哈拉哈塘超深水平井窄间隙尾管下入分析

张 波 （长江大学石油工程学院，湖北 武汉430100）

文志明 （中石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆 库尔勒841000）

HA901H是塔里木油田哈拉哈塘区块的一口超深水平井，设计井深7069m，水平段三开使用∅152.4mm钻头钻至目的层，∅127mm尾管完井，环空间隙只有12.7mm左右，尾管下入困难，具体表现在以下几方面［1］：井深下尾管摩擦阻力大，导致尾管无法下到井底；存在局部的狗腿度过大导致尾管无法通过；下尾管时发生局部的屈曲而导致尾管无法下到井底。针对上述情况，笔者对尾管柱下入的可行性进行了分析。

1 尾管柱下入摩阻分析

1.1 尾管柱下入组合

尾管柱下入组合如下：∅127mm盲堵引鞋＋∅148mm扶正器＋∅145mm封隔器＋∅148mm扶正器＋∅142mm变径接头＋∅127mm尾管＋悬挂器＋回接筒＋∅88.9mm钻杆。

1.2 摩阻计算

尾管下入过程首先必须要克服可能过大的摩阻，笔者对完井钻柱和尾管下入过程进行了摩阻计算，在进行摩阻计算时，考虑到尾管柱实际的受力情况，应使用三维软杆摩阻分析模型。比较管柱摩阻和大钩载荷的变化情况，如图1所示。由图1可知，管柱在下入过程中大钩载荷始终大于0，说明管柱自身重量大于管柱所受摩擦阻力，这样管柱可以依靠自身重量下入到井底。由于大钩荷载远大于管柱所受的摩阻，摩阻对大钩荷载变化的影响不大。

1.3 屈曲分析

在尾管下入过程中，当克服摩擦力时需要通过尾管自身重量施加压力，若压力过大会产生尾管屈曲现象。笔者利用Landmark软件分析了尾管下入时的屈曲变化，如图2所示。由图2可知，在整个下入过程中，尾管所受拉力的大小均没有超过发生正弦屈曲时的载荷，说明管柱没有发生正弦屈曲，可以通过尾管自身重量施加压力来克服摩擦阻力并顺利下到井底。

2 尾管通过曲率计算

尾管要顺利下入井底，还必须满足尾管能通过弯曲井眼段允许的最大曲率。对此可以通过计算下入尾管可能通过的最大井眼曲率值，然后与实钻井眼中的最大井眼曲率进行比较，即可知道能否下入。根据尾管的直径、壁厚、曲率半径、钢级和屈服极限，并考虑安全系数和螺纹应力集中系数，尾管允许通过的最大井眼曲率公式如下：

式中，Cm为尾管允许通过最大井眼曲率，（°）／30m；σs为尾管管体钢材的屈服强度，MPa；K1为尾管管体外径，m；K2为安全系数，取1.8；D0为螺纹应力集中系数，取3.0。

图1 尾管柱所受摩阻和大钩载荷变化图

图2 尾管下入时的屈曲变化图

由式 （1）计算可知，下入钢级P110、∅127mm、壁厚9.19mm尾管的最大通过曲率为18.56°／30m，远大于实钻井眼轨迹的曲率13.03°／30m。因此，∅127mm尾管能够下入该井全角变化率最大井段。

3 模拟通井

在该井尾管下入过程中，如果存在井眼条件不佳、井壁比较粗糙、掉块和沉砂多等情况，会造成机械卡钻而导致尾管柱无法下入，为此必须进行多次通井，确保井眼通畅，且通井管柱的刚度比尾管柱的刚度要大，这样通井管柱可以下入的话，尾管柱就能够顺利下入了。

增加通井管柱的刚度的措施主要是增大下部钻柱刚性，即在钻头之上增加大尺寸钻铤并加入相应外径较大的扶正器，并用扶正器代替尾管接箍进行通井作业，具体做法是采用∅152.4mm牙轮钻头＋∅148mm扶正器＋∅120mm钻铤＋∅148mm扶正器＋∅88.9mm钻杆＋∅88.9mm加重钻杆＋∅88.9mm钻杆的钻具组合进行模拟通井。尾管与钻铤刚度比值公式如下［2］：

式中，D为管柱外径，mm；d为管柱内径，mm。

由式 （2）可以计算出∅120mm钻铤与∅127mm尾管刚度对比值＝1.62，由于m＞1，说明双扶带短钻铤下部组合的整体刚度大于尾管的刚度［3］。现场作业表明，使用该通井管柱进行通井作业时未发生阻卡现象，表明通井钻柱可以下入井底，这样尾管柱可以顺利下入。

4 结论和建议

（1）超深水平井窄间隙尾管下入时，尾管所受的摩阻小于管柱自身的重量，这样可以顺利下入井底，并且不会发生屈曲。

（2）套管通过的最大井眼曲率大于实际井眼曲率，能够确保套管顺利通过弯曲段。

（3）使用大刚度的钻具组合模拟通井可以保证尾管的安全下入。

［1］苏义脑 .水平井井眼轨道控制 ［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［2］韩志勇 .定向钻井设计与计算 ［M］.东营：中国石油大学出版社，2008.

［3］刘修善 .井眼轨道几何学 ［M］.北京：石油工业出版社，2006.