淺談井眼軌跡對套管損壞的影響及預(yù)防

1、2010年 第3期江漢鉆井 鉆 井 工 藝淺談井眼軌跡對套管損壞的影響及預(yù)防謝學(xué)明 黃軍輝摘 要 現(xiàn)在的開發(fā)井大多數(shù)以定向井和水平井代替了過去的直井，由于井眼曲率的變化，增加了套管彎曲變形的幾率，使管桿偏磨、套管破損現(xiàn)象時有發(fā)生。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)報道，套管損壞原因及防治，多以“地質(zhì)因素、工程因素、腐蝕”三方面為主，而對井眼軌跡的影響研究報道甚少。本文提出了預(yù)防套管損壞需從鉆井源頭抓起，認(rèn)真抓好鉆井井眼質(zhì)量的前期工作，分析了井眼軌跡對套管損壞的影響，為預(yù)防套管損壞，延長油井壽命提供了可參考依據(jù)。主題詞 井眼軌跡 套管損壞 影響 分析 措施6一、問題的提出隨著江漢油田的開發(fā)進入中后期，加之地處魚米之鄉(xiāng)

2、，江河、湖泊、溝渠、稻田甚多，地面井位選擇困難，致使定向井、水平井逐年增多，井眼軌跡控制難度越來越大。而定向井、水平井所形成的井眼大都是橢圓形井眼，這一先決條件就對固井質(zhì)量有影響；如果井眼軌跡控制不好，形成較大的拐點，使井身剖面與設(shè)計相差甚遠的話，就會導(dǎo)致摩阻增加，下套管困難，給后期完井和采油工作留下更多隱患。特別是套管不居中會帶來固井質(zhì)量差、套管變形、抽油桿偏磨、油井壽命短的不良后果。目前，江漢油田套損井日益增多，截止2009年底僅江漢區(qū)塊就有307口。據(jù)采油廠統(tǒng)計，由于管桿偏磨導(dǎo)致的桿斷、管漏占井下作業(yè)總井次的20%和30%，管桿偏磨一度成為影響油井免修期的“罪魁禍?zhǔn)住?，諸多偏磨“纏身”的

3、油井，嚴(yán)重影響了開發(fā)管理水平和油井壽命。因此，預(yù)防套管損壞是目前勘探開發(fā)工作的當(dāng)務(wù)之急，除了在采油工藝上狠下功夫外，還必須從鉆井源頭抓起，優(yōu)化井眼軌跡，改善管桿受力狀況，減輕管桿偏磨程度，才能達到標(biāo)本兼治的目的。二、井眼軌跡對套管損壞的影響因素研究套管損壞的原因有許多方面，主要表現(xiàn)在：（1）地應(yīng)力異常高和非對稱外擠力大是導(dǎo)致套管損壞的主因；（2）高壓注水、射孔、采油工藝措施參數(shù)不合理；（3）套管不居中、固井質(zhì)量差、套管應(yīng)力變大；（4）套管抗擠強度與組合不合理；（5）下井工具偏磨、違章操作、頻繁的井下作業(yè)。以上這些原因分析和預(yù)防措施，國內(nèi)外均有大量報道，這里不再贅述。本文從另一角度出發(fā)，著重分析

4、井眼質(zhì)量對套管損壞的影響，找出了井眼軌跡對套管損壞的影響因素如下：1、造斜點太淺，直井段井斜過大，提前定向，過早在上部井段形成拐點；2、造斜率過高，井眼曲率太大，使套管彎曲變形嚴(yán)重，下套管困難；3、全角變化率較大，井眼軌跡不平滑，摩阻增加，引起鍵槽卡鉆，增加套管變形的幾率；4、側(cè)鉆井在側(cè)鉆點處為了迅速離開老眼，拐彎過急；5、大斜度長穩(wěn)斜段井眼軌跡控制難，井斜方位穩(wěn)不住，多次糾方位，井眼不規(guī)則；6、水平井著陸控制段由于油層垂深不確定，有時上翹，有時下傾，井眼形成臺階;7、水平井水平段，為了保證水平穿越油層，井斜角始終要保持在90上下波動，有時增斜，有時降斜，井眼軌跡成蛇形波浪起伏;8、三維繞障的

5、定向井，存在井斜和方位同時變化的井段，形成嚴(yán)重的螺旋形井眼。三、井眼軌跡對套管損壞的潛在危害分析1、井身剖面對比分析近年來，江漢油田定向井每年都在100口以上，設(shè)計的定向井井身剖面種類很多，但基本上可歸納為兩種類型，一類是“直增穩(wěn)” 型井身剖面，一類是“直增降” 型井身剖面，如圖1：直增穩(wěn)型 直增降型圖1 井身剖面圖“直增穩(wěn)”型井身剖面簡單易行，井眼軌跡控制平滑；“直增降” 型井身剖面，從井眼軌跡控制難度上考慮，比“直增穩(wěn)”型容易，因為降斜調(diào)節(jié)余地大，容易中靶；但從井下安全考慮，此類井身剖面容易造成井下故障（如鍵槽卡鉆、下套管困難等），這是因為在該井身剖面中，出現(xiàn)了兩個拐點，拐了2道彎井眼軌跡

6、不平滑，摩阻扭矩大等；從采油工藝上考慮，對采油管柱和桿柱的受力、磨損、斷脫等產(chǎn)生重大影響，給采油工藝帶來很大困難。這是因為油管在井眼中的彎曲形狀與井眼軌跡是十分相近的，抽油桿的行程是沿著井眼軌跡運行的，如果降斜率很大，形成嚴(yán)重“狗腿”，會使抽油桿磨穿油管和發(fā)生抽油桿斷脫的井下故障。2、直井段井斜的危害分析定向井直井段井眼軌跡控制的原則是防斜打直。有人認(rèn)為普通定向井（是指單口定向井）的直井段鉆不直影響不大，這種想法是不對的，因為當(dāng)鉆至造斜點kop時，如果直井段不直，不僅造斜點kop處有一定井斜角而影響定向造斜的順利完成，還會因上部井段的井斜造成的位移影響下一步的井身軌跡控制。如果kop處的位移是

7、負(fù)位移，為了達到設(shè)計要求，會造成實際施工中需要比設(shè)計更大的造斜率和最大井斜角；如果是正位移情況恰好相反，就必須提前下工具定向糾斜，使井眼軌跡在直井段就形成拐點；如果kop處的位移是向設(shè)計方向兩側(cè)偏離的，一開始就將一口兩維定向井變成了一口三維定向井了，同時也造成下一步井眼軌跡控制的難度。水平井的井眼軌跡控制精度要求更高，所以水平井直井段的井斜及所形成的位移相對普通定向井來講，其影響和危害更加嚴(yán)重。如果叢式井的直井段發(fā)生井斜，不僅會造成普通定向井中所存在的危害，還會造成叢式井中兩口定向井的直井段井眼相碰的施工故障，造成新老井眼同時報廢。綜上所述，直井斜段井斜越大，所形成的拐點越大，其井眼軌跡對后續(xù)

8、完井工作和套管損壞的危害也越大。3、增斜段造斜率的限制增斜段造斜率應(yīng)嚴(yán)格控制，不能超過套管允許通過的最大井眼曲率，可按下式計算，中國石油大學(xué)（北京）推薦的套管可通過最大井眼曲率的計算公式如下：cm=16.693； （1）式中cm套管允許通過的最大井眼曲率，（/30m）pj為套管螺紋的連接強度，kn；pe套管已承受的有效軸向力，kn；do為套管管體外徑，cm；k考慮螺紋應(yīng)力集中等因素的系數(shù)，推薦為1.65；a套管管體截面積，cm2.目前，常規(guī)定向井和水平井均未超過套管允許通過的最大井眼曲率，而短半徑水平井要超過計算值，應(yīng)采取下篩管而不下套管的完井方式。4、“狗腿度”即全角變化率較大，會形成三維螺

9、旋形井眼，導(dǎo)致鍵槽卡鉆，影響頂替效率，還會增加下套管摩阻，嚴(yán)重時使套管不居中，套管變形，擠毀套管。5、水平井著陸控制段由于油層垂深不確定，一會兒增斜、一會兒降斜，井眼一旦形成臺階，就會使電測遇阻、下套管困難、臺階處水泥封固不好。6、側(cè)鉆點處拐彎過急，多次扭方位井段，會出現(xiàn)套管偏心度增大，則頂替鉆井液的難度增大，水泥漿分布不均，影響固井質(zhì)量。通過以上分析，針對江漢油田套管損壞情況進行統(tǒng)計，截止2009年12月，套損井共計307口，其中直井196口，定向井111口，全角變化率超標(biāo)的井23口，定向井占套損井比例為36.16%。套損類型主要包括套管破漏、套管錯斷、套管變形等，套損部位大都不在造斜井段，

10、只有少數(shù)井在全角變化率超標(biāo)的井段（見表1）。表1 井眼軌跡對套管損壞的影響統(tǒng)計表序號井號完鉆井深（m）套損類型套損部位造斜段（m）最大井斜最大全角變化率（/30m）井段層位巖性井深井斜方位（m）（）（）1王東斜9-93272套管變形3159.79潛42下鹽巖24702550315043.1221211.92王北新8斜-62816套管變形2227.28潛三段鹽巖540590281543.6137.420.323總3斜-2-73632套管變形3563.77新溝咀組鹽巖26662923292527.18165.676.374陵76斜5-41795套管變形1589.3-1602.94新溝咀組泥巖540

11、8901000211604.925馬36斜5-411505套管破陋1403-1408新下段砂巖500750147521.151705.286馬36斜9-51585套管變形1339.49新下段泥巖780880112514.33354.657馬36斜6-311501套管變形1415.61新下段粉砂巖490745130013504.578馬7-111740套管變形1692.3新下段.砂巖11801310165018.15201.29馬50斜1-11715套管變形1666.4-1665.2新下段砂巖600700975143503.810馬50斜2-31777.25套管變形1608.82新下段泥巖486

12、622140021455.5111馬50斜2-41783套管變形1716.88新下段粉砂巖440575173520.8568.617.3612馬30斜3-41790套管變形1634.16新下段粉砂巖547682117519.121144.5613馬55斜-22142套管變形1546.07新下段泥巖13601438184544.75277.467.814馬55斜-11950套管變形1549.05新下段泥巖13251725155015.16342.1211.115馬36斜10-31610套管變形1434.39新下段泥巖520900100017.32507.9516馬36斜7-51500套管變形14

13、03.11新下段粉砂巖600900950172806.0317馬56斜3-311750套管變形1481.28新下段泥巖5806808752311012.6118馬7-171755套管變形1669.82新下段粉砂巖7191324132514.33401.019馬50斜3-11800套管變形1563.47新下段泥巖588680107018.27311.38.6320馬50斜3-51800套管變形1651.82新下段泥巖98013001500222405.76表1 井眼軌跡對套管損壞的影響統(tǒng)計表（續(xù)表）21馬50斜5-31820套管變形1723.3新下段粉砂巖56010001299.319.510.

14、074.1322馬36斜9-41609套管變形1418.876新下段粉砂巖500970100014.3503.723馬56斜-11700套管變形1651.26新下段粉砂巖560970900281427.7424馬50斜2-211740套管變形1507.55新下段粉砂巖79012001225213606.6425馬36斜3-41500套管變形1347.46新下段粉砂巖500680800182454.9626廣15-33432套管變形2814.16潛三段巖鹽21802300300036.1178.66.3327廣斜11-73543套管變形3489.72潛四段巖鹽260027003425242351

15、0.5428廣斜12-53457套管變形2566.222567.28潛二段25503050320018.52906.529黃22斜-472870套管變形2801.33潛42下巖鹽23802870245011.4964.6210.8230黃斜16-12380套管變形2016.46潛41巖鹽14601530189516.53304.7331王東12斜-113022套管變形1967.62潛二段巖鹽159017801824.1827.29121.1710.0532王東斜8-123310套管變形2324.9潛三段巖鹽23002550277521.47177.512.3433王東斜8-113375套管變形

16、3300.3822502360327635.08226.747.7734王西3斜-43052套管變形2640.29潛四段巖鹽21502230250022.39155.218.2535黃22斜-352957套管變形2883.69潛4320902270287627.23149.6412.0436廣8斜-133192套管變形3031.95潛四段砂巖25002657272020.52271.578.0437陵76斜5-61854套管變形1188.18荊沙組121013801100171857.0738陵76斜6-51785套管變形1639.55新溝咀組泥巖8009601500112454.7739陵7

17、6斜5-51815套管變形1761.67新溝咀組泥巖45085085517.8430.344.5540沙27斜-82025套管變形1959.98新溝咀組泥巖86012301325162201.61四、目前存在的問題1、速度與質(zhì)量的矛盾。由于鉆井定額的限制，有些定向井和水平井幾乎無贏利可言，迫使鉆井必須想盡一切辦法提高鉆井速度，降低鉆井成本。特別表現(xiàn)在直井段，過去常規(guī)鐘擺鉆具“輕壓吊打”的鉆井方式速度慢，現(xiàn)在采用螺桿復(fù)合鉆井方式，王場地區(qū)增斜率23/100m，致使直井段不直，位移超標(biāo)，甚至反向，務(wù)必在直井段中途糾偏，使井眼軌跡一開始就與設(shè)計相差很大。2、造斜段擴劃眼，短起下鉆不及時，出現(xiàn)橢圓形井

18、眼和臺階，造成井壁不光滑，下套管困難。3、井眼軌跡連續(xù)大幅度調(diào)整，特別是糾方位井段，在造斜率不夠的情況下，采用全力糾方位模式不可取，會出現(xiàn)拐急彎形成“狗腿”等現(xiàn)象。4、由于江漢油田斷層多，油層垂深不確定，地質(zhì)導(dǎo)向不準(zhǔn)，大斜度井、水平井著陸控制難，致使井斜上下波動，井眼軌跡不平滑。五、下步預(yù)防措施1、直井段采用塔式鐘擺鉆具：pdc+177.8 m m鉆鋌2根+214 m m穩(wěn)定器+158.8 m m鉆鋌9根+127mm鉆桿，鉆壓30kn，轉(zhuǎn)速217r/min。2、常規(guī)定向井采用1.25單彎螺桿改用1單彎螺桿。3、造斜段徹底改變過去連續(xù)定向的習(xí)慣，采用定向2根，復(fù)合鉆2根的方法。4、針對要求大幅度調(diào)整井斜方位的井段，應(yīng)采取早扭方位，盡量在井斜角較小的情況下進行，裝置角采用30左右，微調(diào)井斜和方位。嚴(yán)禁急于求成，一步到位的定向模式，確保井眼軌跡平滑。5、采取適當(dāng)延長定向段的措施，將造斜點提前50100m，采用1單彎螺桿鉆具自然增斜，既提高了機械鉆速，又使井眼軌跡平滑，減少定向工作量。6、堅持定向一根，劃眼兩遍，及時消除臺階，保持井壁光滑。還可加強倒劃眼，短起下等措施，確保井眼暢通無阻。7、水平井在油層垂深不準(zhǔn)的情況下，采取打?qū)а鄣姆椒?，或者使用近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆進技術(shù)。8、側(cè)鉆出新眼1015m以后，停止繼續(xù)定向，進行復(fù)合鉆進