管柱力学分析软件在长水平段水平井通洗井中的应用

李楠 

（大庆油田有限责任公司试油试采分公司 黑龙江省大庆市163412）

摘  要：随着油田对非常规油气田的快速开发，水平井数量不断增加，其中长水平段水平井能够提高油气井的开采量，但长水平段，高水垂比的井身结构导致通洗井管柱在下入过程受力复杂、摩阻力大，常常发生自锁现象，影响了通洗井管柱的下入能力。本文应用管柱力学分析软件，辅助解决水平井管柱自锁无法下放的问题。

关键词：水平井 摩擦系数  自锁

随着油田对非常规油气田的快速开发，水平井数量不断增加,其中长水平段水平井在储层中穿行距离远,与储层接触面积较大,控油面积广,能够显著提升油气井开发效益，水平段长度不断增加。在水平井试油施工中，第一步就是要先通洗井。采用底部带通井规的通洗井管柱，能够清除套管内壁上的杂质，如毛刺、固井残留的水泥等；检查套管通径及变形情况，判断井筒后续是否能够顺利通畅的下入射孔枪以及桥塞等工具；实探人工井底是否符合试油要求；替换井内的压井液，使之满足射孔要求。管柱在下入过程中，井筒充满液体，油管受到重力、浮力、与井壁的侧向压力和摩擦力以及液体的粘滞阻力等作用，同时伴有温度升高，产生弯曲和轴向变形。屈曲后，杆柱内的应力急剧增加，与井壁的摩擦阻力增加，会发生自锁现象。在长水平段水平井通洗井过程中，多口井出现了管柱未下到人工井底，就出现了无法下放管柱的自锁情况。在通洗井施工中需要采取有效措施，避免管柱下入过程中产生自锁，顺利地完成作业。

1、判断管柱通过能力

根据实验观察，随着轴向压力的不断增大，井下管柱将由初始时的直立状态先发生平面正弦弯曲；再发生空间螺旋弯曲；最后发生自锁，即当轴向压力达到某一数值后，螺旋弯曲的管柱将“锁死”在井壁上而不再沿轴向移动。通过建立几何方程，编制了管柱力学分析软件，辅助计算判别油管自锁的问题。当井筒轨道、作业管柱组合、井壁套管组合、作业管柱与井壁套管之间的滑动摩擦系数、井筒液性能已知时，就可以计算管柱最大下入深度。在这些参数中，井筒轨道、井壁套管组合和井筒液性能比较确定，而作业管柱与井壁套管之间的滑动摩擦系数及作业管柱载荷是可变参数。根据现场大钩实测负荷，可以用计算机反求摩擦系数。摩擦系数越大，管柱下入能力越差；直井段管柱载荷越大，下入能力越强。因此，通过减小摩擦系数或改变作业管柱的组合方式增加管柱载荷，就可以改善管柱的下入能力。

2、应用实例

2.1A井，设计人工井底4895.00m，井底位移2784.27m，下通洗井管柱，工具串从下至上依次为φ112mm*2000mm的通井规+φ73mmEUE油管短接1根+φ73mmEUE油管507根，遇阻深度4875.30m，管柱可上提不可下放，管柱自锁。上提至4335.55m后管柱解除自锁状态，下放管柱，管柱悬重60kN。起出全部通洗井管柱。

A井井眼轨迹图

下油管输送式射孔管柱，采用φ73mmEUE油管输送射孔枪，下至4791.26m时遇阻。经管柱力学分析软件分析，通洗井管柱4335.55m时，管柱悬重60kN，反求得摩擦系数为0.325。此管柱组合形式无法通过4800m下至射孔井段。

在不改变管柱组合形式的情况下，降低摩擦系数，或改变管柱组合形式增加管柱载荷，可以改善管柱下入能力。 其中，摩擦系数与井壁的材质和表面状况、作业管柱的材质和表面状况、井内液体的类型等因素有关。井壁的材质越硬、井壁的表面越粗糙、作业管柱的材质越硬、作业管柱的表面越粗糙、井内液体的润滑性越差，摩擦系数越大。相反越小。应用试油试采管柱力学分析软件分析得，管柱上部更换1200mφ88.9mmEUE P110油管可通过遇阻点。

现场实际选用1%金属降阻剂30m3洗井。洗井后，管柱解除自锁状态，通过遇阻点，成功下至射孔井段，管柱深度4868.90m，管柱悬重128kN。反求得摩擦系数为0.24。

2.2 B井，设计人工井底4807.32m，井底位移2627.29m。下通洗井管柱，工具串从下至上依次为φ112mm*2000mm的通井规+φ73mmEUE油管短接1根+φ73mmEUE油管452根，遇阻深度4339.67m，管柱可上提不可下放，管柱自锁。起出全部通洗井管柱。检查通井规表面无明显划痕。

B井井眼轨迹图

重新下通洗井管柱，底部带φ112mm×1000mm通井规，共计下入φ73mmEUE油管284根+φ73mmIF钻杆85根，管柱深度4041.24m，管柱悬重160kN，反求得摩擦系数为0.36，应用管柱力学分析软件分析预测管柱无法通过4400m。

现场使用金属降阻剂洗井后，管柱悬重256kN。应用试油试采管柱力学分析软件分析，判断管柱可以通至人工井底。

最终共计下入φ73mmEUE油管284根+φ73mmIF钻杆213根，管柱深度4787.37m，通过之前遇阻点，通至人工井底。

3结论

3.1在长段水平井通洗井施工中，应用管柱力学分析软件，可根据理想情况，预测管柱通过能力，优化下井管柱结构，防止造成返工，延长施工周期。

3.2建议在直井段和小斜度段适当增加管柱载荷，可提高管柱通过能力。

3.3在摩擦系数较大时，可使用金属降阻剂洗井，降低油管与套管壁间的摩擦系数，提高管柱通过能力。

作者简介：李楠，1981年出生，现工作于试油试采分公司工程技术大队试油工艺室，从事试油、测试等技术工作。邮政编码：163412。