、大位移井尾管懸掛器操作方法

秦德威，張明華，鄭曉志

大斜度、大位移井尾管懸掛器操作方法

秦德威，張明華，鄭曉志

闡述了大斜度、大位移井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了大斜度井、大位移井中尾管懸掛器的操作難點(diǎn)，介紹了在大斜度井或大位移井中尾管懸掛器的操作方法(主要包括下懸掛器前的準(zhǔn)備工作、懸掛器坐掛操作、懸掛器倒扣操作3個(gè)部分)，并列舉了該方法在JX1-1-B2井的成功使用。

尾管懸掛器；大斜度井；大位移井；坐掛；倒扣；JX1-1-B2井

在現(xiàn)代石油工業(yè)中，各種型號(hào)的尾管懸掛器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海上及陸地油田固井、完井作業(yè)中。尾管懸掛器是尾管固井的關(guān)鍵裝置，在尾管固井中起著舉足輕重的作用，在加工水平日益精湛的今天，尾管懸掛固井工藝也逐漸應(yīng)用成熟。在一般的直井井型結(jié)構(gòu)中，依照理想狀態(tài)下的計(jì)算方法，各類型尾管懸掛器的操作方法已經(jīng)被絕大多數(shù)的工程技術(shù)人員所掌握，而針對(duì)比較特殊的井型結(jié)構(gòu)，特別是大斜度井和大位移井型，已經(jīng)不能籠統(tǒng)的直接套用在直井中的操作方法。

1 大斜度、大位移井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

井斜角在60～80°范圍內(nèi)的定向井稱之為大斜度井。大位移井分為2種情況：①水平位移與垂深之比大于等于2的定向井或水平井；②完鉆時(shí)所測(cè)的井深與垂深之比大于等于2的定向井或水平井。與常規(guī)井相比，大井斜角是大斜度井與大位移井的一個(gè)共性。

隨著石油鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，大位移井和大斜度井越來越顯示出其井眼軌跡的優(yōu)越性：①大斜度井可鉆穿的油層的井段長(zhǎng)，可一次性連接不在同一深度的幾個(gè)油氣田，使油藏的泄油面積增大，可以大幅度提高單井產(chǎn)量；②大位移井水平位移大，能夠大范圍的控制含油面積，可高效的開發(fā)邊際油田、灘涂油田、湖泊上油氣田；③可以直接開發(fā)小斷塊油氣田或幾個(gè)不相連的小斷塊油氣田，特別是在海洋區(qū)塊的勘探開發(fā)中，實(shí)現(xiàn)“海油陸采”、“海油陸探”，節(jié)省了建人工島和固定式平臺(tái)以及海底設(shè)備的費(fèi)用。

2 大斜度、大位移井中尾管懸掛器操作難點(diǎn)

隨著越來越多的大斜度井、大位移井的出現(xiàn)，在講究經(jīng)濟(jì)效益的情況下，此種井多采取尾管固井工藝，如此固井問題尤其是尾管固井問題就越來越復(fù)雜，所以首先保證尾管懸掛器的正常工作，就表現(xiàn)的更加重要。在尾管懸掛器的廣泛應(yīng)用中，歷來存在著坐掛難、倒扣難等問題，特別是在大斜度井、大位移井中的使用，由于尾管已經(jīng)不再是處于垂直狀態(tài)，已經(jīng)不能簡(jiǎn)單的依照常規(guī)的程序來進(jìn)行操作，尤其是在海洋尾管固井施工中，懸掛器坐掛位置井斜角已經(jīng)超過70°，甚至是處于水平位置，套管粘卡、遇阻或者尾管上部遇卡等問題直接影響對(duì)懸掛器是否坐掛成功的評(píng)定。大井斜角必然形成大摩阻，大摩阻必然給倒扣帶來大扭矩，從而影響到對(duì)中和點(diǎn)的判斷，如何確定懸掛器中和點(diǎn)，保證后續(xù)施工的正常進(jìn)行更為重要。

3 具體操作方法

3.1下懸掛器前的準(zhǔn)備工作

1)井眼準(zhǔn)備 ①下套管前要徹底通好井，用鉆具帶扶正器模擬下套管進(jìn)行通井作業(yè)，保證井下無井涌、井漏、垮塌、阻卡現(xiàn)象；②采用合適的刮管器對(duì)懸掛器坐掛位置上下各50～100m的上層套管內(nèi)壁進(jìn)行刮管作業(yè)2～3次；③保證井壁的光滑程度、鉆井液的潤(rùn)滑性能，在斜井段和水平段注入潤(rùn)滑泥漿；④基本認(rèn)識(shí)地層的巖性特點(diǎn)、井眼狗腿度的影響，套管本身剛度的影響，合理安排好扶正器的加裝位置等。

2)送入鉆具的稱重 送入鉆具一般是以最后一趟通井鉆具的組合為基準(zhǔn)進(jìn)行稱重，在這一次的鉆具組合中一般包括鉆頭、回壓凡爾、扶正器、鉆鋌、加重鉆桿等一系列底部鉆具組合。鉆井作業(yè)方在正常情況下是不會(huì)專門留時(shí)間、派人力對(duì)送入鉆具做專門的稱重，這同時(shí)也是在考驗(yàn)服務(wù)人員的技術(shù)水平。

帶有底部鉆具組合(BHA)的送入鉆具，先要知道組合部分的長(zhǎng)度(一般在100～170m)，而懸掛器下深位置與上層套管的重疊段一般在150～200m。懸掛器下深位置加上鉆具組合的長(zhǎng)度，得出所需稱重的鉆具的長(zhǎng)度，在此位置開始勻速緩慢上提、下放鉆具，高度控制在2m左右(模擬倒扣以后的上提高度)，可重復(fù)操作并記錄懸重，當(dāng)起鉆至鉆具組合時(shí)，對(duì)BHA進(jìn)行稱重：

F=[(F1+F2)/2]-F3cosθ-HKWTFf=F1-(F2/2)

式中，F(xiàn)為送入鉆具的理論懸重，t；F1為上提鉆具指重表懸重，t；F2為下放鉆具指重表懸重，t；F3為BHA的懸重，t；Ff為送入鉆具在井內(nèi)的摩阻，t；θ為井斜角，(°)；HKWT為大鉤(頂驅(qū))懸重，t。

3)重力、拉力、摩擦阻力在尾管串稱重中的關(guān)系 在大斜度井或水平井中，懸掛器坐掛位置井斜比較大，懸重的大小(即軸向拉力)受坐掛位置的井斜角影響比較大，而送入鉆具一直都處于上層套管里，尾管和送入管柱總是靠向井眼好和上層套管底邊，這就導(dǎo)致了高的摩擦阻力、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩和彎曲應(yīng)力，這些力的存在，限制了管柱的活動(dòng)，僅摩擦阻力一項(xiàng)，在井斜角大于45°的井里，當(dāng)管柱上提時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力就達(dá)到30～40t，下放時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力達(dá)到20～25t，高的摩擦阻力和彎曲應(yīng)力給尾管懸掛器坐掛和倒扣帶來了困難，其中摩擦阻力是主導(dǎo)因素。其關(guān)系如下：

G=[(W1+W2)/2]-F-HKWTGf=[(W1-W2)/2]-Ff

式中，G為尾管在裸眼中的懸重，t；W1為入井管串上提時(shí)指重表所讀懸重，t；W2為入井管串下放時(shí)指重表所讀懸重，t；Gf為尾管在裸眼中的磨擦阻力，t。

4)送入鉆具回縮距 回縮距計(jì)算公式為:

Δl=K·W·L/100E·F

式中，Δl為送入鉆具回縮量，m；K為接頭影響系數(shù)，一般取0.85～0.95；W為送入鉆具所承受的拉力，N；L為送入鉆具長(zhǎng)度，m；E為鋼材彈性系數(shù)，2.059×105MPa；F為送入鉆具截面積，cm2。

5)加重鉆桿的使用 在尾管固井中，加重鉆桿的使用主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：①在大斜度或大位移井中，尾管浮重小于摩擦阻力，為了保證鉆具有足夠的浮重推動(dòng)尾管下移，需要在直井段加一定長(zhǎng)度的加重鉆桿；②為保證懸掛器上帶的封隔器有足夠的座封能力，保證封隔器的可靠座封。

3.2懸掛器坐掛操作

在送入鉆具稱重有記錄，理論計(jì)算有參考的前提下，留好方余，進(jìn)行懸掛器坐掛。大斜度或大位移井中，受摩擦阻力的主要影響，在管串下到位后，當(dāng)向上提活管串時(shí)，懸重會(huì)保持一比較大的值不降，當(dāng)下放鉆具時(shí)，懸重又會(huì)保持一比較小的值不變，兩者之間懸殊很大，這說明管串入井后有比較大的摩擦阻力，回縮量也大幅減小。為保證安全坐掛，在尾管下到位后開泵循環(huán)之前，需多次上提、下放活動(dòng)管串，調(diào)整鉆具高度，并保證坐掛懸重大于尾管懸重，保證懸掛器在坐掛后呈受拉狀態(tài)，由此下到位時(shí)的下放懸重是判斷安全坐掛的依據(jù)。

1)常規(guī)尺寸尾管坐掛操作 在正常憋壓的狀態(tài)下，在鉆具上標(biāo)記每10t的回縮量，以下到位時(shí)灌滿泥漿，上提、下放活動(dòng)管串稱重后調(diào)整好的懸重為參考，懸重會(huì)在前期的基礎(chǔ)上開始下降，若每10t的回縮量小于等于每段標(biāo)記的回縮量時(shí)，說明懸掛器坐掛成功。繼續(xù)下放部分鉆具懸重(10～20t)或全部懸重(鉆具懸重已經(jīng)所剩無幾)，確認(rèn)坐掛的可靠性。

2)小尾管坐掛注意問題 小尺寸尾管懸掛器常用在老井側(cè)鉆或裸眼段比較短的井況中，往往由于上層套管內(nèi)壁受損嚴(yán)重或尾管太輕而影響到懸掛器的坐掛，這就要求管串留有合適的口袋，保證后續(xù)施工的安全。老井中小尾管懸掛器坐掛時(shí)嚴(yán)格控制好懸掛器的受壓懸重，以免過大的懸重造成上層套管變形或斷裂，導(dǎo)致懸掛器脫落，而且過大的懸重會(huì)造成小鉆具發(fā)生大的彈性形變，影響到鉆桿膠塞的順利通過，避免卡鉆桿膠塞的事故發(fā)生；在尾管懸重比較小的井中，懸掛器坐掛前應(yīng)多緩慢上提、下放活動(dòng)鉆具，對(duì)下放距離和下放懸重做好記錄，以便與坐掛時(shí)的上提高度和懸重形成對(duì)比，是檢驗(yàn)懸掛器是否坐掛的一種方法。

3.3懸掛器倒扣操作

若下到位時(shí)套管還有懸重顯示，則以通井時(shí)所測(cè)下放懸重為倒扣基點(diǎn)，下壓倒扣；若下到位時(shí)已無套管懸重而且鉆具懸重也減少一部分，則懸掛器坐掛點(diǎn)調(diào)整至尾管懸重以上，在釋放掉尾管懸重的基礎(chǔ)上下壓一定噸位，開始倒扣。由于鉆具本身的彎曲應(yīng)力，在中和點(diǎn)及以上倒扣中，鉆具在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)中對(duì)尾管有一縱向的瞬間軸向力，容易對(duì)懸掛器產(chǎn)生向上的拉力，有可能提活懸掛器，導(dǎo)致懸掛器位置造成短路，只有下壓倒扣，才能保證倒扣萬無一失。

倒扣時(shí)先倒3～5圈，一次倒扣太多，若扭矩過大容易損壞鉆具，一次倒扣過少，鉆具受鉆柱體摩阻和本身彈性影響，扭矩傳不到中心管倒扣螺母位置?？紤]到由扭矩產(chǎn)生的摩擦阻力比較大，有固定的回轉(zhuǎn)屬正常，若回轉(zhuǎn)在2圈以內(nèi)，且每次倒扣均保持相同的回轉(zhuǎn)量，可繼續(xù)倒扣，直至有效倒扣累計(jì)25圈以上，若回轉(zhuǎn)量有2圈或更多，則需重新調(diào)整下壓噸位，一般是先再下壓一定懸重試倒扣，檢查回轉(zhuǎn)是否更加嚴(yán)重，若嚴(yán)重則需上提鉆具減小下壓懸重后再重新倒扣。

倒完扣后，緩慢上提鉆具懸重至通井時(shí)所測(cè)懸重時(shí)即為中和點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)上提鉆具判斷是否倒扣成功。若懸重在增長(zhǎng)一段后不再增長(zhǎng)表明倒扣成功，不能純粹的依賴通井時(shí)所測(cè)的上提懸重(近似值)，稍微多的上提高度屬于允許范圍，一般在上提1.5～1.8m范圍可以判斷出是否倒扣成功。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

JX1-1-B2井是中海油布在遼東灣海域大連金縣1區(qū)塊的一口大斜度調(diào)整井。完鉆測(cè)深3528m，垂深1438.75m，最大井斜80.49°；懸掛器下深2805.72～2800.54m，垂深1241.34m，井斜73.56°，泥漿比重1.23g/cm3，浮力系數(shù)0.84；7in尾管長(zhǎng)725.46m，垂深197m，壁厚10.36mm，5in鉆具長(zhǎng)2690.03m，壁厚9.17mm；底部鉆具組合長(zhǎng)度192m，懸重17t，在2950m處稱重上提83t，下放50t，頂驅(qū)自重20t，留口袋2m。

4.1相關(guān)計(jì)算

4.2現(xiàn)場(chǎng)操作

①下完套管，灌滿泥漿，稱重上提48t，下放45t，其中包括頂驅(qū)自重20t。②下鉆至9in套管鞋位置，灌滿泥漿，稱重上提57t，下放51t。③下鉆具送尾管到位后，灌滿泥漿，稱重上提93t，下放55t。④調(diào)整方余，循環(huán)正常后，憋壓坐掛，懸重由70t下放至25t，懸重下降45t，其中頂驅(qū)自重20t，方入1.4m，判斷坐掛成功。⑤建立循環(huán)后，在40t位置倒扣，分別倒扣5、10、15圈，各回轉(zhuǎn)1圈，累計(jì)有效倒扣27圈，鉆具懸重上提至75t后，繼續(xù)上提0.3m，懸重維持75t不漲，判斷倒扣正常。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著油氣開采工業(yè)的發(fā)展和石油鉆探技術(shù)的不斷進(jìn)步，大斜度井和大位移井鉆井技術(shù)將更多的應(yīng)用于油田的勘探開發(fā)，尾管固井工藝的日趨完善，同時(shí)也在要求工程技術(shù)人員既要不斷的學(xué)習(xí)、更新關(guān)于懸掛器的理論知識(shí)，又要有針對(duì)性的掌握懸掛器在不同井型中的坐掛、脫手方法，確保懸掛器各項(xiàng)功能得到良好的發(fā)揮。

[1]馬開華，朱德武，馬蘭榮.國(guó)外深井尾管懸掛器技術(shù)研究新進(jìn)展[J].石油鉆探技術(shù)，2005,33(5)：52-55.

[2]林強(qiáng).非常規(guī)短尾管固井技術(shù)在大斜度井的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2005,25(10)：49-51.

[3]郭建國(guó).深井、大斜度井尾管懸掛固井工藝[J].石油鉆采工藝，2005,27(2)：9-11.

[4]張明深.大斜度井尾管固井問題探討[J].中國(guó)海上油氣(工程)，1990,2(5)：35-42.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.019

TE256.4

A

1673-1409(2012)06-N058-03