渤海某油田大位移井摩阻系數(shù)取值問題研究

聶光輝 席江軍 賈 雍 陳清正 楊元超

（1、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452 2、中海石油有限公司天津分公司，天津300457）

1 下套管摩阻系數(shù)的取值問題

摩阻系數(shù)的取值直接影響大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及下套管工藝的選擇。實(shí)際應(yīng)用中，鉆進(jìn)和下套管工況的摩阻系數(shù)差異較大，預(yù)測(cè)與實(shí)際情況誤差較大。一般設(shè)計(jì)摩阻系數(shù)通過經(jīng)驗(yàn)參考值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值反算獲得，不同鉆井液體系下的摩阻系數(shù)有所不同。對(duì)于鉆進(jìn)時(shí)鉆具在井眼內(nèi)的摩阻系數(shù)和下套管時(shí)的摩阻系數(shù)都可以進(jìn)行懸重?cái)M合反算。在大位移井實(shí)施中更應(yīng)該不斷校正以得到準(zhǔn)確的摩阻系數(shù)。

1.1 起下鉆和下套管實(shí)際摩阻系數(shù)反演

選取渤海某油田大位移井（大斜度）8 口，均采用水基鉆井液，通過懸重反演得到以下數(shù)據(jù)，如表1。

從8 口井的反算結(jié)果看，鄰井鉆進(jìn)過程中，Φ311.15 mm 井段鉆具起下鉆在套管內(nèi)和裸眼段摩阻系數(shù)明顯小于下套管摩阻系數(shù)。

實(shí)際上，鉆進(jìn)期間起下鉆時(shí)鉆具尺寸普遍較小，摩阻集中在鉆頭和尺寸較大的鉆井工具位置。而下套管的工況是井眼已鉆成，下入的套管尺寸大，Φ311.15 mm 井段中套管扶正器外徑達(dá)到了Φ311.15 mm，接箍外徑Φ269.88 mm。而套管柱動(dòng)輒200-300 根套管，大尺寸剛性扶正器數(shù)量100 個(gè)以上的情況極為平常，因而下套管的摩阻系數(shù)更大。

1.2 套管扶正器對(duì)摩阻系數(shù)的影響

針對(duì)套管扶正器，前人做了大量研究，推薦選用剛性扶正器或者滾珠的剛性扶正器。剛性扶正器對(duì)于套管居中度有較好的效果，但是安裝剛性扶正器的數(shù)量和位置對(duì)摩阻系數(shù)有較大的影響。

在部分井徑擴(kuò)大井段，扶正器對(duì)套管居中幾乎不起作用，反而會(huì)因?yàn)榉稣魍鈴酱蠊蜗魃澳鄮r交界面的巖屑，造成井下二次巖屑堆積及局部的砂橋。因而下套管之前還應(yīng)參照地質(zhì)錄井圖，將扶正器安裝在井徑規(guī)則井段，優(yōu)化扶正器的數(shù)量和安裝位置，最大程度保證套管居中的同時(shí)，減少扶正器對(duì)井眼的破壞，造成后期砂橋。

表1 大位移井（大斜度井）摩阻數(shù)據(jù)表

圖1 G35/G01H 井下9-5/8 套管摩阻反演圖

2 套管下入方式與降阻措施（圖1）

2.1 關(guān)于套管下入方式

2.1.1 漂浮接箍和常規(guī)下套管方式

以渤海蓬萊淺層的大位移井G26H 井為例，討論鉆前設(shè)計(jì)中下套管摩阻系數(shù)取值對(duì)開發(fā)方案的影響。G26H 井的一開Φ406.4 mm 井段為表層大井眼增斜井段，井斜角64°左右。二開Φ311.15 mm 井段為長裸眼高井斜穩(wěn)斜及二次增斜著陸井段，裸眼長2290m，井斜角87.2°、扭方位20°，本井垂深1226.50m，水平位移2868.04 m，水垂比為2.42。要在此井段下入Φ244.475 mm 套管，摩阻問題突出。

鉆前設(shè)計(jì)中，對(duì)Φ311.15mm 井段摩阻系數(shù)，依照本區(qū)塊鄰井的摩阻系數(shù)0.30 與0.40。因本區(qū)塊唯一的大位移井G35 井下套管摩阻系數(shù)0.3/0.40，不使用漂浮接箍時(shí)，Φ244.475 mm 套管下到位后，下放懸重24t，因而前期設(shè)計(jì)考慮并準(zhǔn)備了漂浮接箍。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督研究反演圖后發(fā)現(xiàn)，2400m 以后實(shí)際的下放大鉤懸重出現(xiàn)偏差，仔細(xì)比對(duì)套管表和下套管方式，發(fā)現(xiàn)本井扶正器安裝數(shù)量明顯超過其他井的數(shù)量，而井型類似的G01H 井扶正器數(shù)量合適，摩阻系數(shù)明顯較低且與模擬曲線擬合更精準(zhǔn)。

2.1.2 頂驅(qū)下套管方式

本區(qū)域Φ244.475 mm 套管使用CDS 頂驅(qū)下套管工藝，中途遇阻的情況下，可以隨時(shí)使用頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)（不超過套管上扣扭矩），同時(shí)可以滿足隨時(shí)開泵，對(duì)大位移井下套管的復(fù)雜情況處理有極大的好處。

2.2 關(guān)于井筒降摩阻技術(shù)

摩阻系數(shù)受井眼軌跡、鉆井液性能、泥餅質(zhì)量、地層巖性、管柱結(jié)構(gòu)以及井眼清潔程度等因素的影響。為有效降低在Φ311.15 mm 井段中下Φ244.475 mm 套管的摩阻，G26H 井綜合采取井眼軌跡控制、井眼凈化、增強(qiáng)鉆井液潤滑性等措施。

2.2.1 保證井眼軌跡平滑

G26H 井Φ311. 15 mm 井段為長裸眼高井斜穩(wěn)斜及二次增斜井段，穩(wěn)斜長達(dá)2009 m，二次增斜長210m。井眼軌跡控制的主要難點(diǎn)在于穩(wěn)斜鉆進(jìn)中存在方位右漂、井斜穩(wěn)不住的情況。

選擇底部鉆具組合為：Φ311.15 mm PDC 鉆頭+Φ244 mm GP9600 + Φ203.2 mm LWD (PM+ILS)+ Φ203.2mm MWD (M5)+Φ203.2mm 負(fù)脈沖工具 +Φ203.2mm 濾網(wǎng)短接+ Φ203.2 mm浮閥短節(jié)+Φ203.2 mm 機(jī)械震擊器+ 配合接頭( 631 × DSHT 55B) +Φ139.7 mm 加重鉆桿5 根 +Φ311 mm 微擴(kuò)眼器 +Φ139.7 mm 加重鉆桿9 根。其中，GP9600 的穩(wěn)斜和造斜能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定，既能滿足3.5°/30m 設(shè)計(jì)造斜率，又能避免大狗腿出現(xiàn)，有助于使井段軌跡平滑。

Φ311.15 mm 鉆進(jìn)至新地層之后，穩(wěn)斜鉆進(jìn)之后增井斜至設(shè)計(jì)穩(wěn)斜角( 76.5°～77°) ，保持方位不變，繼續(xù)鉆進(jìn)至深度2960m 左右。然后發(fā)指令進(jìn)入二次造斜至著陸井斜，最后成功以88°井斜著陸。

鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)方位右漂和掉井斜的情況，根據(jù)巖性的不同，跳出穩(wěn)斜模式，通過drillspan 發(fā)指令，實(shí)時(shí)調(diào)整。在砂巖段地層有降斜趨勢(shì)且井斜降低過快時(shí)，控制排量由4200L/min 降至3700 L/min，轉(zhuǎn)速由120 r/min 降至70～90r/min，增加鉆壓至9～15 t，以克服降斜問題。

2.2.2 大位移井眼清潔

G26H 井二開Φ311.15 mm 井段從783m～1800m 采用海水鉆進(jìn)，配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具實(shí)行高轉(zhuǎn)速、高排量鉆進(jìn)，每鉆完一個(gè)立柱，掃高黏流體段塞( 稠膨潤土漿) 10m3，清掃巖屑。在1800m以后，轉(zhuǎn)化為PEM 鉆井液體系，沿用“低粘高切”策略，增加攜砂能力的同時(shí)增加對(duì)井壁的沖刷。

采用機(jī)械手段輔助清巖。在鉆進(jìn)至2400m 之后，倒劃眼起鉆至套管鞋，下鉆至井底繼續(xù)鉆進(jìn)。在著陸之后，再次倒劃眼起鉆至套管鞋。通過兩次倒劃眼，將裸眼段巖屑攜帶干凈。配合偏心的微擴(kuò)眼器，可以將井眼在倒劃過程中將井筒擴(kuò)大至Φ326.24 mm，進(jìn)一步輔助清理巖屑床。

另外保證井眼的環(huán)空返速，本井使用負(fù)脈沖工具M(jìn)WD，它是通過將泥漿從鉆具內(nèi)分流到環(huán)空，造成負(fù)壓波動(dòng)被地面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)解碼。優(yōu)點(diǎn)是能在相同的泵壓時(shí)保持更高的排量，進(jìn)而保證了攜巖效率。

2.2.3 增強(qiáng)鉆井液潤滑性

A 井二開Φ311.15 mm 井段上部井段海水鉆進(jìn)，下部井段轉(zhuǎn)化為PEM 鉆井液體系，在下部井段通過適度添加LUBE 等潤滑劑，將扭矩和摩阻控制住。中完之后，倒劃眼起鉆至套管鞋，循環(huán)至井眼清潔后，下鉆至井底，通過加入RT101，BLAB 等潤滑材料，進(jìn)一步降低井眼摩阻系數(shù)。

3 實(shí)鉆后摩阻系數(shù)校正反演

G26H 井中完結(jié)束，在處理完井筒后，實(shí)測(cè)鉆柱在井眼內(nèi)的正常上提下放載荷、空轉(zhuǎn)扭矩，校正反演下套管的摩阻系數(shù)，結(jié)果如圖2 所示。裸眼內(nèi)起下鉆摩阻系數(shù)為0.20，套管內(nèi)的平均摩擦系數(shù)為0.17。

圖2 鉆柱的大鉤懸重摩阻反演圖

相對(duì)于鉆前設(shè)計(jì)的摩阻系數(shù)最大取值( 套管內(nèi)0.30、裸眼段0.40) ，中完后實(shí)測(cè)的摩阻系數(shù)誤差超過了80%。分析G26H井下套管風(fēng)險(xiǎn)及摩阻敏感性，最終決定以G01H 井（套管內(nèi)0.25，裸眼內(nèi)0.35）的摩阻系數(shù)取值，Φ244.475 mm 套管到位后上提下放懸重分別為138.6t，38.5 t，遠(yuǎn)大于鉆井平臺(tái)頂驅(qū)重量(18 t)。這說明在現(xiàn)有井眼條件下，采用常規(guī)方式下入Φ244.475 mm 套管是完全可行的。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

基于實(shí)鉆中完后實(shí)測(cè)反演的摩阻系數(shù)以及對(duì)下套管摩阻的預(yù)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)取消了漂浮下套管方案。在采用常規(guī)方式下套管期間，不同井深處的上提下放懸重情況如圖3 所示，發(fā)現(xiàn)大鉤懸重曲線與實(shí)際反演曲線擬合良好，極具參考價(jià)值。

圖3 G26H 井下9-5/8 套管摩阻反演圖

套管下到位，反演套管內(nèi)/裸眼段摩阻系數(shù)分別為0.22/0.27。這與下套管前基于摩阻系數(shù)校正后的摩阻系數(shù)（套管內(nèi)/裸眼段摩阻系數(shù)分別為0.17/0.20）相關(guān)性較好，這是因?yàn)樘坠苤鈴匠叽绱蟮慕庸亢头稣鲾?shù)量較多，摩阻系數(shù)增加值與經(jīng)驗(yàn)值（0.05-0.15）。同時(shí)，扶正器位置相對(duì)于鄰井做了進(jìn)一步優(yōu)化，避免了井底二次砂橋產(chǎn)生，相比鄰井下套管的摩阻系數(shù)有一定降低。

相對(duì)于漂浮下套管作業(yè)而言，采取常規(guī)方式下入套管，可減少使用進(jìn)口漂浮接箍，縮短循環(huán)排氣時(shí)間，同時(shí)在下入過程中出現(xiàn)井控情況時(shí)及時(shí)處理。

5 結(jié)論

從工程應(yīng)用角度看，鉆前設(shè)計(jì)確定的下套管摩阻系數(shù)，容易忽視實(shí)際井況與下套管工況的差異，預(yù)測(cè)的下套管摩阻與實(shí)際值相差較大，因而需要實(shí)時(shí)反演井眼的摩阻系數(shù)，基于本井下套管之前的起下鉆摩阻反演分析，對(duì)下套管摩阻預(yù)測(cè)更具有參考價(jià)值。同時(shí)，通過對(duì)扶正器的安裝數(shù)量和位置的優(yōu)化，也能適當(dāng)減小摩阻系數(shù)。

不同井區(qū)的下套管摩阻系數(shù)會(huì)有所不同，鉆前設(shè)計(jì)時(shí)有必要對(duì)同一區(qū)域的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，根據(jù)相應(yīng)的反演摩阻系數(shù)，建立區(qū)域摩阻系數(shù)數(shù)據(jù)庫，做出對(duì)該區(qū)域作業(yè)有實(shí)用價(jià)值的摩阻系數(shù)參考圖版。