大斜度、大位移井尾管悬挂器操作方法

2012-11-21秦德威张明华郑晓志

长江大学学报(自科版) 2012年16期

秦德威，张明华，郑晓志

大斜度、大位移井尾管悬挂器操作方法

秦德威，张明华，郑晓志

阐述了大斜度、大位移井的结构特点，分析了大斜度井、大位移井中尾管悬挂器的操作难点，介绍了在大斜度井或大位移井中尾管悬挂器的操作方法(主要包括下悬挂器前的准备工作、悬挂器坐挂操作、悬挂器倒扣操作3个部分)，并列举了该方法在JX1-1-B2井的成功使用。

尾管悬挂器；大斜度井；大位移井；坐挂；倒扣；JX1-1-B2井

在现代石油工业中，各种型号的尾管悬挂器已经广泛应用于海上及陆地油田固井、完井作业中。尾管悬挂器是尾管固井的关键装置，在尾管固井中起着举足轻重的作用，在加工水平日益精湛的今天，尾管悬挂固井工艺也逐渐应用成熟。在一般的直井井型结构中，依照理想状态下的计算方法，各类型尾管悬挂器的操作方法已经被绝大多数的工程技术人员所掌握，而针对比较特殊的井型结构，特别是大斜度井和大位移井型，已经不能笼统的直接套用在直井中的操作方法。

1 大斜度、大位移井的结构特点

井斜角在60～80°范围内的定向井称之为大斜度井。大位移井分为2种情况：①水平位移与垂深之比大于等于2的定向井或水平井；②完钻时所测的井深与垂深之比大于等于2的定向井或水平井。与常规井相比，大井斜角是大斜度井与大位移井的一个共性。

随着石油钻探技术的不断发展，大位移井和大斜度井越来越显示出其井眼轨迹的优越性：①大斜度井可钻穿的油层的井段长，可一次性连接不在同一深度的几个油气田，使油藏的泄油面积增大，可以大幅度提高单井产量；②大位移井水平位移大，能够大范围的控制含油面积，可高效的开发边际油田、滩涂油田、湖泊上油气田；③可以直接开发小断块油气田或几个不相连的小断块油气田，特别是在海洋区块的勘探开发中，实现“海油陆采”、“海油陆探”，节省了建人工岛和固定式平台以及海底设备的费用。

2 大斜度、大位移井中尾管悬挂器操作难点

随着越来越多的大斜度井、大位移井的出现，在讲究经济效益的情况下，此种井多采取尾管固井工艺，如此固井问题尤其是尾管固井问题就越来越复杂，所以首先保证尾管悬挂器的正常工作，就表现的更加重要。在尾管悬挂器的广泛应用中，历来存在着坐挂难、倒扣难等问题，特别是在大斜度井、大位移井中的使用，由于尾管已经不再是处于垂直状态，已经不能简单的依照常规的程序来进行操作，尤其是在海洋尾管固井施工中，悬挂器坐挂位置井斜角已经超过70°，甚至是处于水平位置，套管粘卡、遇阻或者尾管上部遇卡等问题直接影响对悬挂器是否坐挂成功的评定。大井斜角必然形成大摩阻，大摩阻必然给倒扣带来大扭矩，从而影响到对中和点的判断，如何确定悬挂器中和点，保证后续施工的正常进行更为重要。

3 具体操作方法

3.1下悬挂器前的准备工作

1)井眼准备 ①下套管前要彻底通好井，用钻具带扶正器模拟下套管进行通井作业，保证井下无井涌、井漏、垮塌、阻卡现象；②采用合适的刮管器对悬挂器坐挂位置上下各50～100m的上层套管内壁进行刮管作业2～3次；③保证井壁的光滑程度、钻井液的润滑性能，在斜井段和水平段注入润滑泥浆；④基本认识地层的岩性特点、井眼狗腿度的影响，套管本身刚度的影响，合理安排好扶正器的加装位置等。

2)送入钻具的称重送入钻具一般是以最后一趟通井钻具的组合为基准进行称重，在这一次的钻具组合中一般包括钻头、回压凡尔、扶正器、钻铤、加重钻杆等一系列底部钻具组合。钻井作业方在正常情况下是不会专门留时间、派人力对送入钻具做专门的称重，这同时也是在考验服务人员的技术水平。

带有底部钻具组合(BHA)的送入钻具，先要知道组合部分的长度(一般在100～170m)，而悬挂器下深位置与上层套管的重叠段一般在150～200m。悬挂器下深位置加上钻具组合的长度，得出所需称重的钻具的长度，在此位置开始匀速缓慢上提、下放钻具，高度控制在2m左右(模拟倒扣以后的上提高度)，可重复操作并记录悬重，当起钻至钻具组合时，对BHA进行称重：

F=[(F1+F2)/2]-F3cosθ-HKWTFf=F1-(F2/2)

式中，F为送入钻具的理论悬重，t；F1为上提钻具指重表悬重，t；F2为下放钻具指重表悬重，t；F3为BHA的悬重，t；Ff为送入钻具在井内的摩阻，t；θ为井斜角，(°)；HKWT为大钩(顶驱)悬重，t。

3)重力、拉力、摩擦阻力在尾管串称重中的关系在大斜度井或水平井中，悬挂器坐挂位置井斜比较大，悬重的大小(即轴向拉力)受坐挂位置的井斜角影响比较大，而送入钻具一直都处于上层套管里，尾管和送入管柱总是靠向井眼好和上层套管底边，这就导致了高的摩擦阻力、转动扭矩和弯曲应力，这些力的存在，限制了管柱的活动，仅摩擦阻力一项，在井斜角大于45°的井里，当管柱上提时产生的摩擦阻力就达到30～40t，下放时产生的摩擦阻力达到20～25t，高的摩擦阻力和弯曲应力给尾管悬挂器坐挂和倒扣带来了困难，其中摩擦阻力是主导因素。其关系如下：

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

式中，G为尾管在裸眼中的悬重，t；W1为入井管串上提时指重表所读悬重，t；W2为入井管串下放时指重表所读悬重，t；Gf为尾管在裸眼中的磨擦阻力，t。

4)送入钻具回缩距回缩距计算公式为:

Δl=K·W·L/100E·F

式中，Δl为送入钻具回缩量，m；K为接头影响系数，一般取0.85～0.95；W为送入钻具所承受的拉力，N；L为送入钻具长度，m；E为钢材弹性系数，2.059×105MPa；F为送入钻具截面积，cm2。

5)加重钻杆的使用在尾管固井中，加重钻杆的使用主要表现在2个方面：①在大斜度或大位移井中，尾管浮重小于摩擦阻力，为了保证钻具有足够的浮重推动尾管下移，需要在直井段加一定长度的加重钻杆；②为保证悬挂器上带的封隔器有足够的座封能力，保证封隔器的可靠座封。

3.2悬挂器坐挂操作

在送入钻具称重有记录，理论计算有参考的前提下，留好方余，进行悬挂器坐挂。大斜度或大位移井中，受摩擦阻力的主要影响，在管串下到位后，当向上提活管串时，悬重会保持一比较大的值不降，当下放钻具时，悬重又会保持一比较小的值不变，两者之间悬殊很大，这说明管串入井后有比较大的摩擦阻力，回缩量也大幅减小。为保证安全坐挂，在尾管下到位后开泵循环之前，需多次上提、下放活动管串，调整钻具高度，并保证坐挂悬重大于尾管悬重，保证悬挂器在坐挂后呈受拉状态，由此下到位时的下放悬重是判断安全坐挂的依据。

1)常规尺寸尾管坐挂操作在正常憋压的状态下，在钻具上标记每10t的回缩量，以下到位时灌满泥浆，上提、下放活动管串称重后调整好的悬重为参考，悬重会在前期的基础上开始下降，若每10t的回缩量小于等于每段标记的回缩量时，说明悬挂器坐挂成功。继续下放部分钻具悬重(10～20t)或全部悬重(钻具悬重已经所剩无几)，确认坐挂的可靠性。

2)小尾管坐挂注意问题小尺寸尾管悬挂器常用在老井侧钻或裸眼段比较短的井况中，往往由于上层套管内壁受损严重或尾管太轻而影响到悬挂器的坐挂，这就要求管串留有合适的口袋，保证后续施工的安全。老井中小尾管悬挂器坐挂时严格控制好悬挂器的受压悬重，以免过大的悬重造成上层套管变形或断裂，导致悬挂器脱落，而且过大的悬重会造成小钻具发生大的弹性形变，影响到钻杆胶塞的顺利通过，避免卡钻杆胶塞的事故发生；在尾管悬重比较小的井中，悬挂器坐挂前应多缓慢上提、下放活动钻具，对下放距离和下放悬重做好记录，以便与坐挂时的上提高度和悬重形成对比，是检验悬挂器是否坐挂的一种方法。

3.3悬挂器倒扣操作

若下到位时套管还有悬重显示，则以通井时所测下放悬重为倒扣基点，下压倒扣；若下到位时已无套管悬重而且钻具悬重也减少一部分，则悬挂器坐挂点调整至尾管悬重以上，在释放掉尾管悬重的基础上下压一定吨位，开始倒扣。由于钻具本身的弯曲应力，在中和点及以上倒扣中，钻具在顺时针旋转中对尾管有一纵向的瞬间轴向力，容易对悬挂器产生向上的拉力，有可能提活悬挂器，导致悬挂器位置造成短路，只有下压倒扣，才能保证倒扣万无一失。

倒扣时先倒3～5圈，一次倒扣太多，若扭矩过大容易损坏钻具，一次倒扣过少，钻具受钻柱体摩阻和本身弹性影响，扭矩传不到中心管倒扣螺母位置。考虑到由扭矩产生的摩擦阻力比较大，有固定的回转属正常，若回转在2圈以内，且每次倒扣均保持相同的回转量，可继续倒扣，直至有效倒扣累计25圈以上，若回转量有2圈或更多，则需重新调整下压吨位，一般是先再下压一定悬重试倒扣，检查回转是否更加严重，若严重则需上提钻具减小下压悬重后再重新倒扣。

倒完扣后，缓慢上提钻具悬重至通井时所测悬重时即为中和点，在此基础上继续上提钻具判断是否倒扣成功。若悬重在增长一段后不再增长表明倒扣成功，不能纯粹的依赖通井时所测的上提悬重(近似值)，稍微多的上提高度属于允许范围，一般在上提1.5～1.8m范围可以判断出是否倒扣成功。

4 现场应用

JX1-1-B2井是中海油布在辽东湾海域大连金县1区块的一口大斜度调整井。完钻测深3528m，垂深1438.75m，最大井斜80.49°；悬挂器下深2805.72～2800.54m，垂深1241.34m，井斜73.56°，泥浆比重1.23g/cm3，浮力系数0.84；7in尾管长725.46m，垂深197m，壁厚10.36mm，5in钻具长2690.03m，壁厚9.17mm；底部钻具组合长度192m，悬重17t，在2950m处称重上提83t，下放50t，顶驱自重20t，留口袋2m。

4.1相关计算

4.2现场操作

①下完套管，灌满泥浆，称重上提48t，下放45t，其中包括顶驱自重20t。②下钻至9in套管鞋位置，灌满泥浆，称重上提57t，下放51t。③下钻具送尾管到位后，灌满泥浆，称重上提93t，下放55t。④调整方余，循环正常后，憋压坐挂，悬重由70t下放至25t，悬重下降45t，其中顶驱自重20t，方入1.4m，判断坐挂成功。⑤建立循环后，在40t位置倒扣，分别倒扣5、10、15圈，各回转1圈，累计有效倒扣27圈，钻具悬重上提至75t后，继续上提0.3m，悬重维持75t不涨，判断倒扣正常。