复杂深井超深井非常规井身结构设计!!!

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西部探矿工程 2006 年增刊 2006 W EST - C H INA EXPL ORA TION EN GIN EERIN G
文章编号 :1004 — 5716 ( 2006) 增刊 — 0171 — 03
中图分类号 : T E256 + . 3 文献标识码 :B
目前 ,我国深井、 超深井钻井中普遍采用的常规 API 套管尺寸 系列有 5 层 ,即 508. 0 +
+ 339. 7 + 244. 5 + 339. 7 + 177. 8 + 244. 5 + 127. 0mm 。 177. 8 + 127. 0mm 。 508. 0
少数陆上超深井和海洋钻井也有采用 6 层的 ,即 762. 0 +
于地质不确定度较高的复杂深井 、 超深井来讲是非常有利的 ; ② 全井可以不采用偏心扩眼钻头 , 这有利于地层较硬的复 杂深井超深井钻井 ; ( 6) 508. 0 + 406. 4 +
177. 8 + 339. 7 + 298. 5mm + 244. 5 + 244. 5mm 之 间 增 加 一 层 339. 7mm 套 298. 5mm 套管 374. 7mm 或
这种套管程序在地质条件不太复杂的地区是很适用的 , 这 已为钻井实践所证明 。而且具有套管 、 钻头均为常规尺寸 , 采购 容易 ,井口工具不用更换 ,施工方便的优点 。但在复杂地质条件 下 ,沿用这种单一的套管 、 钻头系列便显示出其局限性 ,难以适应 复杂地质条件下深井超深井钻井的要求 , 主要存在以下几个方 面的问题 : ( 1) 套管层数少 ,不能满足封隔多套压力体系的要求 ; ( 2 ) 技 术套管层数少 ,不能满足封隔多层复杂地层的要求 ; (3) 目的层套 管(
711. 2 + 444. 5 + 374. 7 + 311. 1 + 215. 9 + 165. 1mm ,该套管与钻头系列的缺点是套管与井眼之间的间
该系列具有以下特点 : ① 用
355. 6mm 套 管 取 代 339. 7mm 套管 。其 优点 是 : 273. 1mm 355. 6mm套管有较大内径 , 容易通过外径较大的 355. 6mm套管的抗挤毁强度在 40MPa 以上 ;
2 常规井身结构系列分析与评价
由于深井 、 超深井复杂的地质条件 , 因此在进行井身结构设 计时要对可能发生的各种井下复杂有充足的考虑和认识 , 针对 具体的情况提出相应的解决方案 , 既要保证快速安全钻井 , 又要 有处理各种复杂情况的方案预留 , 所以在设计时主要考虑以下 三个方面的问题 : ( 1) 套管尺寸的选择 : 目前国际管材业可提供的套管又很多 尺寸 ,A PI 系列规定了 31 种套管尺寸系列 ,其中包括 20 种常用 尺寸系列和 11 种不常用尺寸系列 。在选择套管尺寸时 , 重点考 虑其通径和接箍外径 。套管的通径控制着套管以下井眼尺寸的 设计 ; 接箍外径影响相应井眼尺寸和上一层套管尺寸的设计 。对 需要套管柱层次多的复杂深井 、 超深井讲应尽可能选择较大通 径的管子 ,并选用接箍直径比较小的特殊接箍套管 , 特别是无接 箍套管的使用给了设计人员极大的发挥空间 。较大的通径可以 给以下井眼的设计提供较大的空间 , 采用特殊接箍 , 既可以增加 套管柱层数 ,又可以避免更大的井眼尺寸和套管尺寸 ; ( 2) 钻头尺寸的选择 : 套管柱程序设计受钻头尺寸的限制 ,许 多套管尺寸最初是适应钻头尺寸而选定的 。钻头尺寸对套管柱 设计有两方面的限制 : 一是井眼尺寸应能在套管接箍处提供足 够的间隙 ,以满足正常下套管和注水泥的要求 ; 二是钻下部井眼 的钻头必须能通过套管顺利下入 。随着聚晶和热稳定聚晶金刚 石钻头的发展 ,可设计出任何尺寸的钻头 , 双心钻头和偏心钻头 可以在套管下面钻出更大的井眼 , 因此钻头尺寸的限制已很小 。 通常选用常用钻头尺寸是有利的 , 因为钻头制造商对常用尺寸 钻头提供了多种类型和特征的产品 ,优选的余地较大 。但最好选 用 A PI 推荐的标准钻头尺寸 ,这样便于加工生产 ; ( 3) 套管与井眼间隙配合的优选 : 套管与井眼之间应留有合 适的间隙 。较大的间隙需用较大的套管及钻头尺寸 ,增加钻井成
139. 7mm 。该套井身结构有四层技术套管 , 可封隔四种不同
298. 5mm套管段 。用壁厚小于 11mm 的
最小 通 径 为 272. 4mm , 可 以 通 过
269. 9mm) 套管 , 并可下入 244. 5mm套管段 ; ( 3) 508. 0 + 355. 6 + 273. 1 + 269. 9mm 或
复杂深井超深井非常规井身结构设计
杨顺辉1 ,娄新春2
( 1. 中石化勘探研究院德州石油钻井研究所 ,山东 德州 253005 ; 2. 华北石油管理局工程技术处 ,河北 任丘 062552)
摘 要 : 对国内深井超深井常规井身结构设计分析表明 , 目前经常采用的
508. 0 +
339. 7 +
244. 5 +
127. 0mm 。在 368. 3 + 444. 5mm 或 374. 7mm × 444. 5mm 的偏心钻头扩眼钻进 , 这样就可以下 339. 7 + 339. 7 + 298. 5mm + 244. 5 + 177. 8 +
① 提供了一层 层 ,这样就可以将
609. 6mm 的导管 , 用来封隔地表疏松砂砾 473. 1mm 表层套管尽量下得深一些 。这对
厚较大的套管以提高抗挤强度 ; 另一方面为下部套管和钻头的 下入提供了较大的内径 ,提高了钻井作业的安全系数 ; ④ 井身结构留有余地 , 既可用 钻进 ,也 可 在
(5) 406. 4mm 和 473. 1 + 339. 7mm无接箍套管 ; 609. 6 + 355. 6 + 273. 1 + 193. 7 + 139. 7mm 。该方案的主要特点是 : 104. 8mm 小尺寸钻头加深 301. 6mm 套 管 之 间 增 下 一 层
本 。间隙过小 ,将影响套管的顺利下入和注水泥质量 , 并且在下 套管时容易产生较大的压力激动而造成井漏 。因此 ,确定套管与 井眼的间隙配合时 ,要综合考虑与此相关联的各种因素的影响 。
4 非常规井身结构设计方案 (1) 508. 0 + 406. 4 + 508 + 339. 7 + 244. 5 + 177. 8 + 406. 4mm 127. 0mm 。在 339. 7mm 之间增加 1 层 471. 0mm ,
1 概述
从以上分析可以看出 , 国内现有的深井超深井套管与钻头 系列比较单一 ,当钻遇多套压力层系或复杂地层时 , 只能通过调 整钻井液性能来保证钻井的顺利进行 , 对钻井液的依赖性太强 , 很难满足复杂地层深井超深井钻井的要求 , 需要通过增加新的 套管和钻头系列或通过其它技术来对此进行弥补 。
偏心钻头 。为减小固井作业的风险性 , 建议使用偏心钻头钻进
193. 7 + 139. 7mm 。
压力体系的地层 ,且完钻井眼较大 ,全井可采用 127. 0mm 钻杆钻 进 。当考虑地质加深要求或遇到不利的井眼条件要求多下一层 套管时 ,可以采 用 这 种 井 身 结 构 。该 井 所 采 用 的 钻 头 系 列 为

508. 0mm 套管 、 339. 7mm 套管和 406. 4mm 和
要采 用 无 接 箍 套 管 。采 用
别增加
311. 2mm × 35516mm 偏 心 钻 头 扩 眼 钻 进 298. 5mm 套管 , 其 269. 9 × 311. 2mm 244. 5mm ( 接 箍 外 径
增加到 5 级 ,可以封隔 5 个不同的压力层系 , 该设计方案已经在 南中国海莺 - 琼盆地东方 1 - 1 构造的钻井中应用 ,并获得成功 ; ( 7) 609. 6 + 406. 4 + 339. 7 + 244. 5 + 193. 7 +
套管 。 508mm 套管的最小通径为 管的 接 箍 外 径 为
431. 8mm 。在 469. 9mm钻头钻进 ,
406. 4mm 套

301. 6mmA PI 套 管 取 代
508mm 套 管 内 可 下 入 508 +
406. 4mm 套管接箍与井眼的间隙大于 406. 4mm 套管是完全可行的 。 374. 7mm
177. 8mm 和 127. 0mm) 与井眼的间隙小 , 易发生套管阻
卡 ,固井质量难以保证 ; ( 4) 下部井眼尺寸小 , 不能满足采油和地 质方面加深的要求 ,也不利于快速 、 优质 、 安全钻井 。
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2006 西 部 探 矿 工 程 增刊
19. 1mm ,不会影响下套管和注水泥作业 。由此可见 ,在 339. 7mm套管之间增加一层 406. 4mm 套管的最小通径为 376. 5mm , 允许通过
钻头 。 339. 7mm 常规接箍套管的最大外径为 365. 1mm ,与井 眼间隙为 9. 5mm ,可能会影响下套管和注水泥作业 。为减小固 井作业的风险度 ,可采用 FL - 4S 型的无接箍套管 , 套管与井眼 间隙可以扩大到 17. 5mm 。也可以采用 入常规接箍套管 ; (2) 508. 0 +
177. 8 +
127. 0mm井身结构 ,难以满足深井超深井对不同压力体系或复杂层系封隔的需要 ,而随着非常规套管 、 无接箍套管及
管下扩孔技术的发展 ,非常规井身结构已经得到了越来越广泛的应用 ,对这几项工艺技术的应用做了比较详细的分析 , 提出了 8 种非常规井身结构设计方案 ,并对其优缺点和适用范围进行了分析评价 ; 通过以上论述 ,以期为复杂地质条件 下深井超深井的井身结构设计提供新的思路 。 关键词 : 深井 ; 超深井 ; 井身结构设计 ; 膨胀管 ; 套管程序 ; 扩眼
3 复杂深井超深井井身结构设计思路
随着石油勘探开发的进一步实施 , 深井 、 超深井的施工逐渐 增多 ,钻井的难度也越来越大 。特别是钻达目的层前要钻穿多套 压力及岩性不同的地层时 ,经常遇到井漏 、 井喷 、 缩径等情况的发 生 ,此时往往需要下入套管封固 ,增加套管层次 ,由于目前的套管 程序设计单一 ,增加套管层次会导致下部井眼过小 , 给后期施工 带来困难 ,有可能钻不到目的层造成井眼报废 ,即使钻至目的层 , 但井眼大小 ,满足不了开采及后续修井 、 增产等重大作业的要求 。 这些问题已经成为困扰深井钻井施工的难题之一 , 制约着深井 钻井技术水平的提高 。 因此在复杂地质环境下 , 常规的深井超深井井身结构设计 方法已经不能满足勘探开发的需要 , 随着技术的发展 , 一些非常 规的井身设计方法逐渐得到了应用 , 应用这些技术能有效封隔 多个复杂层段 ,同时尽量减少井眼锥度 , 为后期作业提供更大的 井眼空间 ,达到更深的钻探目的 。主要从非常规套管程序设计及 与之相关的配套工艺等方面进行讨论 , 以期为复杂条件下深井 、 超深井的井身结构设计提供一个新思路 。
298. 5mm套管 ( 无接箍 ) 。壁厚为 13. 31mm 的
管通 径 为 311. 4mm ,
323. 9mm ,无法通过 241. 3mm ×
298. 5mm 普 通 套 管 的 接 箍 外 径 为 339. 7mm 套管 。因此 , 311. 2mm ×
127. 0mm 。该方案结合了方案一和方案二的特点 , 244. 5mm 套管之间分 298. 5mm 套管 , 这样中间套管的层数就
① 增加了一层套管柱 ,可提供 4 层中间套管 , 这对于地下地 质条件不很清楚的复杂深井 、 超深井钻井显然是有利的 ; ② 406. 4mm 套管内径较大 , 可以通过 使 井作 业 的 风 险 。 ③ 用
374. 7mm 钻头 , 301. 6mm 套管柱与井眼之间有较大的间隙 , 大大降低了固 301. 6mm 套 管 可 以 采 用 普 通 接 箍 。在 406. 4mm 套管固井也没有问题 ; 298. 5mm 套 管 和 用 244. 5mm 套管 , 一方面允许使用壁 469. 9mm井眼内下入 250. 8mmA PI 套管取代
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