普光气田大斜度井和水平井井身结构方案分析

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石油工程技术
2008年 3 月
染， 充分挖掘储层潜能； 完井工具和施工步骤复 杂， 对工具的可靠性要求高； 钻盲板会对 覫177.8mm 套管造成损伤； 下套管遇阻时， 采用循 环 的 方 式 不 能 消 除 覫177.8mm 筛 管 的 岩 屑 堆 积 ， 下入难度加大。 覫177.8mm 筛管顶部注水泥完井方 案见图 1。
（1） 悬挂筛管完井。 该方法简单、 施工风险 低 。 但 上 述 管 串 结 构 中 ， 覫177.8mm 套 管 下 部 200m 左右为双防合金钢， 磨损较严重。
（2） 筛管顶部注水泥完井 。 该 完井方法中 ， 覫177.8mm 套管采用进 口抗硫套管 ， 覫127mm 无 接 箍套管采用双防套管， 其完井步骤繁杂， 对工具 的可靠性要求高。
大斜度井 水平井 井身结构优选 套管磨损 轨迹控制 普光气田
普光气田是我国海相碳酸盐岩层系最大的气 田， 也是迄今为止在四川盆地勘探中发现的储量 规模最大、 埋藏最深、 资源丰度最高、 储层性质 最 好 、 优 质 储 层 最 厚 、 天 然 气 中 H2S 含 量 最 高 、 天然气干燥系数最大的整装气田[1]。 其构造边部 储 层厚度相对较薄， 直井开发没有工业价值[2]， 因 此 大斜度井或水平井技术成为开发普光气田边部气 藏的有效手段， 而井身结构设计决定着钻井施工 能否顺利实施。
（1） 井下摩阻。 根据该地区已施工完成的定向 井井下摩阻数据反推的 裸眼段摩阻 系数约为 0.3， 套 管 段 约 为 0.25。 考 虑 到 水 平 井 井 下 摩 擦 阻 力 会 有所加剧， 将裸眼段摩阻系数定为 0.4， 套管段定 为 0.3。 根据这些数据， 普光水平井三开井身结构 井下摩阻计算结果见表 1。
普光气田地质条件复杂， 前期钻探中已发现 了诸多问题： 陆相地层可钻性差、 易坍塌、 漏失 严重； 地层倾角大、 易井斜； 目的层埋藏深、 大 斜 度 井 裸 眼 井 段 长 ； 地 层 流 体 含 H2S、 CO2， 易 导 致钻具故障和套管腐蚀[3]。 因此， 井身 结构设计时 需要考虑如下问题。
四开筛管顶部注水泥完井方案见图 3。 2.2.3 方案分析
采用四开井身结构设计， 水平段钻进的安全 性提高、 完井作业管串结构简化、 作业难度降低， 有利于工程实现。 但选用该井身结构方案需要解 决 覫177.8mm 技术套管下部 200m 双防合金套管的
二开 覫314.1mm 井眼 覫273.1mm 套管
第 6 卷第 1 期 2008 年 3 月
石油工程技术 PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGY
%Vol.6, No.1 Mar. 2008
牛洪波 崔海林 马凤清
（胜 利 石 油 管 理 局 钻 井 工 艺 研 究 院 ， 山 东 东 营 ， 257017）
根据普光气田的地质特点和钻井难点， 本着工程实现和安全采气的原则， 分析了井下摩阻、 套管磨 损预测、 井眼轨迹控制方法、 地质导向钻井应用技术条件、 完井作业能力等情况， 提出了大斜度井和水平井井 身结构优选的建议。
配合扶正器使用的导向钻井系统具有较好的 稳斜和微增斜效果， 所以推荐使用如下钻具组合： 覫241.3mm 牙 轮 钻 头 +覫172mm ×1° 单 弯 螺 杆 + 覫225～覫238mm 扶 正 器+覫127mm 无 磁 承 压 钻 杆×1 根+覫127mm 斜坡钻 杆×10 根+投 入 式 止 回 阀+旁 通 阀 （实 时 调整 ， 保 持在产层之 上 ） +覫127mm 斜坡 钻 杆 ×100 根 +覫127mm 加 重 钻 杆 ×30 根 +覫127mm 钻杆×3000m+覫139.7mm 钻杆。
表 1 普光水平井三开井身结构井下摩阻预测结果
完井 状态 裸眼
套管
摩阻 系数
0.3 0.4 0.25 0.3
摩擦阻力 （kN）
271.00～350.11 352.78～383.58 381.00～457.00 382.00～625.00
水 平 井 施 工 中 ， 当 井 下 摩 阻 接 近 400kN 时 会 严重影响滑动钻进的能力 （如 DH-2H 井， 井下摩 阻 达 到 400kN 时 滑 动 钻 进 的 施 工 效 率 极 低 ， 且 存 在井下安全风险）。 鉴于雷口坡二段存在盐膏层， 建 议 井 下 摩 阻 大 于 350kN 时 用 旋 转 钻 进 方 式 代 替 滑动钻进， 克服井下摩擦阻力进行钻进破岩。
在 2～5m/h， 200～400m 的 水 平 段 纯 钻 进 时 间 需 要 200h 以上。 如果钻遇漏失、 异常高压等井下复 杂情况， 需要额外增加起下钻次数， 钻具组合和 钻头对双防合金套管的磨损会更严重。 采用美国 成熟软件 CWearTM 的部分功能模块改进的 “套管 防磨接头安放间距优化设计及磨损预测软件” 获 得的初步磨损预测结果如下 （该结果采用的钻速 为 5m/h， 低于该钻速磨损将更为严重）。
%%%% 2.1.1 井眼尺寸
三 开 的 井 眼 尺 寸 通 常 为 ： 覫660.4mm 导 眼 + 覫444.5mm 表层井眼+覫320.0mm 直井眼+覫241.3mm 井眼。 2.1.2 完井方式及管串结构
（1） 固井射孔完井。 管串结构： 覫508.0mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管 +覫273.05mm 技 术 套 管 + 覫177.8mm 套 管 。 该 方 法 作 业 工 序 和 管 串 结 构 简 单， 但管串下入时封隔器等工具易受损， 下入难 度较大。 下套管时如果遇阻， 可通过活动管串、 开泵循环等方法解决。
二开封过须家河组 覫314.1mm 井眼 覫273.1mm 套管
导管 覫660.4mm 井眼 覫508.0mm 套管
一开 覫444.5mm 井眼 覫339.7mm 套管
三开 覫241.3mm 井眼 覫177.8mm 套管
图 1 覫177.8mm 筛 管 顶 部 注 水 泥 完 井 方 案 示 意 图
在产层中钻进使用欠尺寸扶正器存在安全风 险， 尤其是钻遇漏失严重或异常高压的井段。 因 此可尝试使用自身不带扶正块的泥浆马达， 根据 使用效果对钻进参数进行相应地调整。
（2） 地质导向。 我们至少需要声波测井、 补偿 中子测井、 岩性密度测井、 伽马和电阻率 （2 条
第 6 卷第 1 期
牛洪波等： 普光气田大斜度井和水平井井身结构方案分析
实现酸化压裂等较为效的后期增产措施。 2.1.3 方案分析
在没有旋转导向钻井系统的前提下， 普光地 区利用三开井身结构实施大斜度井、 水平井钻井 施工， 需要解决井眼轨迹控制和钻井施工期间的 井下安全等问题。 其中， 井眼轨迹控制主要解决 井下摩阻、 利用地质导向指导现场施工、 确保井 下合理的测量环境等 3 方面的问题。
（1） 安全性。 普光气田腐蚀性气体含量较高 （ H2S 平 均 含 量 15.16% ， CO2 平 均 含 量 8.64% ） ， 钻井过程中和后期采气作业生产安全成为井身结 构设计需要考虑的关键问题之一。
（2） 套管磨损。 须考虑套管减磨及效果预测 和评估。
（3） 井下摩阻。 结合摩阻分析对钻具强度进 行校核， 提出井眼轨迹控制方案。
（3） 改进的筛管顶部注水泥完井。 其采用的 管 串 结 构 为 ： 覫508.00mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管+覫273.05mm 技 术 套 管+覫177.8mm 技 术 套 管+ 覫139.7mm 筛管。 改用 覫139.7mm 筛管后 ， 下 部 环 空间隙较大， 管串下入难度相对减少。 该完井方 案的井身结构见图 2。
（2） 筛管顶部注水泥完井。 其管串结构为 ： 覫508.0mm 导管+覫346.08mm 表层套 管+覫273.05mm 技 术 套 管 +覫177.8mm 套 管+覫177.8mm 筛 管 。 该 完 井方法的特点是： 可有效避免水泥浆对储层的污
收 稿日 期 ：2007-12-27 改回日 期 ：2008－02－20 作 者 简 介 ：牛 洪 波 （1975—），男 ，1998 年 毕 业 于 中 国 石 油 大 学 石 油 工 程 专 业 ，工 程 师 ，现 主 要 从 事 钻 井 技 术 工 作 。 联 系 电 话 ：（0546）8797402， E-mail: nhb@，通讯地址：山东省东营市北一路 827 号钻井工艺研究院钻井所。
2.2.1 井眼尺寸及管串结构 四 开 常 用 的 井 眼 尺 寸 为 ： 覫660.4mm 导 mm 直 井 眼 +覫241.3mm 斜 井 眼 +覫149.2mm 水 平 井 眼 。 管 串 结 构 ： 覫508mm 导 管 +覫346.08mm 表 层 套 管 +覫273.05mm 技术套管+覫177.8mm 技术套管+覫127mm 筛管。 2.2.2 完井方式
悬挂器
一 开 覫346.1mm×700m 二 开 覫273.1mm×4500m
压缩式管外封隔器
浮箍
盲板
覫139.7mm 筛 管 串 引鞋
分级箍
充填式封隔器
变径
图 2 改进的筛管顶部注水泥完井井身结构示意图
从固井作业的角度来考虑， 射孔完井的固井 井段最长， 需要在水平段固井， 所以其固井质量
的可靠性相对较低， 其他两种方案的效果相近。 从增产措施来考虑， 固井射孔完井方式可以
为了保证钻井和采气作业的安全， 需要封隔 松软的表层、 陆相易漏失/垮塌地层和须家河组底 部 高 压 气 层 。 采 用 覫177.8mm 套 管 封 隔 斜 井 段 可 有效减少裸眼井段， 确保钻井施工安全， 提高完 井作业的可靠性， 但却容易导致套管严重磨损， 后期采气不安全。 目前， 该气田主要采用三开和 四开两种井身结构方案。