塔里木非常规井身结构及套管程序设计(方案与可行性分析)()

1、塔里木油田非常规井身结构及套管程序0。六年十月1. 塔里木现行井身结构及其缺陷1.1. 塔里木现行井身结构塔里木油田目前主要采用的井眼套管程序为：20" x 13 3/8" X9 5/8" X7" X5"这套井身结构在塔里木油田应用17年，能够满足台盆区的钻井生产需要。这套结构具有套管规格标准、供货渠道通畅、工具及井口配备成熟、使用方便等优点。1.2. 塔里木现行井身结构存在的缺陷总体来说，塔里木现行井身结构存在以下一些缺陷：(1) 不利于应对复杂地层深井、超深井地质变化引发的复杂钻井工程问题；(1)8 1/2”(井眼)X7”(套管)、6” (

2、5 7/8”)(井眼)X5”(套管)环空间隙窄，固井质量差；(1) 套管强度偏低。1.2.1. 两层、三层井身结构存在的缺陷目前哈得地区普遍采用两层井身结构，这里以任选的哈得19井为例，图 1.1 给出了该井的井身结构设计图。三层井身结构主要在塔中地区采用，这里以任选的塔中82井为例，图 1.2 给出了该井的井身结构设计图。系组界度W) 一底深。泥浆 密度 (g/cm3)井身结构下套管依据第四 系Q J501.05X封固上部松散地层 加固井口.上第1.101200系N2430112-l/4"*1200mr iqnn.封固目的层。 (备用)1.10 J.JUUID(innm下第 三系E

3、2685白垩 系K3487侏罗 系J3911三叠 系T44011U U V HI7*5298m二叠 系P4563石炭系标准灰 岩顶51212号砂 层顶5166砾底 角岩5218L2553005233上函 心型5300 8-1/2"+5300m系组底界 深度 (m)泥浆 密度 (g/cm3)井身结构下套管依据L10封固上部松散地层 加固井口.L151200J -5/8*1200 n)系R1890L15I 12 l/4"#12Q0m r 13oom7”尾管下至黑陶系 桑格木组底，封固 上部地层为打开F一 目的层作好准备.白垩 系K2370(I三叠 系T2960(1二普 系P35

4、70:J石发 系C4130<L.志留 系S44551.25(11 陶桑格木53505352k (15000 皿片 * 5350 m系 05550L051.205550卜?*8-1/2*+5352 m(5000-5548)m封固目的层。(备用)6tt*5550 B图1.2塔中82井井身结构设计图上面给出的这种两层和三层的井身结构存在的一个突出问题是：8 1/2"裸眼井段长，一般4000米左右，最长达5200米，经常发生电测、阻卡、下 套管井漏、开泵不通、开泵不返、固井质量差等问题，2004年到现在此类事故复杂25起，损失时间166天，具体统计情况见表1.1。表1.1 2004年到

5、现在塔里木探井小8 1/2"井眼钻井复杂问题统计序 号井号完钻井深(m)裸眼段长度(m)复杂(事故)类型损失 时间 (h)备注1轮南635548.604749.60卡钻2次462轮古395682.004460.00卡钻、钻具落井1665. 53轮古8025208.504007.50钻具落井打捞45.34轮南6215643.504147.50卡钻355塔中715015.393811.39下7"套管遇阻，开泉/、通6塔中1224634.003429.00电测卡电缆417塔中6214854.003652.80下7"套管井漏失返8轮古3815516.434015.43电测

6、卡电缆749哈德1175200.003997.65电测卡工具-顿钻-侧钻95410塔中70C4754.00原井开窗钻具断打捞14811轮古376310.004311.78两次钻具落井打捞10912轮南6215643.504147.75传输电测仪器信号中断 卡钻701113轮古3763104311.78测井仪器帽落井 电缆磨损312914轮南63157784575.8电测仪器卡，穿心打捞4215轮古39158914686.13连续两次穿心打捞 固井施工井口/、返浆7天13 小时16轮南30154964294.78卡钻致使侧钻卜套管中途井口小返浆 固井井口不返浆24天钻到井深5250.34 米钻，

7、 在2835.10 米处侧钻17轮古7井5143.603946.1套管卜到底开泵，井口返浆量由 大变小，逐渐不返，一级固井不 返浆，二级固井返浆18塔中7746803880卜-套管中途井口返浆，固井施工 井口/、返浆19塔中744635.503837.31卜-套管与固井过程间断漏失20塔中7249184119.72套管下到位，不能建立循环，一、 二级固井井口不返浆21塔中6234719.203916.7套管下到位，不能建立循环，一、 二级固井井口不返浆22塔中26143503150.96两次卡电测仪器，穿心打捞43, 6223哈得11852004004.87两次卡电测仪器，穿心打捞 卡钻回填侧

8、钻64, 42钻至 4559米，短起钻至 4404.36米卡钻，在1845.52 米处侧钻24哈得185545.274342.78套管下到底，无法建立循环，一、 一级固井井口小反浆25哈得18C55384335.51电测仪器部件落井套管卜到位，无法建立循环，一 级固井井口不返浆，二级固井井 口返未打捞1.2.2. 四层井身结构存在的缺陷13 3/8" X 9 5/8" X 7" X 5"目前采用的4层套管程序为:英买力地区的井普遍采用这种井身结构。这里以任选的英买36井为例,图1.3给出了该井的井身结构设计图。系组界度Q 底深(In源桨 密度(g/cm3

9、)井身结构下套管依据第四 系1351.10封固上部松散地层 加固井口。库1.15J车1500)八?13-3/mSOOn)上组L15J17-1/2 J(l&*>1500m9T/8"套管下入原 则,封固下第三系 的盐膏层，钻穿盐膏 层下套管.为降低 密度钻目的层创造 条件。第N2K2925-1 r (Jum系N*LH1-2K3875,3600in吉迪 克第Nlj47801.80J4200m下第 二瑾5057LX9-5/89-7/8*)+5055m508512-1/4*+ 5057 m7”尾管下至白垩系白 垩 系巴什基 奇克里 Klb5405L115卡昔沙良群底，封固 上部地

10、层,为万升F 一目的层作好准备。1. 2555271K XKIl E卡普沙良 组K】kp55251 7(4800-5525)m寒武中统1.08(18-1/2*5527 id封固目的层。(备用)系E下统61001. 12610015"*(5350-6038)n6 *6100 m图1.3英买36井井身结构设计图这种井身结构存在的问题是：9 7/8"套管封盐层，强度不够，若采用103/4”套管环空间隙小，下套管风险大。1.2.3.五层井身结构存在的缺陷目前采用的5层套管程序为：20" X 13 3/8" X 9 5/8 "X 7" X 5&

11、quot;这种井身结构普遍用于山前预探井和评价井，如却勒6 井、博孜1 井，这里给出却勒6 井的井身结构设计图，见图1.4。系 上 第 三 系 N 界 新 生 界KZI螂泥浆 组融密.度(m)井身结构下套管依据下第三系E白垩系K 侏系中生界库军组Nk238CI131. 151.201800L251.504700康村组N1-2K386G吉迪克组N1J48901.702, 25555。1. 401.505920 I盐顶5090底砂岩底563050005920y4500 m3 1/2 卡X 5550 m夕I/X1 口皿16tfX1800m3700 ni26X1 OOni1000 m95/8伙即0计9

12、础这 Q900-2400n+95/8*>< 区00-415珈+9加夕 4150'465Q) m +95/呐465口-胃口。)11112 l/4*X47D0m7伙(4500-5548) m5 #X( 5350-5918)用(备用)封固也表松散层封固库车组、康衬蛆顶 部低压地层口1封固吉迪克蛆牡部低 压地层,套管下至相当于 却勒1井欠压实地层顶 (4760-4790 )米0 2垂深180 口-442。米为增 斜井段垂深4420米井斜 角达14水平位移旺300 米方位:正北,北偏菜或 北偏西:垂深442 0-47 0眯 为降斜段,垂深47 口0米时 井斜角降至2 5M水平位移 大

13、于3 0口米方位:正北，北 偏东或北偏西.封固下第三系湾、 盐层 42 "4”占头钻开盐层 底以下地层不得大于 10米，不能褐开E底砂 L1J 石封固目的层.5 7/85920 m图1.4却勒6井井身结构设计图这种井身结构存在的问题是：（ 1） 、由于地层岩性、层位、深度及压力预测不准，难以封隔多套复杂地层，造成在同一裸眼段应对多种复杂情况，钻井事故复杂时效高，甚至不能钻达地质目的层；（ 2） 、 5 7/8"井眼钻井窄压力窗口，油气水层环空压耗大，井底压力平衡极难控制，溢漏严重；（ 3） 、环空间隙小，固井质量差。1.2.4. 六层井身结构存在的缺陷目前采用的6 层套管程

14、序为：20" x 13 3/8" X9 5/8" x 8 1/8" x6 1/4" x4 1/2”这里给出六层套管设计的羊塔克502井的套管程序设计图，见图1.5。这种井身结构存在的问题是（ 1） 、 9 5/8"套管内下8 1/8 "套管环空间隙太小，致使下套管速度慢，同时井底作用的回压大，极易压漏地层；（ 2） 、 8 1/2"井眼需长段扩眼至9 1/2 "，才能下8 1/8"套管，扩眼难度大，时间长；（ 3） 、环空间隙小，无法加工悬挂器，并且回接筒壁薄易变形。界系组深度新生界第四系150

15、上第三系库车组3245康村组4145吉迪克组45E5下第三系盐顶）5185（盐底）5285C底砂岩底）5375中生界白垩系9635士生界二叠系泵SG861.051.2 口L20LEO.7ri2.33】.20L5Urw井身结构下套管依据2D'X20Cm26'X200m800m1000H13 3/e'xieochi17 1/2X1602hig 5/e'X3000m封画地表松散地层。封固库车蛆上音联散、低压地层，为钻穿下部复杂地层创造条件。3600121M'X4E52hi4900jh51 DDn81用X52厮C81/2"+91/2,M297mei/4

16、'X534hi(S5/3"+71/2")X5342m4V?X5100-56e3m：4450m9 7用父 4E5 口 rr(5 +51/221X56S5m封固盐层以上地屋，提高地层 承压能力，保证高密度泥浆安 全钻穿盐层中封固盐层，保证维埃安全钻进 下部井殷。封固宫泥岩，以便降低密度钻下部目的层“封固目的层Q图1.5羊塔克502井井身结构设计图2. 塔里木新型井身结构及套管程序设计主要针对解决塔里木现有井身结构存在的缺陷，结合塔里木油田地质情况特点，提出了新的井身结构系列。2.1. 两层套管新的两层套管结构为：井眼：12 1/4" X 8 1/2”套管：9

17、5/8" X5 1/2"详细设计数据见表2.1。2.2. 三层套管新的三层套管结构为：井眼：13 1/8" X 9 1/2" X 6 1/2"套管：10 3/4" X 7 5/8"X 5"详细设计数据见表2.2。2.3. 四层套管新的四层套管结构为：井眼：17 1/2" X 13 1/8" X 9 1/2" X 6 1/2"套管：14 3/8" X 10 3/4" X 7 5/8" X 5"详细设计数据见表2.3。2.4. 五层套管新的

18、五层套管结构为：井眼：26" X 17 1/2" X 13 1/8" X 9 1/2" X 6 1/2"套管：20"X14 3/8" X 10 3/4”11 1/8") X 7 3/4" 乂 5"详细设计数据见表2.4。2.5. 山前深井、超深井探井井身结构新的山前深井、超深井探井套管结构为：井眼：26" X 17 1/2" X 13 1/8" X 9 1/2" 乂 6 5/8"-7 1/2" 乂 5"-5 1/2"

19、4 1/2"套管：20"X14 3/8" X 10 3/4"(11 1/8") X 8 " X 6 1/4”详细设计数据见表2.5。表2.1两层井身结构及套管程序方案套管 层次井眼(mm本层预计 最大深度 (m)套管规格(mm钢级ksi接箍 外径 (mrm内径(mm通径(mm套管井 眼间隙(mm套管强度接头套管 线重(kg/m )备注抗挤(MPa)内压(MPa)屈服(KNJ)扣型连接 强度 (KNJ)A层311.15(12 1/4”)1200244.48X 11.99(9 5/8 ”)110269.88220.50216.5433.3

20、436.563.26643API偏梯667469.94第二层215.9(8 1/2”)5900139.7X 9.17 (5 1/2”)110153.67121.36118.1938.176.585.2*2852API偏梯296829.76*对于表中所给5 1/2”套管，不考虑钻井液浮力时，按照下深 5900米计算，套管的抗拉安全系数为1.66。表2.2三层井身结构及套管程序方案套管 层次井眼(mm本层预计 最大深度(m套管规格(mrm钢级ksi接箍 外径 (mrm内径(mm通径(mrm套管井 眼间隙(mm套管强度接头套管 线重(kg/m )备注抗挤(MPa)内压(MPa)屈服(KNJ)扣型连接

21、 强度 (KNA层333.38(13 1/8”)1200273.05X 13.84 (10 3/4”)110298.45245.36241.4030.1740.551.48551API偏梯850790.33第二层241.3(9 1/2”)5900193.68X 10.92(7 5/8”)110215.90171.83168.6623.8154.2674.884756API偏梯486349.22第三层165.1(6 ? ”)6500127.0X 9.19 (5”)110141.3108.61105.4419.0593.096.02581API长圆220226.79尾管*对于表中所给7 5/8”套

22、管，不考虑钻井液浮力时，按照下深5900米计算，套管的抗拉安全系数为1.67。表2.4五层井身结构及套管程序方案套管 层次井眼(mm本层预计 最大深度 (成套管规格(mm钢级ksi接箍 外径 (mm内径(mrm通径(mm套管井 眼间隙(mrm套管强度接头套管线重(kg/m )备注抗挤(MPa)内压(MPa)屈服(KN扣型连接 强度 (KNJ)A层444.5(17 1/2")800365.13X 13.88 (14 3/8")110390.50337.38333.4339.6919.1850.4311610API偏梯11610119.47第二层333.38(13 1/8&qu

23、ot;)4900273.05X 13.84 (10 3/4")110298.45245.36241.4030.1740.551.48551API偏梯850790.33第三层241.3(9 1/2")6600193.68X 10.92 (7 5/8")110215.90171.83168.6623.8154.2674.884756API偏梯486349.22尾管第四层165.1(6 ?")6900127.0X 9.19 (5")110141.3108.61105.4419.0593.096.02581API长圆220226.79尾管*对于表中所给

24、10 3/4"套管，不考虑钻井液浮力时，按照下深5000米计算，套管的抗拉安全系数为1.88。*表中浅绿色底纹对应的套管为非标套管，其强度均按照API公式计算。套管 层次井眼(mm本层预计 最大深度 (m)套管规格(mrm钢级 ksi接箍 外径 (mrm内径(mrm通径(mm套管井 眼间隙(mrm套管强度接头套管 线重(kg/m )备注抗挤(MPa)内压 (MPa)屈服(KNJ)扣型连接 强度 (KN)A层660.4 (26")300508X 12.7 (20")55533.4482.60477.8276.25.315.977095API偏梯7488158.49第

25、二层444.5(17 1/2")3500365.13X 13.88 (14 3/8")110390.50337.38333.4339.6919.1850.4311610API偏梯11610119.47第 三 层不盐，封333.38(13 1/8")5500_ _ _ _ *273.05X 13.84(10 3/4”)140298.45245.36241.4030.1744.0690.3211443API偏梯1138490.33封盐282.58X 18.64(11 1/8")(下段 800m) + *273.05X 13.84140301.70特殊间隙24

26、5.30241.3325.490.35111.4114917API偏梯7300.5120.56第四层 （盐）241.3(9 1/2")6300196.85X 13.89(7 3/4”)140219.85169.07165.122.23*105119.207706.5API偏梯750062.27尾管第五层165.1(6 1/2”)7000127.0X 9.19 (5")110141.3108.61105.4419.0593.096.02581API长圆220226.79尾管*对于表中所给10 3/4"套管，不考虑钻井液浮力时，按照下深 5500米计算，套管的抗拉安全

27、系数为2.35。如何按照10 3/4"套管与11 1/8"（下段800米）复合管柱计算，则 10 3/4"套管的抗拉安全系数为 2.23。* 这里之所以采用复合套管柱，是因为 11 1/8"套管的重量太大，单纯采用此套管时套管柱重量太大。*此值为API公式计算值，若按照高抗挤套管考虑，其挤毁强度可高于此值。表2.5山前深井、超深井探井井身结构及套管程序方案套管 层次井眼(mm本层预计 最大深度 (m套管规格(mrm钢级ksi接箍 外径 (mrm内径(mm通径(mrm套管井 眼间隙(mrm套管强度接头套管线重(kg/m )备注抗挤(MPa)内压(MPa)屈

28、服(KNJ)扣型连接 强度 (KNJ)A层660.4(26")300508X 12.7(20")55533.4482.60477.8276.25.315.977095API偏梯7488158.49第二层444.5(17 1/2")3500365.13X 13.88 (14 3/8")110390.50337.38333.4339.6919.1850.4311610API偏梯11610119.471第三 层、不1封333.38(13 1/8")5000273.05X 13.84(10 3/4")140298.45245.36241.40

29、30.1744.0690.3211443API偏梯1138490.33封盐282.58X 18.64(11 1/8")(下段 800m) +273.05X 13.84140301.70特殊间隙245.30241.3325.490.35111.4114917API偏梯7300.5120.56第四层 (盐)241.3(9 1/2")6300203.2X 15.45(8")140208(徽粗)172.3168.3319.05122.42128.448796.3特殊6157.471.08尾管第五层168.3+190.5(6 5/8 " +71/2 ")

30、6500158.75X 13 (6 1/4")140无接箍132.7129.5315.851381415746.7直连2873.3646.41尾管127+139.7(5" +5 1/2 ")7000114.3X 10.92 (4 1/2 ")110无接箍92.4689.2912.71311272696.8直连1343.5127.66尾管用八层3.新型井身结构及套管程序方案与现行结构的对比图3.1 4层新型井身结构与现行结构的对比图3.1到图3.3给出了新型井身结构与现行结构的对比底界 深度 (m)泥浆 密度(g/cm3)T°11.1512001.151890237029035T0413044551.25535053521