浅谈水平井套管保护技术

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　　摘 要：本文分析了水平井在修井过程中，修井管柱在水平井井身结构各段内与油层套管的受力情况，介绍了水平井现场使用的几种油层套管保护措施的利弊。
　　关键词：造斜点;增斜段;稳斜段;水平段;修井管柱;油层套管
　　1 水平井修井工艺现状
　　滨南采油厂水平井钻井及完井工艺技术已经非常成熟，但是，水平井修井工艺技术滞后。在普通直井及一般斜井的分层分采、填砂注灰及防砂等修井工艺技术，因水平井的钻井轨迹及水平段内重力分散等特殊性质，无法在水平井内实施。应用在普通直井及一般斜井中的修井工具，如：打捞、分层及防砂等工具，也无法在水平井内使用。另外，由于水平井的特殊鉆井轨迹，修井管柱在进行起下、打捞解卡及钻、磨、铣等施工时，对油层套管的磨损更是急待解决技术难题。
　　2 水平井修井管柱与油层套管受力分析
　　根据水平井钻井增斜轨迹剖面，水平井的钻井剖面类型可分为：双增剖面、变曲率单增剖面、圆弧单增剖面三种类型。下面通过双增剖面水平井钻井剖面，对修井过程中修井管柱与油层套管的受力情况进行简要分析。
　　水平井钻井双增剖面的井身结构有直井段—增斜段—稳斜段—增斜段—水平井段组成，其剖面示意图如下。
　　（例图一）
　　2.1 修井管柱入井过程不同井深位置受力情况计算
　　2.1.1 直井段
　　水平井直井段的油层套管基本是铅直向下的，修井管柱在该段内由于重力的作用，其重量基本集中在油层套管的中心线上，与油层套管的接触和摩擦没有固定点、随机性强，且主要产生在修井管柱下放过程中，原因是修井管柱在下放时产生的圆周晃动和上下颤动造成。
　　2.1.2 造斜段
　　用于大修的入井管柱通过造斜位置后按照一定速度进入增斜段I，因为油套的倾斜角和直井段中心部位相比，从水平位置开展变大，管柱出现变形，受重力影响，加上管柱斜度作用，和油套底端进行接触（如例图一：A点所示），同时顺着增斜段I里面的油套底端进行延展，最终形成稳定的接触线。这时，修井管柱在下方过程中与油层套管之间沿这条接触线产生摩擦阻力，其大小与修井管柱对油层套管表面的正压力‘N’和修井管柱在通过增斜段抗弯曲时所产生的反作用力‘F’作用在油层套管表面上的正压力‘△N’的大小有关。
　　2.1.3 稳斜段
　　修井管柱通过增斜段1进入稳斜段后，油层套管的斜度不再增加，基本稳定在同一斜度上。修井管柱则恢复自由直度，并在重力及油层套管的斜度作用下，在油层套管底部稳定接触（如例图一：B点所示），形成一条稳定的接触线。这时，修井管柱与油层套管之间沿这条接触线产生摩擦阻力，其大小与修井管柱对油层套管表面正压力‘N’的大小有关。
　　3 水平井修井油层套管保护技术
　　从修井管柱与油层套管的受力分析，不难看出水平井修井管柱对油层套管的摩擦损伤是无法避免的。怎样才能减小摩擦力，将油层套管的损伤降低到最小程度，以最大限度地延长水平井使用寿命呢？通过摩擦力的基本计算公式f=μN，可以找到两条途径：第一是降低摩擦系数μ;第二是减小正压力N。
　　3.1 降低修井管柱与油层套管之间的摩擦系数μ
　　降低摩擦系数μ的直接方法就是改变摩擦状态，将修井管柱与油层套管之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大幅降低摩擦系数μ。目前修井现场常用的有套管滚轮减磨装置和套管钢珠减磨装置两种。
　　3.2 减小修井管柱对油层套管的正压力N
　　减小修井管柱对油层套管的正压力N，以降低两者之间的摩擦阻力，达到保护油层套管的目的。改变修井管柱材质法主要是在满足修井工序要求的情况下，采用玻璃钢油管来代替钢质油管，从而降低修井管柱的重量，减小修井管柱对油层套管的正压力N，达到保护油层套管的目的。
　　4 水平井修井套管保护技术展望
　　随着科技的不断发展进步，水平井修井套管保护技术也在不断提高完善。目前，水平井修井套管保护技术有金属小管径连续管修井技术、碳纤维连续管修井技术及爬行机器人测试工具等多种。水平井测井因水平井的特殊钻井轨迹，一直以来都是由修井管柱携带测试工具来完成的，不仅测试精度低、施工速度慢且对油层套管磨损大，是急需解决的水平井修井工艺难题，而爬行机器人测试工具的出现，无疑将是水平井修井及测试工艺技术的一次革命。
　　参考文献：
　　[1]万仁博，罗英俊主编.采油技术手册（第五分册）[M].北京：北京工业出版社，1991（3）：53-54.
　　[2]王洪光，肖利民，赵海燕.连通水平井工程设计与井眼轨迹控制技术[J].石油钻探技术，2007，35（2）：76-78.
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