广安002-H1井长水平段筛尾管下入技术

摘 要

摘要：四川盆地广安构造广安002-H1井完钻井深4055m，水平位移2499.13m，其中水平段长2010m，最小井斜为87°、最大井斜为91.96°，创川渝气区水平段最长的纪录。该井是典型的短
摘要：四川盆地广安构造广安002-H1井完钻井深4055m，水平位移2499.13m，其中水平段长2010m，最小井斜为87°、最大井斜为91.96°，创川渝气区水平段最长的纪录。该井是典型的短直井段、长水平段水平井，下钻至井深3300～3500m就不能正常下入，必须通过旋转、划眼才能下钻至井底。为了确保Φ139.7mm筛尾管能顺利下入，进行了下入条件计算和下入难度分析，采用滚轮扶正器模拟刚度通井、增加下入推力等技术措施，顺利地把Φ139.7mm筛尾管下至井底。该技术为短直井段、长水平段水平井筛尾管下入设计和施工积累了经验。
关键词：水平井；长水平段；筛尾管下入技术；四川盆地；广安构造
0 引言
   广安002-H1井位于四川盆地广安构造大兴场高点北翼，该井水平段钻井采用斯伦贝谢地质导向技术完成水平段钻进，储层钻遇率为88.22%，PDC钻头与旋转导向系统显示了较好的钻井特性，机械转速为9～12m/h，是该地区同层位钻速的3倍，钻至井深4055m完钻，其中水平段长2010m。
1 基本情况
1.1 井眼轨迹
井眼轨迹垂直投影如图1所示，井身结构数据如表1所示。

表1 井身结构数据表
钻头
套管
规格/mm
钻深/m
规格/mm
钻深/m
Φ444.5
300.00
Φ339.7
298.01
Φ311.2
2012.00
Φ244.5
2010.50
Φ215.9
4055.00
Φ139.7
1972.10～4054.64
1.2 钻井液性能
   钻井液密度为1.05g/cm3、黏度为45s、失水为4mL、滤饼为0.5mm、切力为1.5～12Pa、含砂为0.2%、pH值为9。
1.3 地层分层
   地质分层为：沙二段为783m；沙一段为1202m；凉高山组为1357m；过渡层为1365m；大安寨组为1441m；东岳庙组为1566m；珍珠冲组为1704 m；须六段为1771m。
2 水平段钻进及摩阻情况
2.1 水平段钻进钻具组合
    1) Φ215.9mm钻头×0.36m+旋转导向系统×4.10m+RCV接收器×1.75m+柔性短节×2.9m+电阻率成像测量×3.64m+伽马中子密度×8.04m+MWD×8.51m+Φ165.1mm无磁钻铤×9.39m+Φ127mm无磁钻杆×9.35m+回压阀+Φ127mm钻杆×2600m+Φ127mm加重钻杆×26.5m+随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×53.5m+Φ127mm钻杆。
    2) 该井无磁钻铤及以下斯伦贝谢工具长为38.69m，带有4支扶正器，最大外径为210mm，最小外径为206mm，电阻率成像测量长度为3.64m，外径为210mm，本体最小外径为168 mm。
2.2 水平段钻进实际摩阻情况
    该井套管内摩阻为40～60kN、2010～2600m摩阻为240～320kN、2600～3000m摩阻为280～400kN遇阻、3000～3400m摩阻为340～520kN，多次下钻至水平段井深3400～3600m遇阻，下压400～640kN不能下行，采用划眼才能下至井底，该段井斜为88°～90°、水平段狗腿度均在2°以内[1～2]。
3 长水平段筛尾管下入难度分析
3.1 下入筛尾管条件计算
3.1.1 井眼最小曲率半径
    以最大全角变化率计算井眼曲率半径，全角变化率反映了井眼实际井斜变化，也反映了井眼实际方位变化，裸眼段最大全角变化4.2°/8m，折算100m全角变化为52.5°。
 
式中：Rhmin为井眼最小曲率半径，m；△αф为全角变化率，(°)/100m。
3.1.2 筛尾管可能下入的井眼最小曲率半径
该井下入筛尾管为钢级N80、Φ139.7mm，壁厚为7.72mm管材，钢材屈服极限为5011kg/cm2。
 
式中：Rcmin为筛尾管可能下入井眼最小曲率半径，m；E为钢材弹性模量(2.1×106)，kg/cm2；D为筛尾管外径，cm2；δS为钢材屈服极限，kg/cm2；K1为抗弯安全系数，取1.80；K2为死扣连接部分安全系数，取1.75。
    计算结果92.21m=Rcmin＜Rhmin=109m，说明Φ139.7mm筛尾管能下入本井全角变化率最大井段。
3.1.3 计算本井实际抗弯安全系数(K1′)
 
    计算结果2.13= K1′＞K1=1.80，证明Φ139.7mm筛尾管能够下入。
3.1.4 刚度对比
该井无磁钻铤及下斯伦贝谢工具长为38.69m，本体最小外径为165.1mm，以该段最小外径为165.1mm计算与Φ139.7mm筛尾管刚度比值(C)。
 
式中：D铤为下部钻柱外径，cm；d铤为下部钻柱内径，cm；D管为筛尾管外径，cm；d管为筛尾管内径，cm。
    计算结果C=5.03，从刚度对比结果分析，该井眼具有良好的下入条件。
3.2 下入难度分析
    根据以上下入条件计算，该井长水平段筛尾管具有良好的下入条件，但该井的下入仍存在以下难点，认为可下送至井深3500m左右[1～2]。
    1) 钻井中每次下钻不转动最大下深一般在3400～3600m，根据建设方要求筛尾管柱每20～30m加1只Φ210mm滚轮扶正器，共加80～100只，增加了筛尾管柱刚度，下入难度增加。
    2) 该井虽然下入条件较好，但较直井段仅1500m，至井深2000m井斜已达到80°，下推力不足500kN，要推动水平段2000m以上的筛尾管有较大难度。
4 长水平段筛尾管下入技术
4.1 模拟筛尾管刚度通井
4.1.1 管柱结构
    铝引鞋+Φ210mm滚轮扶正器1只+Φ139.7mm套管21.50m+Φ210mm滚轮扶正器1只+Φ139.7mm套管22.35m+Φ210mm滚轮扶正器1只+Φ127mm钻杆×2600m+Φ127mm加重钻杆×26.5m+随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×53.5m+Φ127mm钻杆。
4.1.2 模拟筛尾管刚度通井情况
顺利通井至井深3689.58m，经活动下压完重量至井深3737m再也无法下放，上提1500kN能正常起钻，分析为下推力不够。
4.2 筛尾管下入技术
4.2.1 增加下推力
    根据模拟筛尾管刚度通井情况，在上部直井段1500m内加入20柱Φ127mm加重钻杆、8柱Φ177.8mm钻铤增加水平段筛尾管的推力427kN，长段筛尾管下入深度有望超过3800m。
4.2.2 筛尾管下入管柱
    加长铝引鞋×0.5m+Φ139.7mm筛尾管×2082.54m(每2～3根加1只Φ210mm滚轮扶正器，共加入89只)+倒扣头×0.50m+倒扣工具×1.36m+Φ127mm钻杆×434.33m+Φ127mm加重钻杆×501.34m+Φ177.8mm钻铤×220m+Φ127mm钻杆。
4.2.3 实际下入情况
    下入井深超过3800m后，出现3次重量放完推不动的现象，通过上提后快速下放可以通过阻点，有的阻点上提下放2～3次才能通过，最后顺利下至井深4054.64m(井底)。
5 结论与认识
    1) 该井是川渝地区第一口水平段长超过2000m的水平井，也是第一口筛尾管下入水平段超过2000m的水平井，该井的下入成功为长水平段筛尾管下入积累了经验。
    2) 短直井段、长水平段水平井，虽然计算井眼有良好的下入条件，但是下推力不够也难以下人，应进一步开展短直井段、长水平段水平井筛尾管下入技术研究。
参考文献
[1] 刘德平.川东地区深井及大斜度井固井实践[J].钻采工艺1995，18(1)：13-17.
[2] 王建文.中48定向井的固井技术[J].石油钻采工艺，19857(6)：41-47.
 
(本文作者：刘德平 李江 朱莎 国石油天然气集团公司川庆钻探工程公司)