【文章內(nèi)容簡介】 僅靠下部套管的重力不能使套管下行時 ， 要用上部套管的重力克服阻力 ，此時套管要受壓應(yīng)力 。 當(dāng)上提套管時 ， 在彎曲段的套管的總力有下部套管的重力 、 摩擦阻力和彎曲應(yīng)力 ， 此時套管的拉應(yīng)力最大 ，是最危險的 。 彎曲段的起始處是危險截面 。 當(dāng)套管在彎曲段受到的彎曲應(yīng)力與拉應(yīng)力之和超過套管鋼材的許用應(yīng)力 ， 套管會破壞 。套管的聯(lián)接螺紋在穿越彎曲段時 ， 因變形引起密封性的變化 ， 彎曲過大 ， 套管的螺紋密封失效 。 因此 ， 套管能否穿過彎曲井段 ，必需要從受力和密封兩個角度判斷 。 當(dāng)套管可通過彎曲井段時 ， 在彎曲段的套管應(yīng)適當(dāng)增大安全系數(shù) ， 以保證彎曲段套管的安全 。 一般 ， 長半徑的水平井中套管的彎曲變形不大 ， 套管通過彎曲段無問題 ， 中半徑的水平井下套管就必需校核其強(qiáng)度 。 在中半徑的水平井中增大井眼和套管之間的間隙 ， 可使套管較順利地下入 。 對于套管能通過的井眼最大曲率的問題 ， API推薦的公式和鉆井承包商推薦的公式如下式： 式中： — 套管允許通過的最大井眼曲率 ， 度 /30米 ； — 套管管體鋼材的屈服強(qiáng)度 ， ； — 套管管體外徑 ， 米 ； — 安全系數(shù) ， API推薦為 ， 鉆井承包商推薦 ～ ； — 螺紋應(yīng)力集中系數(shù) ， API推薦為 3 鉆井承包商推薦 2～ 。 KKDC sm ???? ?mCs?0D1K2KaMP 例如 ， 直徑 ， 鋼級為Ｎ－ 80的套管 ， 按照 API推薦的公式計算 ， 允許通過的最大井眼曲率為 ；按鉆井承包商推薦的公式計算 ， 允許通過的最大井眼曲率為 ， 二者相差甚大 。 目前提出一種做法是： (1) 將 和 兩個系數(shù)合為一個系數(shù) ， 取值為 。 (2) 根據(jù)螺紋聯(lián)結(jié)抗拉強(qiáng)度 (從鉆井甲方手冊上查表可得 )與套管截面積 A之比 ， 先求得最大允許軸向應(yīng)力 。 (3) 套管可承受最大彎曲應(yīng)力 。 1K 2K KjP? ??? ?Kb?? ?m30?m30?則套管可通過的最大井眼曲率可由下式表示： 式中： — 套管允許通過的最大井眼曲率 ， ； — 套管螺紋聯(lián)結(jié)強(qiáng)度 ， KN； — 套管可受有效軸向拉力 ， KN； — 套管管體外徑 ， cm； — 考慮套管螺紋應(yīng)力集中等因素的安全系數(shù)； — 套管管體截面積 ， 。 套管通過彎曲段引起的螺紋密封失效問題，目前尚無理論計算方法。穿過彎曲段的套管的螺紋密封性要用實驗的辦法解決。受彎曲的套管應(yīng)使用密封性好的螺紋密封潤滑脂。 AKDPPCoEjm ???? )(mCjPEPoDKAm30?2cm 二、水平井的注水泥 水平井固井的難點在于 ， 在井筒的下側(cè) ， 巖屑易沉積形成 “ 巖屑床 ” ， 使水泥不能接觸井壁巖石 ， 降低固結(jié)的強(qiáng)度 。 套管在彎曲段和水平井筒中是緊貼井筒下壁的 ， 或是與井筒的下側(cè)的間隙極小 ， 套管在彎曲段和水平井眼中嚴(yán)重不居中 。 在頂替水泥漿的過程中井壁下側(cè)的鉆井液不能被水泥漿驅(qū)替 ，在井壁的下側(cè)形成死區(qū) ， 造成大段的竄槽 ， 使固井質(zhì)量下降 。 在鉆進(jìn)水平井眼時 ， 巖屑沉積在井眼的下側(cè) ， 形成 “ 巖屑床 ” 。 水平井眼中 “ 巖屑床 ” 的破壞僅靠循環(huán)鉆井液是不行的 ， 必須用機(jī)械的辦法清除 。普遍的作法是在下套管前反復(fù)用鉆具上下通井循環(huán)鉆井液 ， 使鉆具破壞巖屑床 。 在套管柱的適當(dāng)部位加裝泥餅刷 ， 反復(fù)地活動套管 ， 將井壁下側(cè)的巖屑清洗掉 。 為改善套管的居中程度 ， 使套管柱在彎曲井筒和水平井筒中盡可能地不貼井壁下側(cè) ， 在套管柱上大量使用套管扶正器 。 在水平和彎曲井段至少要每一根套管上加一個扶正器 ， 必須是剛性扶正器 。 套管的居中程度至少要達(dá)到 67％ ， 才能有好的效果 。 固水平井的水泥漿應(yīng)有盡可能低的失水量和較高的粘度 ， 在頂替的過程中可減少竄槽 。 在頂替中要活動套管 ， 最好是旋轉(zhuǎn)套管 ， 使套管的運動帶動死區(qū)的鉆井液流動 ， 被頂替走 。 在無條件旋轉(zhuǎn)時 ， 至少要大幅度地上下活動套管 ， 對消除死區(qū)是有幫助的 。 曾經(jīng)使用過輕質(zhì)頂替液 ， 如用清水或用輕質(zhì)柴油頂替套管中的水泥漿 ， 其目的是減少套管內(nèi)的液體重量 ， 使套管 “ 漂浮 ” 在密度較高的水泥漿中 ， 減少套管貼向井筒下側(cè) 。 頂替時的排量應(yīng)是水泥漿按照牛頓流體或膨脹形流體在環(huán)空中達(dá)到紊流 。 三 、 水平井的注水泥評價 水平井固井質(zhì)量的評價是在固井結(jié)束后用測井的方法檢驗水泥的充填密實程度 ， 水泥的高度和水泥與套管與巖石的結(jié)合強(qiáng)度等 。 在重要的井中 ， 固井前應(yīng)進(jìn)行水力膠結(jié)測試 。 第二章 復(fù)雜儲層的固井和完井 我們通常把低滲透的致密儲層 、 裂縫性儲層和稠油油藏等需 要特殊采油工藝的儲層稱為復(fù)雜儲層 。 這些儲層的完井方法與普 通的高滲透孔隙型儲集層的完井有許多不同 ， 這是由儲集層的特 點所決定的 。 第一節(jié) 低滲透層的固井和完井 在自然界的含油氣層中 ， 低滲透的地層占有相當(dāng)大的比例 ， 儲量能占總儲量的三分之一 。 隨油氣資源的衰竭和技術(shù)的成熟 ， 低滲透油氣層的的固井完井技術(shù)也日益完善 。 一 、 低滲透儲層的特點 低滲透致密儲層多半是細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖。產(chǎn) 層巖石的孔隙度極低，滲透率很低，巖石的強(qiáng)度較高。這種儲層 的儲油結(jié)構(gòu)有孔隙又有裂縫。多屬于孔隙 — 裂縫型儲層?？紫妒? 儲油的空間，裂縫是油流的產(chǎn)出通道。 低滲透巖石的總孔隙度小于 10％ ， 油層巖石的滲透率是較低的 ， 大體為 或更小 。 一般 ， 儲層的壓力對井的產(chǎn)量影響不大 ， 井的產(chǎn)量主要取決于巖石的滲透性 。 在產(chǎn)油的過程中油藏的能量的大部分都消耗在滲流中 。從巖石的細(xì)小孔隙中流出 ， 要占油藏能量的 60～ 80％ ， 單靠儲層的孔隙或裂縫出油 ， 產(chǎn)量低 ， 采收率也是極低的 。 單井的日產(chǎn)量在零點幾方左右 。 開采中總是需要進(jìn)行壓裂和酸化處理儲層 ， 以增加地層的孔隙 ， 增加產(chǎn)量 。 低滲透油藏的巖石多為致密的砂巖層 ， 組成巖石的礦物顆粒很細(xì) ， 含有很多微米級的顆粒 。 巖石的孔隙度低 ， 大都在 的數(shù)量級范圍；巖石中孔隙的喉道尺寸很小 ， 通常只有零點幾個微米或更小 。 儲層的壓力系數(shù)也不高 ， 在 ～ 。 巖石的強(qiáng)度一般較高 。 低滲透層在鉆進(jìn)時極其容易受到鉆井液中的液相和固相的污染 ， 使細(xì)小的孔隙堵塞 。 這是因為巖石的孔隙尺寸是微米級的 ， 與鉆井液中的分散的粘土顆粒直徑很接近 ， 粘土容易進(jìn)入孔道 ， 進(jìn)入后很不容易排除 。 在相同的條件下 ， 低滲的巖石的污染比高滲巖石的污染嚴(yán)重；高滲巖石污染后的消除是較容易的 ， 能恢復(fù)到原滲透性的 60～ 80％ 以上 ， 而低滲的巖石的污染幾乎無法恢復(fù) 。 據(jù)實驗 ， 鉆井液的固 、 液兩相均可侵入巖石孔隙 ， 受污染后 ， 低滲產(chǎn)層的滲透率可下降 40～ 66％ 。 在鉆開這種巖層時 ， 用平衡壓力鉆井技術(shù) ， 要用無固相鉆井液 ， 用盡量低的鉆井液密度 ， 可使污染程度降低 。 可用欠平衡的邊噴邊鉆的辦法打開產(chǎn)層 。鉆進(jìn)低滲透層用泡末鉆井液是比較合適的 。 欠平衡鉆井時一次鉆開一個單根長的油層 ， 避免中途接單根 ， 可最大程度地減少污染 ， 使大多數(shù)低滲層產(chǎn)油 。 二、低滲透層的完井原則 致密的低滲層如果單靠油藏自身的能量驅(qū)油 ， 油流的能量大 多數(shù)要消耗在細(xì)小的巖石孔隙通道中 ， 使油井的產(chǎn)量極低 。 使低 滲層產(chǎn)量提高的關(guān)鍵是增加巖石的孔隙度 ， 增大巖石中的喉道尺 寸 。 最可靠的辦法就是壓裂油層 ， 壓裂是改造低滲儲層的唯一辦 法 。 通常都要在低滲層進(jìn)行大規(guī)模的壓裂 ， 用高壓流體將巖石壓 開裂縫 ， 并將支撐劑擠進(jìn)巖層 ， 起支撐和擴(kuò)大裂縫的作用 。 經(jīng)過 壓裂 ， 儲層的滲透性會有較大的提高 ， 并有一定的壽命 。 低滲層 往往要多次壓裂 。 有時 ， 酸化和壓裂同時進(jìn)行 。 因此 ， 低滲的致 密儲層的完井原則是要能實現(xiàn)壓裂的產(chǎn)層改造 。 完井中一定要用 下套管固井 ， 將低滲層射開的完井方法 。 由于低滲巖石的強(qiáng)度很高 ， 將巖石壓開裂縫所用的壓力也很 高 。 在壓裂中要用較大的排量并在液體中加入石英砂做支撐劑 ， 支撐壓開的裂縫 ， 防止壓力撤消后裂縫的閉合 。 將這種巖石壓 裂的壓力至少在 100 ， 有時要用到 150 的壓力和大排量壓 裂液攜帶砂粒 。 在國外有用 200 壓力壓裂的成功事例 。 在生 產(chǎn)中 ， 井筒應(yīng)能滿足壓裂和酸化的要求 。 故對套管 、 固井質(zhì)量 都有較高的要求： aMP aMPaMP 固井質(zhì)量良好 ， 水泥返高達(dá)到要求 ， 水泥石強(qiáng)度高 ， 水泥與套管和地層巖石的膠結(jié)強(qiáng)度高 。 套管絲扣密封良好 ， 選用優(yōu)質(zhì)絲扣密封油或絲扣粘和劑 ，并按規(guī)定的緊扣力矩上扣 ， 在較高的內(nèi)壓力下不泄漏 。 用厚壁套管 ， 其抗內(nèi)壓強(qiáng)度是地層破裂壓力的 上 ， 或是按照壓裂時的最高壓力設(shè)計 。 套管柱的壁厚上下盡量一致 ， 防止壁厚的突變 ， 套管盡量無變形 。 盡量避免在套管內(nèi)進(jìn)行套銑等有害的井下作業(yè) 。 壓裂時要用上下封隔器封隔壓裂井段 。 但并不能保證封隔器在壓裂中始終是完好的 ， 一旦封隔器失效 ， 壓裂的全部壓力傳遞給套管 ， 套管應(yīng)能承受此壓力 。 三、低滲層的固井 壓裂作業(yè)中使用的壓力最高可達(dá) 200 。 在壓裂中應(yīng)當(dāng)用封隔器將被壓段的上下都封隔起來 ， 但當(dāng)封隔器有泄漏或失效時 ， 壓裂的壓力全部傳到整個套管柱上 ， 套管要受到極大的內(nèi)壓力 。 在套管的設(shè)計中 ， 首先要考慮的是套管的抗內(nèi)壓力問題 。 在套管的設(shè)計中應(yīng)先根據(jù)套管可能受到的內(nèi)壓力篩選出符合抗內(nèi)壓要求的套管 ， 再根據(jù)抗外擠和抗拉力設(shè)全部套管 。 套管所承受的最大內(nèi)壓力 ， 可按巖石的破裂壓力的 ～ ， 或是按壓裂使所可能使用的最大壓力計算 。 套管的鋼級至少要用Ｎ — 80的 ， 套管的壁厚應(yīng)滿足抗內(nèi)壓和外擠要求 。 承受高壓的套管柱的壁厚應(yīng)從上到下是一致的 ， 沒有壁厚的變化 。 套管的螺紋 ， 如使用圓扣 ， 則一定要用長扣 ， 不應(yīng)用短扣 ， 有條件時應(yīng)用密封和強(qiáng)度更好的梯形扣或雙基扣 (NSCC型螺紋 )。 套管的上扣力距應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn) 。 套管的螺紋要用性能好的密封潤滑油 。 在固井中盡可能地將水泥上返到地面 ， 至少要在壓裂層以上 350米 。 水泥封固段的封固質(zhì)量要好 ， 在封固段應(yīng)無竄槽 。 水泥與巖石和套管有很好的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度 ， 防止壓裂時液體穿過水泥和巖石的交界面或與套管的交界面向上竄通 。 固井后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的水泥評價測試 ， 尤其是利用水泥膠結(jié)測井的資料進(jìn)行評價 。 在必要時進(jìn)行水力膠結(jié)測試 。 發(fā)現(xiàn)大段的竄槽井段應(yīng)進(jìn)行擠水泥作業(yè)補(bǔ)救 。 aMP 四、低滲層的完井 低滲層在射孔時 ， 應(yīng)使用較高的射孔密度 ， 最好是 16孔／米的密度 ， 射孔時的深度要深 ， 至少應(yīng)在300毫米 。 盡量將近井地帶的污染帶射穿 。 為保證射孔的深度 ， 可用小直徑的射孔孔徑 。 射孔時選取的負(fù)壓值應(yīng)適當(dāng)大一些 ， 應(yīng)比高滲透層大一倍 。 最好用油管傳輸射孔方式 ， 使射孔的殘渣能排出孔道 ，不產(chǎn)生杵 （ CHU ） 堵 。 射孔液用無固相的 。 在修井作業(yè)中應(yīng)避免使用套銑作業(yè) ， 避免使套管的內(nèi)壁受傷 ， 使壁厚變小 。 在各種需要壓井的作業(yè)中 ， 選用的壓井液一定是無固相的 ， 密度應(yīng)盡量低 。 第二節(jié) 裂縫性儲層的固井和完井 裂縫性油氣藏在自然界也是常見的 ， 但開發(fā)的成套油氣田比孔隙性油氣田要少一些 。 水平井技術(shù)的發(fā)展 ， 使裂縫油氣藏的開發(fā)更為容易 。 一