漂浮下套管技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化

1漂浮下套管技術(shù)1.1技術(shù)簡介漂浮下套管技術(shù)是利用漂浮接箍在整個套管串中起到臨時屏障作用。漂浮接箍安裝在套管管柱的某部位，漂浮接箍下部為空氣段，而漂浮接箍之上是充滿鉆井液的套管、下部套管段較輕，從而減少了套管與井壁之間的正壓力，降低管串在斜井段、大斜度或水平井段下行摩阻，有助于套管安全下入，降低下套管作業(yè)風險:并且由于漂浮接箍以上部分的套管柱內(nèi)充滿了鉆井液，鉆井液柱的重量直接作用于套管柱，有助于實現(xiàn)井眼內(nèi)的套管順利下入;同時，通過減小管串下行摩阻，便于在管串上安裝更多的扶正器，以保證套管的居中度，進而提高固井質(zhì)量。漂浮下套管技術(shù)尤其適用于埋藏淺、水平段長的水平井或大斜度等。1.2套管漂浮組件漂浮下套管工具主要包括:漂浮接箍、浮箍、浮鞋、指示膠塞、固井膠塞等(圖1)。浮鞋和浮箍安裝在套管串的最下端，中間間隔2~3根套管，套管中充滿鉆井液。漂浮接箍安裝在套管串中部，其安放位置通常應(yīng)用Landmark軟件進行模擬計算，套管的漂浮長度就是浮箍與漂浮接箍之間套管長度，通過漂浮接箍可以將空氣或較輕的鉆井液密封在下部的套管柱之中，從而可以使套管受到外部鉆井液的浮力作用，使下套管過程中的摩阻降低;固井前，通過井口打壓，漂浮接箍在壓力作用下打開，使套管漂浮接箍內(nèi)外導通，形成通路，從而進行固井施工"。漂浮段填充介質(zhì)將根據(jù)計算結(jié)果和現(xiàn)場需要來選擇。2漂浮套管技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用2.1應(yīng)用效果針對淺層頁巖氣套管下入困難的問題，進行了13口井的現(xiàn)場施工(表1)。部分井在鉆進過程中托壓嚴重，通井時多次遇阻，由此可以預(yù)見這些井采用常規(guī)下套管施工較為困難，需要技術(shù)上的輔助措施。這13口井均采用漂浮下套管技術(shù)配合施工，其中表1中序號為1~10、12的井為常規(guī)破裂式(玻璃板)漂浮接箍，序號11、13的井為優(yōu)化改進全通徑漂浮接箍。由表1、2中可以看出，下套管作業(yè)時間較常規(guī)下套管方法有明顯的縮短，平均21.95h(表1)。以陽102H5-5井為例，該井為陽102H5平臺中井眼軌跡最為復雜的一口井，其采用漂浮下套管技術(shù)，下套管時間為21.0h(表2)。同平臺的陽102H5-1井及陽102H5-3井的井眼軌跡較為平緩，這兩口井采用常規(guī)方式下套管，下套管作業(yè)時間分別為27.0h和56.5h，下套管時效明顯慢于陽102H5-5井。此外，通過漂浮下套管技術(shù)施工過程中的總結(jié)與分析，認為影響淺層頁巖氣下套管困難的因素不僅是水垂比較大，還有其他因素，如勺形井、上傾井，“狗腿度”大和“大肚子”井眼等，增加了套管下入過程中的摩阻與側(cè)向力[8]。以陽102H15-1井為例(圖2)，該井全井最大井斜107.63°，在井深1553.8m處，最大全角變化率9.18°/30m，末端垂深915.81m，最大垂深為1065.96m，上翹150.15m。計算表明:不同摩阻系數(shù)條件下，0139.7mm套管下到井底(2375m)，下放載荷分別為一338.80kN(管內(nèi)/管外摩阻系數(shù)為0.30/0.45)、一383.01kN(管內(nèi)/管外摩阻系數(shù)為0.30/0.50)和一386.79kN(管內(nèi)/管外摩阻系數(shù)為0.30/0.55)。常規(guī)套管下入無法將0139.7mm套管下到2375m。由于井眼軌跡原因，下放載荷3種摩阻系數(shù)下趨勢和數(shù)值基本相當，由此可見該井摩阻系數(shù)對套管下入影響因素較小，導致套管難以下入的主要因素是井眼軌跡復雜(表3)。2.2分析常規(guī)破裂式(玻璃板)漂浮接箍的缺點與不足漂浮下套管技術(shù)服務(wù)中施工中有11口井使用常規(guī)破裂式(玻璃板)漂浮接箍，普遍存在固井作業(yè)中固井膠塞通過漂浮接箍遇阻的情況，此外在陽102H1-6井、陽102H3-1井和陽102H26-4井先后出現(xiàn)漂浮接箍提前打開、造成中途起套管工程復雜。2.2.1破裂盤破碎不徹底導致固井膠塞遇阻常規(guī)破裂式(玻璃板)漂浮接箍正常加壓破碎后，其玻璃板中心破碎成碎屑(最大顆粒大小:13mmX11mmX7mm)，邊緣為環(huán)狀玻璃板殘體，但有明顯裂痕，膠塞通過時遇阻明顯，且膠塞通過后受損，管內(nèi)玻璃環(huán)不能完全清除，影響工具通徑大小，致使膠塞行至漂浮接箍位置易憋壓，增加施工風險。2.2.2下入過程中破裂盤徑向受力導致提前打開淺層頁巖氣井由于垂深較淺，在保證較長有效水平段的情況下，其井身軌跡相對復雜，井斜、狗腿度變化較大。在漂浮接箍隨套管下入的過程中，遭遇全角變化率較大的井段，工具井壁發(fā)生摩擦、磕碰、擠壓導致破裂盤徑向受力，會導致破裂盤不能按設(shè)計壓力值打開。表4為3口井漂浮接箍提前打開時破裂盤所處井深及其對應(yīng)的全角變化率，由表中可知，3口井漂浮接箍提前打開時均處于造斜段，且漂浮接箍提前打開時其全角變化率均變化較大(圖3)。由此認為，在造斜段全角變化率較大的井段，井壁會對漂浮接箍產(chǎn)生摩擦、磕碰、擠壓導致破裂盤徑向受力，造成破裂盤提前破裂。狗腿度越大，套管彎曲越嚴重，此外，由于通常情況下，懸鏈線軌道即狗腿度變化較大的井段相較于平均狗腿度大的圓弧軌道對套管的磨損更為嚴重1)，且從圖3中可知，漂浮接箍提前打開時其狗腿度變化較大。由此認為在狗腿度變化較大的井段，其對漂浮接箍的摩擦、磕碰、擠壓比平均狗腿度大的圓弧軌道更為嚴重，更易使漂浮接箍受徑向力產(chǎn)生形變，使破裂盤提前打開。2.2.3疲勞現(xiàn)象導致提前打開這3口井的漂浮接箍出廠前均已在同批次產(chǎn)品做室內(nèi)試驗，試驗值與打開設(shè)計值相符，同時在入井前檢查工具及破裂盤外觀無損壞。在下套管施工過程中，工具在下入過程中因反復上提下放產(chǎn)生激動壓力，易發(fā)生疲勞現(xiàn)象導致提前打開。此外，破裂盤質(zhì)量不夠穩(wěn)定，應(yīng)力分布不均勻影響整體承壓:技術(shù)團隊協(xié)調(diào)組織和應(yīng)急措施準備不充分，面對該地區(qū)垂深不一致的平臺，未提前做好工具壓力級別的針對性，也會導致現(xiàn)場施工出現(xiàn)異常情況。3漂浮接箍的優(yōu)化3.1改進措施通過總結(jié)分析采用常規(guī)破裂式(玻璃板)漂浮接箍，其核心部件玻璃盲板為脆性材料，其承壓能力低且破碎壓力不穩(wěn)定，在經(jīng)過井眼軌跡復雜井段時，容易受到徑向力的影響，在套管上提下放的過程中易提前疲勞損壞，存在提前打開的風險;此外，破裂盤破碎后管內(nèi)圓周有殘留物，固井膠塞易遇阻，存在固井過程“灌香腸”的風險;并且膠塞行至漂浮接箍位置易跳壓等缺陷。針對上述缺點和不足，對漂浮接箍工具進行攻關(guān)改進，研制新型全通徑滑套式漂浮接箍"。全通徑漂浮接箍的最主要特點:①玻璃板破裂后能夠全通徑開啟，在固井作業(yè)后期，將膠塞運行至漂浮接箍處，推動支撐管剪斷剪切銷釘，懸掛管、支撐管、破裂盤三者便會滑動被膠塞推行至井底碰壓，從而有效保證了套管的全通徑不留殘體，保證固井質(zhì)量；②工具開啟壓力介于20~70MPa，可調(diào)節(jié)，壓力精準誤差小于2MPa，承壓能力強且破碎壓力穩(wěn)定，避免了提前打開的風險;③抗疲勞性能強，能夠避免在下入過程中因反復上提下放等產(chǎn)生激動壓力而導致的破裂盤提前打開;④安裝有玻璃板保護套，漂浮接箍在1m高處自由下落抗沖擊性能好，減少漂浮接箍下入狗腿度較大的井段時受到的徑向力的影響，并且保證在運輸過程中發(fā)生磕碰時不會影響漂浮接箍的性能。具體實驗結(jié)果如表5所示。3.2改進效果目前全通徑漂浮接箍在浙江油田淺層頁巖氣應(yīng)用3口井(表6)，套管均順利下到位，成功率100%。在套管下入過程中，未出現(xiàn)漂浮接箍提前打開的現(xiàn)象，其實際打開壓力與設(shè)計打開壓力的誤差均值為2.367MPa，與室內(nèi)實驗結(jié)論基本相符，固井期間無異常起壓現(xiàn)象，表明全通徑漂浮接箍應(yīng)用效果良好。4結(jié)論1)淺層頁巖氣水平井采用漂浮下套管技術(shù)可以明顯增加套管下入能力，并且能夠防止套管遇阻遇卡等復雜情況發(fā)生。2)除了水垂比較大外，井眼軌跡復雜同時導