苏里格常见水平井托压解析

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摘 要：针对苏里格气田水平井定向托压现象，分析造成定向托压现象原因，及提供相应现象现场实例，并针对造成托压现象因素，进行分析，提出解决及预防方案。为今后在苏里格地区施工提供定向托压解决参考思路。

关键词：苏里格气田；水平井；定向托压。

一、前言

近年来在苏里格地区水平井施工时常遇到定向托压现象，影响钻井速度，甚至会带来井下复杂情况发生，如何有效的预防及解决定向托压问题，成为现场人员面临问题之一。造成定向托压现象原因众多，针对不同定向托压表现现象，现场人员分析造成定向托压原因，采用多种方法，以解决和预防定向托压问题。

二、原因分析

造成水平井施工定向托压原因众多，分析造成托压原因，成为解决托压现象必要工作，苏里格地区定向施工所遇到定向托压原因，一般可分为以下几类：

1.井眼轨迹原因

定向轨迹不规则，造成井眼井壁多处出现台阶，钻具本体、钻具接头或扶正器支撑在井壁台阶上，增加摩阻或将钻具卡在台阶中，加压无进尺，进而导致托压现像产生。

59-34H2井水平段施工时，因找气层，需频繁调整轨迹，这样连续定向，刚将井斜增大，又要求向下降斜，这样井眼轨迹形成多个S型，此情况下井壁极易卡住钻具，导致定向托压。当时最后一次向下定向时，出现定向托压特别严重现象。

2.地层交结变化原因

地层交结变化，尤其地层新被钻开，井壁尚未光滑，定向时BHA中接头或扶正器卡在地层交结处，造成托压（如图1）。此现象在苏47井区出现尤为突出。

苏47-10-58H井在斜井段施工井斜43°时，曾多次遇到此类情况，且遇托压之前定向时，未出现托压现象，其中一次定向前复合2个单根，但在定向中，仍然严重托压，加压无进尺，泵压无明显变化，定向前后复合钻进时，钻时均快，故排除钻头、螺杆问题。后根据随钻伽马分析，发生托压井段，伽马数值变化大，多为泥砂交错段。

3.井底岩屑床原因

井底砂子未携带干净，造成井下砂子托住扶正器，造成托压现象，这种托压在水平井也是最常遇到情况。

苏47-12-61H井水平段施工到1050m处，由于使用3 1/2”钻杆，排量10L/S，泵压32Mpa，完全不能满足携砂要求，这样到水平段施工后期时，定向托压严重，定向基本无进尺。

4.钻具组合原因

倒装钻具计算出现问题，导致倒装钻具组合没起到应有的作用，反而增大摩阻，出现托压现象。

59-34H2井水平段定向，其中一趟钻，定向时常出现托压现象，后来经过计算，发现倒装钻具时，技术员下钻中将钻具倒装错误，加重钻杆位于井斜35-60°之间，导致定向托压。

5.钻具发生屈曲原因

在定向中，现场人员未计算所能加的最大钻压，导致钻具发生多次屈曲，增大摩阻，导致托压发生。

桃2-6-1H井水平段800m定向施工时，当时滑动摩阻8T，定向时去掉摩阻钻压6-8T，钻时45 min/m，因钻时较慢，钻压在之前基础上加4-6T，但发现效果不明显，反而出现托压定不动情况，最后计算认为钻具在定向中，发生屈曲。

二、定向托压现场解决方法

造成定向托压原因各不相同，针对不同托压情况，采取的不同措施才能更加有效的解决定向托压现象，故在施工中首先要理清托压原因，进而采用相应措施。定向发生托压现象时，定向工程师最好在司控房进行实时监控，定向托压一旦处理不好，极易出现井下复杂情况。

1.针对井眼轨迹原因造成的托压解决方法

由于苏里格地区目的气层一般为河相沉积，目的层垂深变化较大，在入窗中常常因入窗需要，要强增入窗，这样就会出现因曲率较大，钻具在自身刚性作用下，支撑在井壁上，造成托压。

解决这类情况，一般在连续定向时，每个单根钻完后，缓慢划眼2-3遍，最后需余2-3m，不划眼，原因在于前面划眼将井壁尽可能修复平滑，且此段井眼划大后，下面更利于增加定向造斜率；而最后所剩井段不划眼，就是尽可能不破坏定向趋势。

水平段施工时，由于找气层需要，有时会出现刚上调井斜，又要下降井斜情况发生。由于苏里格气层结构特性，这种情况在苏里格水平井中出现较多，针对这类情况，在定向中首先要求送钻必须点送，一旦出现托压立即活动钻具，以防粘卡。

向上增斜时，出现托压严重，将前段井段反复缓慢划眼，必要时短起下，打完一个单根缓慢划眼2遍，余2-3m不划。如向下降斜，托压无进尺，可以复合0.2-0.3m再继续定向，严重时可定向段结合小段复合；一个单根打完，缓慢划眼2-3遍，划眼可以划至井底。

2.针对地层交结变化造成托压解决方法

第一步：现场最主要的是首先要判断清楚，造成托压现象，为地层原因。而这类判断一需根据之前钻时，二需结合之前施工钻进作业。如果之前未出现频繁定向，整体摩阻不大，且钻时时快时慢，井下钻具工作正常。这时定向出现托压现象，就要考虑为地层交结变化原因。

第二步：判断清楚后，需上下多划几遍眼，直至再次定向未出现托压现象，条件允许可再复合1-2m定向，一般就能解决这问题。但需注意的是，此现象产生，泥浆方面或有一定问题出现，最好跟现场泥浆工程师沟通，以防井下复杂。

3.针对井底岩屑床造成托压解决方法

岩屑床原因造成托压，在水平井施工时，往往很难避免，岩屑床产生主要原因为井底砂子带不出沉积井底，故在施工中，定向前复合时，尽可能增大排量，适当控制钻时；定向中托压严重，应开转盘上下活动几次，再压至井底，小钻压钻进0.2-0.3m，再定向。如果此类托压严重，必要时短起下可在一定程度上缓解托压问题。

4.针对钻具组合原因造成托压解决方法

因钻具组合失误造成托压，往往为上部加重钻杆托在井壁，要上下多活动几次，或复合钻进1-2m，再定向。托压严重时，必要时起钻纠正钻具错误，再下钻钻进。

5.针对钻具发生屈曲造成托压解决方法

钻具发生屈曲，前因往往为定向摩阻较大，定向中加在钻具上钻压大，导致钻具发生屈曲。另外如在定向时，对钻具钻压计算不对，也会造成过大的钻压加在钻具上。

避免钻具发生屈曲而导致托压，要首先计算钻具发生屈曲临界钻压，在发生屈曲时，立即上下活动钻具，加压时将钻压降到临界钻压之下定向。而根据近年苏里格水平井施工经验，在钻具发生正弦屈曲后，5”钻杆上可再多加3-5吨钻压，4”钻杆可再多加2-3吨钻压，定向中发生托压现象较少。

无论在处理何种定向托压情况，需注意的是，无论是使用PDC还是牙轮钻头，泵压不能超过循环泵压2个MPa如果用牙轮钻头泵压上升1Mpa，就证明钻压加到了钻头上；而PDC钻头在滑动钻进时泵压可以上升或上升较小,泵压上升超过2MPa一定要及时提起钻具以免损坏螺杆钻具。

三、现场预防定向托压方法

1.预防定向托压工艺方法

(1)斜井段尽可能避免大范围强增斜段，水平段尽可能避免强增强降井段，要跟甲方沟通好，将强增强降弊端给甲方解释清楚，在条件允许情况下，将增降斜段井段适当延长。

(2)结合区块及临井资料，在地层交结多变化段，首先跟现场泥浆工程师沟通交流好，在施工中做到勤划眼，确保新钻完井眼井壁光滑。

(3)钻进中，尽可能将排量开大，确保返砂。根据钻时快慢，决定划眼快慢及划眼次数；如条件允许，适当安排短起下。

(4)要增强责任心，每次下钻前，计算好倒装钻具中加重钻杆本趟钻所处位置，及本趟钻完成后加重钻杆位置，确保加重钻杆始终在井斜20°之上。在下钻中，跟技术员沟通好，避免下钻钻具放错位置。

(5)现场定向工程师在施工中，如有条件，可用软件计算钻具发生屈曲临界钻压，如未有软件，可利用公式计算钻具发生屈曲临界钻压，避免将钻压过大。

2.预防托压基本计算方法

在现场施工时，往往没有施工软件可计算钻具发生屈曲临界钻压值，这样就要求现场工程师自己应用计算公式计算，下面为现场常用计算方法：

(1)正弦屈曲临界钻压计算公式：

式中：

E 是杨氏模量

I 是轴向瞬时矢量

W 是钻具在泥浆中单位长度浮力重量

Q 是钻具所处井眼井斜

r是钻具接头与井眼井壁之间距离

如果钻具加压到达FCR，则会发生正弦屈曲。

(2)利用此公式，在苏里格常用气井水平井中，可计算钻具发生正弦屈曲临界钻压，以目前苏里格气井水平井水平段常用6”井眼为例，计算如下：

目前水平段常用4”钻杆，钢级S-135，钻杆壁厚9.6mm，钻杆标准重量23.36kg/m（15.7lb/ft），可在API RP-7查询，钻杆接头外径127mm（5”），在6”井眼，井斜90°时,泥浆密度1.2g/cm3（10PPG（1bm/gal））。

1) S钢级杨氏模量为206842Mpa（3×107psi）

2) ,现场4”钻杆内径为

82.3mm（3.24”）

故 =7.16”

3)因此4”钻杆在空气中最大重量为26.82 kg/m（18.02lb/ft），可在API RP-7查询。

空气中4”钻杆重量=18.02lb/ft=1.5lb/in

在泥浆密度1.2g/cm3（10PPG）中，浮力系=1-

=0.847

W=1.5×0.847=1.27lb/in

4)SIN90°=1

5)r=1/2(6″-5″)= 1″

==33077lb=15T.

这样在井斜90°时，钻压超过15吨时，4″钻杆会发生第一次正弦屈曲。

(3)而在苏里格地区一般气井水平井8 1/2″井眼，亦可以利用下图进行查询：

根据国外多年研究（尤其Dawson和Paslay研究下），提出钻具在小井眼、高井斜（井斜超过45°）中，钻进中可以允许钻具发生一定程度的弯曲，这是由于在井眼中，井眼井壁在低边上给钻具以支撑且并一定程度上限制钻具发生弯曲。钻具发生第一次屈曲时，如果井壁未形成明显沟槽，可在发生屈曲的基础上，增加一定钻压。且不会造成托压。此外，根据得出，当井下钻具出现螺旋屈曲的情况，往往是钻压超过发生正弦屈曲1.41倍。

这就是为什么近年苏里格水平井施工经验，在计算钻具发生正弦屈曲后，5”钻杆上可再多加3-5吨钻压，4”钻杆可再多加2-3吨钻压，还未发生托压的主要原因。

四、综述

解决苏里格水平井定向托压问题，首先预防为主，尽可能在定向托压出现前，将导致定向托压出现因素遏止住。避免人为原因造成定向托压出现。在处理定向托压时，要充分重视，保证施工要求及井下安全。

参 考 文 献：

{1}Gilles GABDOLDE，Jean-paul NGUYEN著,王子源等译.driling data handbook，地质出版社出版发行，1995.10.

{2}Norton J.Lapeyrouse著.Formulas and Calculations for Drilling Production and workover,Gulf Professional Publishing，2002.7.

{3}W.M.“Sonny”Rogers等著.IADC Drilling Manual，Technical Toolboxes,Inc，2000.7.

{4}Rober F.Mitchell著.Tubing Buckling Analysis With Expansion Joints.SPE/IADC 105067