漂浮+頂驅(qū)下套管技術(shù)在大港油田趙東CP3-D18-XX井中的應(yīng)用

摘" " 要：大港油田趙東CP3-D18-XX井為一口水平生產(chǎn)井，其中完鉆井深3 064 m，水平位移2 288 m，?244.5 mm套管下入至2 998.69 m。該井311.1 mm井眼裸眼段長(zhǎng)，井眼軌跡復(fù)雜且清潔困難，導(dǎo)致套管下入摩阻大，套管下入懸重不足，采用常規(guī)下套管方式無法下入到位。結(jié)合漂浮下套管與頂驅(qū)下套管工藝的特點(diǎn)，采用漂浮+頂驅(qū)下套管工藝技術(shù)，完成?244.5 mm套管下入工作。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及評(píng)價(jià)，在常規(guī)下套管方法不滿足施工要求時(shí)，推薦在水平井中采用漂浮+頂驅(qū)下套管工藝，不僅可以克服套管下入摩阻大、大勾載荷不足等問題，在遇阻時(shí)還可快速旋轉(zhuǎn)活動(dòng)套管，極大降低了下套管黏卡風(fēng)險(xiǎn)，保障了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全。

關(guān)鍵詞：水平井；漂浮下套管；頂驅(qū)下套管

Floating and top drive casing running for CP3-D18-XX in Dagang Zhaodong

Oilfield

ZHANG Hao， SHEN Jiyang， LI Hongkui Drilling Branch of CNPC Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 065000， China

Abstract：CP3-D18-XX， a horizontal production well in Dagang Zhaodong Oilfield， has a total depth of 3 064 m and a horizontal displacement of 2 288 m， with the setting depth of ?244.5 mm casing reaching 2 998.69 m. Due to the long open hole with a diameter of 311.1 mm， complex borehole trajectory， and the difficulty in hole cleaning， the casing running process encountered high friction resistance and insufficient suspended load， failing to succeed using the conventional method. The technologies of floating and top drive casing running were combined for ?244.5 mm casing running. The on-site application and evaluation show that this comprehensive technology is recommended when conventional casing running methods cannot meet the operation requirements. It can not only overcome problems such as high resistance and insufficient hook load of casing running but also quickly rotate retrievable casings to reduce the risk of casing sticking， ensuring the safety of on-site operation.

Keywords：horizontal well; floating casing running; top drive casing running

大港趙東油田由趙東平臺(tái)、導(dǎo)管架平臺(tái)CP2及CP3組成，主力油層以明化鎮(zhèn)、館陶組為主，所布井以水平井為主。其中CP2平臺(tái)布井36口、CP3布井18口。由于防碰及繞障難度大、井眼軌跡復(fù)雜、水平位移大、井眼清潔困難等原因，部分生產(chǎn)井?244.5 mm套管下入困難，采用常規(guī)下套管方式遇阻，上下活動(dòng)無效時(shí)需要接套管循環(huán)頭進(jìn)行循環(huán)及下壓，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，存在較高的黏卡風(fēng)險(xiǎn)。在CP3導(dǎo)管架施工中，2口井在?244.5 mm套管下入過程中遇阻，處理過程中出現(xiàn)套管黏卡事故。

為降低套管黏卡風(fēng)險(xiǎn)，引入了頂驅(qū)下套管技術(shù)，該工藝將頂驅(qū)下套管裝置與頂驅(qū)連接，通過頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)工具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)套管上卸扣、旋轉(zhuǎn)套管柱的功能，游車上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)頂部驅(qū)動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上提、下放套管柱的功能，在遇阻后可以立即開泵循環(huán)上下活動(dòng)套管，大大降低了套管黏卡風(fēng)險(xiǎn)。在CP3-D18-XX井（以下簡(jiǎn)稱XX井）施工過程中，通過軟件模擬，常規(guī)下套管方式無法將套管下入至設(shè)計(jì)深度，采用了漂浮下套管方式，通過大井斜部分套管串漂浮、上部套管串內(nèi)灌漿的辦法減小漂浮段套管的摩擦系數(shù)（減少摩擦阻力），同時(shí)增加上部套管的下入懸重，從而起到提高套管下入深度的作用。通過將頂驅(qū)下套管和漂浮下套管的技術(shù)優(yōu)勢(shì)綜合起來，在管柱下入過程中設(shè)計(jì)套管掏空段長(zhǎng)1 000 m，套管柱漂浮在井筒鉆井液中，并在必要情況下可以借助頂部驅(qū)動(dòng)工具上下活動(dòng)及緩慢旋轉(zhuǎn)管柱，使之快速通過阻卡點(diǎn)，形成了漂浮+頂驅(qū)下套管技術(shù)，?244.5 mm套管柱由此順利下入到位。

1" " 漂浮下套管技術(shù)

漂浮下套管技術(shù)是專門針對(duì)大位移井、水平井套管下入困難的情況，利用漂浮接箍在整個(gè)套管串中起到臨時(shí)隔離作用，如圖1所示。漂浮接箍與浮鞋之間的套管內(nèi)部密閉空間充滿空氣，能夠減小管串對(duì)井壁的正壓力，從而降低管串在斜井段、大斜度或水平井段的下行摩擦阻力，使得整個(gè)管柱能夠安全、順利地下入井內(nèi)[1]。

1.1" " 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

第一，減小了管串下行摩擦阻力，相對(duì)增加了井口載荷，有利于套管安全下入，可降低下套管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；第二，由于減小了管串下行摩擦阻力，可以在管串上安裝更多的扶正器，保證套管在水平段、斜井段的居中度，有利于提高固井質(zhì)量；第三，大位移漂浮下套管技術(shù)可以增加套管下入深度，增加水平段長(zhǎng)度，從而增加單井可動(dòng)用儲(chǔ)量，達(dá)到了提高單井產(chǎn)能目的。

1.2" " 配套工藝技術(shù)

1.2.1" " 套管

在使用部分漂浮或全漂浮下套管工藝時(shí)，套管柱應(yīng)具有足夠高的抗外擠強(qiáng)度，要對(duì)套管抗拉、抗外擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行校核，保證在全掏空工況下套管柱不被擠毀。

1.2.2" " 浮鞋

浮鞋由彈簧式回壓閥和自旋轉(zhuǎn)引鞋組成（如圖2所示），引導(dǎo)套管順利下入，承受反向回壓。偏心引鞋能夠360°旋轉(zhuǎn)，有效引導(dǎo)管串下入，正向承壓≥25 MPa，反向承壓≥35 MPa，工作溫度可達(dá)200 ℃。

1.2.3" " 高強(qiáng)度雙閥浮箍

高強(qiáng)度雙閥浮箍可采用彈簧式回壓閥+板式回壓閥，可持續(xù)承受反向回壓。

1.2.4" " 滑套式漂浮接箍

滑套式漂浮接箍的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該工具下完套管后，開啟時(shí)通過井口憋壓剪斷銷釘，使滑套處于自由狀態(tài)；利用配套指示膠塞將滑套推至專用浮箍處，通過“防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)”進(jìn)行鎖定，再次憋壓開啟指示膠塞，重新建立循環(huán)，進(jìn)入常規(guī)固井程序。

1.2.5" nbsp; 破裂盤式漂浮接箍

破裂盤式漂浮接箍的結(jié)構(gòu)如圖4所示，該工具下完套管后，開啟時(shí)通過井口憋壓打碎密封盲板，盲板爆裂后成顆粒狀，可隨鉆井液循環(huán)出井筒，無需鉆除即可達(dá)到套管通徑目的，進(jìn)而進(jìn)入常規(guī)固井程序。

1.2.6" " 扶正器

可根據(jù)需要選擇樹脂扶正器、半剛性扶正器、剛性扶正器及滾輪扶正器。其中半剛性扶正器具有以下物理性能：低摩擦力的特性，在井下運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力??；耐磨損，堅(jiān)固耐用，且機(jī)械性能在220 ℃高溫條件下穩(wěn)定性強(qiáng)。樹脂扶正器由樹脂材料制成，樹脂材料密度低于一般金屬材料密度，耐酸、堿、鹽及其他化學(xué)物質(zhì)腐蝕，耐磨損性強(qiáng)，而且具有較低的摩擦系數(shù)和啟動(dòng)扭矩。

2" " 頂驅(qū)下套管技術(shù)

旋轉(zhuǎn)下套管工藝（即頂驅(qū)下套管工藝）是指使用頂驅(qū)配合旋轉(zhuǎn)下套管工具來完成下套管作業(yè)的工藝。該工藝充分利用頂驅(qū)系統(tǒng)扭矩轉(zhuǎn)速可控的特性以及旋轉(zhuǎn)下套管工具可以和套管循環(huán)通道建立軟連接的特性，保證在下套管過程中隨時(shí)可以建立循環(huán)，并且轉(zhuǎn)動(dòng)套管柱，從而使下套管作業(yè)像下鉆桿一樣輕松可控。

2.1" " 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

其一，在井下作業(yè)正常的情況下，完鉆后不需通井直接進(jìn)入下套管程序，可節(jié)約大量工程時(shí)間；其二，適用于井眼軌跡不佳、通井效果不好的井，在下套管過程中如果遇到阻卡可以立即旋轉(zhuǎn)、上提下放、循環(huán)和下壓套管通過阻卡點(diǎn)，使套管順利下入；其三，在下套管過程中，隨時(shí)可以向套管內(nèi)灌入鉆井液，確保套管內(nèi)外壓平衡，不需專門停下來灌入鉆井液；其四，結(jié)合頂驅(qū)系統(tǒng)，有效控制套管旋轉(zhuǎn)扭矩和上扣扭矩，確保套管連接可靠性；其五，配合可旋轉(zhuǎn)的水泥頭，固井施工過程中可旋轉(zhuǎn)套管以確保套管居中，提升水泥漿頂替效率，極大地提高固井質(zhì)量。

2.2" " 配套工藝技術(shù)

目前現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的頂驅(qū)下套管工具是以NOV、Volant等公司開發(fā)的機(jī)械式下套管工具CRT（Casing Running Tool）及Tesco等公司開發(fā)的套管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CDS（Casing Driving System）為主。

2.2.1" " 液壓式下套管工具CDS

頂部驅(qū)動(dòng)下套管系統(tǒng)按套管卡持方式及提升能力可分為外卡式和內(nèi)卡式，系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖5所示，按功能可分為動(dòng)力總成、連接總成、限位總成、卡瓦總成以及密封導(dǎo)向總成5部分。動(dòng)力總成主要完成卡瓦的撐開與收縮作業(yè)；連接總成用于連接動(dòng)力總成與卡瓦總成，實(shí)現(xiàn)傳遞力和力矩的功能；卡瓦總成主要由卡瓦芯軸與卡瓦組成，完成卡緊套管的功能；密封導(dǎo)向總成中，導(dǎo)向頭用于引導(dǎo)頂驅(qū)下套管驅(qū)動(dòng)工具進(jìn)入套管，皮碗用于注入泥漿時(shí)防止泥漿回返[2]。

2.2.2" " 機(jī)械式下套管工具CRT

1）CRT工具結(jié)構(gòu)。由本體外殼、支撐架、芯軸、牙塊、密封總成等組成（如圖6所示），無任何液壓裝置，更加輕便簡(jiǎn)單，便于安裝、拆卸和操作。

2）CRT工具參數(shù)。最大上扣/卸扣扭矩85 000 ft.lbs（115 245 N?m），最大提升載荷690 t，適用的管徑為7.0～30.0 in，最大下壓載荷110 t，最大循環(huán)壓力5 000 psi（34.4 MPa），工具長(zhǎng)度65.6 in，工具重量 1 350 lbs（612 kg），徑向行程0.75 in，通孔直徑2.0 in，最大流量1 162 gpm（4.4 m3/min），工具接頭螺紋6.625 in REG，脫手圈數(shù)0.6。不同型號(hào)CRT工具參數(shù)見表2。

2.2.3" " 液壓卡盤

液壓式下套管工具CDS配套的液壓卡盤和頂部驅(qū)動(dòng)工具配有安全互鎖系統(tǒng)[3]，控制系統(tǒng)只有識(shí)別到頂部驅(qū)動(dòng)工具卡瓦卡在套管本體內(nèi)壁而非接箍處，且咬合力達(dá)到設(shè)定值，控制臺(tái)操作人員和司鉆才能給液壓卡盤泄壓，在正常作業(yè)時(shí)，液壓卡盤和頂部驅(qū)動(dòng)工具不能同時(shí)打開。

2.2.4" " 套管

在旋轉(zhuǎn)下套管情況下，不僅對(duì)套管抗拉、抗外擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度指標(biāo)有較高的要求，而且對(duì)套管及接箍抗扭也有很高的要求，作業(yè)前應(yīng)根據(jù)軟件模擬情況選擇高抗扭扣型套管，以滿足全程旋轉(zhuǎn)下入套管柱的要求。

2.2.5" " 偏心浮鞋

采用偏心浮鞋，相比常規(guī)套管浮鞋，具有以下優(yōu)勢(shì)：其一，偏心設(shè)計(jì)的浮鞋在通過遇阻點(diǎn)時(shí)，減小拖曳力，減少下入過程旋轉(zhuǎn)套管柱的次數(shù)，即使上提下放管柱無法通過遇阻點(diǎn)需要旋轉(zhuǎn)套管柱下入時(shí)，偏心浮鞋也可以以更小的啟動(dòng)扭矩旋轉(zhuǎn)套管柱，通過遇阻點(diǎn)的能力更強(qiáng)；其二，偏心浮鞋設(shè)置有底部1個(gè)主水眼和側(cè)面4個(gè)輔水眼，套管下入過程中，即使浮鞋推動(dòng)井筒中巖屑堆積堵塞主水眼，也仍然可以通過側(cè)面的4個(gè)輔水眼進(jìn)行循環(huán)和固井[4]。

2.2.6" " 扶正器

可根據(jù)需要選擇樹脂扶正器、剛性扶正器及滾輪扶正器。樹脂扶正器由樹脂材料制成，材料密度低于一般金屬材料密度，耐酸、堿、鹽及其他化學(xué)物質(zhì)腐蝕，耐磨損性強(qiáng)，而且具有較低的摩擦系數(shù)和啟動(dòng)扭矩[5]。

3" " XX井下入?244.5 mm套管施工難點(diǎn)分析

XX井軌跡設(shè)計(jì)及井身結(jié)構(gòu)見表3、圖7。從圖中可以看出，該井裸眼段長(zhǎng)，311.1 mm井眼自701 m鉆至完鉆深度3 064 m，裸眼長(zhǎng)度2 363 m；?244.5 mm套管設(shè)計(jì)下深2 998.69 m，裸眼井段摩阻高，下入困難。XX井為一口定向井，井眼軌跡復(fù)雜，井眼軌跡設(shè)計(jì)中58°穩(wěn)斜段及83?穩(wěn)斜段的段長(zhǎng)分別為1 000 m及500 m，后降斜至67.5°直到完鉆。穩(wěn)斜段易形成巖屑床，同時(shí)在下入過程中隨著井斜角度增大，套管自重產(chǎn)生垂直于井筒低邊的側(cè)向力增加，導(dǎo)致井筒內(nèi)壁的摩擦力進(jìn)一步增大。

根據(jù)WellPlan軟件對(duì)摩擦阻力的預(yù)測(cè)進(jìn)行如下具體分析。

1）若采用常規(guī)下入法（邊下套管邊灌入鉆井液）施工，當(dāng)管外摩阻系數(shù)大于0.45時(shí)，如圖8所示，下放載荷小于靜載的30%，則將?244.5 mm套管下至3 062 m時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)下放困難的現(xiàn)象。在不同摩阻系數(shù)條件下，?244.5 mm套管下到3 062 m，其下放載荷的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

2）不考慮頂部驅(qū)動(dòng)載荷，漂浮接箍以上的套管內(nèi)灌滿鉆井液，對(duì)漂浮下套管的方式進(jìn)行模擬分析，漂浮長(zhǎng)度取1 000 m（漂浮接箍位置2 147 m，井斜61.04°），套管內(nèi)摩阻系數(shù)為0.25，管外摩阻系數(shù)為0.40～0.50，分析結(jié)果如圖9所示。當(dāng)管外摩阻系數(shù)處于0.40～0.50時(shí)，下入載荷如表5所示，均大于靜載的30%，采用漂浮下套管可以將套管下至設(shè)計(jì)井深。

3）不考慮頂部驅(qū)動(dòng)載荷，漂浮接箍以上套管灌滿鉆井液，對(duì)旋轉(zhuǎn)+漂浮下套管的方式進(jìn)行模擬分析，漂浮長(zhǎng)度取1 000 m（漂浮接箍位置2 147 m，井斜61.04°），套管內(nèi)摩阻系數(shù)為0.15，管外摩阻系數(shù)為0.15～0.25，分析結(jié)果如圖10、圖11所示。當(dāng)管外摩阻系數(shù)處于0.15～0.25時(shí)，下入載荷如表6所示，均大于靜載的30%；但當(dāng)管外摩阻系數(shù)大于0.20時(shí)，套管下至設(shè)計(jì)井深的扭矩超過套管最大上扣扭矩，中途下入遇阻時(shí)可采取上提、下放以及調(diào)整套管轉(zhuǎn)速的方式嘗試通過遇阻位置。

綜合頂驅(qū)下套管及漂浮下套管的優(yōu)勢(shì)，最終針對(duì)XX井選用了漂浮+頂驅(qū)下套管的方式下入?244.5 mm套管。

4" " 漂浮+頂驅(qū)下套管技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

對(duì)XX井采用漂浮+頂驅(qū)下套管的工藝，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，選擇了TESCO 500T內(nèi)卡式液壓頂驅(qū)下套管工具，同時(shí)配套使用了氣動(dòng)卡盤，降低井口人員勞動(dòng)強(qiáng)度，下入過程中如出現(xiàn)遇阻可以立即進(jìn)行上提、下放以及調(diào)整套管轉(zhuǎn)速的方式嘗試通過遇阻位置；第二，選擇渤海鉆探9.625 in滑套式漂浮接箍，漂浮長(zhǎng)度1 000 m，有效地增加了套管下入過程中的大鉤載荷；第三，該井使用了VAM TOP壁厚11.99 mm的氣密扣套管，有較高的上扣扭矩，同時(shí)接箍連接處內(nèi)壁光滑，降低了在固井過程中膠塞磨損的風(fēng)險(xiǎn)；第四，采用偏心浮鞋，在遇阻過程中通過上提、下放能更好地通過遇阻點(diǎn)；第五，采用雙浮箍的安裝方式，選擇對(duì)應(yīng)壓力等級(jí)的浮鞋和浮箍，并在浮鞋上方套管柱上連接雙浮箍，實(shí)現(xiàn)三重保障。

通過軟件的模擬計(jì)算，采用漂浮+不旋轉(zhuǎn)的套管下入方式，全程下入過程中大鉤載荷始終大于靜載的30%，順利將?244.5 mm套管下入至設(shè)計(jì)深度2 998.69 m，套管下入到位后按照作業(yè)程序，打開漂浮接箍進(jìn)行循環(huán)排氣后投入指示塞，打開指示塞后進(jìn)入常規(guī)固井程序，順利完成了長(zhǎng)裸眼段下套管及固井作業(yè)。

5" " 結(jié)束語

應(yīng)用漂浮+頂驅(qū)下套管技術(shù)，借助軟件模擬，合理確定了掏空段長(zhǎng)度，增加大鉤載荷，減小套管下入過程中裸眼摩阻系數(shù)。應(yīng)用頂驅(qū)下套管技術(shù)，豐富套管遇阻時(shí)的處理手段。優(yōu)選配套套管及套管附件，優(yōu)化套管扶正器安放，有力保障了CP3-D18-XX井長(zhǎng)裸眼段套管下入到位。

漂浮+頂驅(qū)下套管技術(shù)在趙東油田長(zhǎng)裸眼井中的成功應(yīng)用，為趙東油田長(zhǎng)裸眼井套管安全下入提供了一種新思路，在大位移井及常規(guī)下套管方式無法下入到位的長(zhǎng)裸眼井中，根據(jù)軟件模擬情況，可以考慮采用常規(guī)漂浮下套管、全漂浮下套管、漂浮+不旋轉(zhuǎn)下套管及漂浮+旋轉(zhuǎn)下套管的方式進(jìn)行套管下入作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

張" " 浩（1986—），男，天津人，工程師，2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，目前主要從事海洋平臺(tái)鉆井技術(shù)管理工作。Email：zhanghao1.cpoe@cnpc.com.cn

編輯：林" " 鮮