【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 僅靠下部套管的重力不能使套管下行時(shí) ， 要用上部套管的重力克服阻力 ，此時(shí)套管要受壓應(yīng)力 。 當(dāng)上提套管時(shí) ， 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(shí)套管的拉應(yīng)力最大 ，是最危險(xiǎn)的 。 彎曲段的起始處是危險(xiǎn)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(huì)破壞 。套管的聯(lián)接螺紋在穿越彎曲段時(shí) ， 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(gè)角度判斷 。 當(dāng)套管可通過彎曲井段時(shí) ， 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(zhǎng)半徑的水平井中套管的彎曲變形不大 ， 套管通過彎曲段無(wú)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(duì)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(jí)為Ｎ－ 80的套管 ， 按照 API推薦的公式計(jì)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(jì)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(gè)系數(shù)合為一個(gè)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(cè)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(wú)理論計(jì)算方法。穿過彎曲段的套管的螺紋密封性要用實(shí)驗(yàn)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(rùn)滑脂。 AKDPPCoEjm ???? )(mCjPEPoDKAm30?2cm 二、水平井的注水泥 水平井固井的難點(diǎn)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(shí) ， 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(dòng)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(gè)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(dòng)套管 ， 最好是旋轉(zhuǎn)套管 ， 使套管的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)死區(qū)的鉆井液流動(dòng) ， 被頂替走 。 在無(wú)條件旋轉(zhuǎn)時(shí) ， 至少要大幅度地上下活動(dòng)套管 ， 對(duì)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(shí)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(píng)價(jià) 水平井固井質(zhì)量的評(píng)價(jià)是在固井結(jié)束后用測(cè)井的方法檢驗(yàn)水泥的充填密實(shí)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(cè)試 。 第二章 復(fù)雜儲(chǔ)層的固井和完井 我們通常把低滲透的致密儲(chǔ)層 、 裂縫性儲(chǔ)層和稠油油藏等需 要特殊采油工藝的儲(chǔ)層稱為復(fù)雜儲(chǔ)層 。 這些儲(chǔ)層的完井方法與普 通的高滲透孔隙型儲(chǔ)集層的完井有許多不同 ， 這是由儲(chǔ)集層的特 點(diǎn)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(chǔ)量能占總儲(chǔ)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(chǔ)層的特點(diǎn) 低滲透致密儲(chǔ)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(chǔ)層 的儲(chǔ)油結(jié)構(gòu)有孔隙又有裂縫。多屬于孔隙 — 裂縫型儲(chǔ)層。孔隙是 儲(chǔ)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(chǔ)層的壓力對(duì)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?jī)?chǔ)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(diǎn)幾方左右 。 開采中總是需要進(jìn)行壓裂和酸化處理儲(chǔ)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(jí)的顆粒 。 巖石的孔隙度低 ， 大都在 的數(shù)量級(jí)范圍；巖石中孔隙的喉道尺寸很小 ， 通常只有零點(diǎn)幾個(gè)微米或更小 。 儲(chǔ)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(shí)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?yàn)閹r石的孔隙尺寸是微米級(jí)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(wú)法恢復(fù) 。 據(jù)實(shí)驗(yàn) ， 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(shí) ， 用平衡壓力鉆井技術(shù) ， 要用無(wú)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(shí)一次鉆開一個(gè)單根長(zhǎng)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(chǔ)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(chǔ)層的滲透性會(huì)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(shí) ， 酸化和壓裂同時(shí)進(jìn)行 。 因此 ， 低滲的致 密儲(chǔ)層的完井原則是要能實(shí)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(shí)要用到 150 的壓力和大排量壓 裂液攜帶砂粒 。 在國(guó)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(duì)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(shí)的最高壓力設(shè)計(jì) 。 套管柱的壁厚上下盡量一致 ， 防止壁厚的突變 ， 套管盡量無(wú)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(shí)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(lái) ， 但當(dāng)封隔器有泄漏或失效時(shí) ， 壓裂的壓力全部傳到整個(gè)套管柱上 ， 套管要受到極大的內(nèi)壓力 。 在套管的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算 。 套管的鋼級(jí)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(zhǎng)扣 ， 不應(yīng)用短扣 ， 有條件時(shí)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(rùn)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(wú)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(shí)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(píng)價(jià)測(cè)試 ， 尤其是利用水泥膠結(jié)測(cè)井的資料進(jìn)行評(píng)價(jià) 。 在必要時(shí)進(jìn)行水力膠結(jié)測(cè)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(shí) ， 應(yīng)使用較高的射孔密度 ， 最好是 16孔／米的密度 ， 射孔時(shí)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(shí)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?jiān)芘懦隹椎?，不產(chǎn)生杵 （ CHU ） 堵 。 射孔液用無(wú)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(wú)固相的 ， 密度應(yīng)盡量低 。 第二節(jié) 裂縫性儲(chǔ)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