深水井要套管,国外超深井井身结构的调研分析与研究

深水井要套管吗?

深水井要套管。

深水井不套管,说明地下水土质坚硬,非沙子泥石流等土质,这样省钱,不过尽量还是套管好,以防万一,容易堵井。

深水井是指获取深度地下水的井,通常在干旱地区如中国西北比较常见,主要用以获取深层地下水(即地下20米以下的水)。

国外超深井井身结构的调研分析与研究

国外在施工超深井时,在设计井身结构与套管程序时,通常留有足够的余地,其超深井井身结构设计具有以下特点。

(1)导管和表层套管尺寸大

国外超深井钻井常采用较大直径钻头开孔,下入大尺寸导管和表层套管。大多数都采用较大尺寸的导管来封隔疏松表层,常用的导管尺寸范围 Φ508mm~Φ1219.2mm。

上部井眼采用大尺寸套管结构的优点:

1)可以使用多层技术套管封隔多套不同压力体系的复杂地层,确保安全钻井。

2)给下部井段钻头及套管的选择留有充分的余地,在钻遇井下复杂情况时有调整的空间。

3)下部井眼可采用较大尺寸钻头钻进,有利于优化钻井、打捞落鱼、下套管固井施工及取心作业等。

采用大尺寸导管和表层套管的缺点是套管费用和钻头费用相对比较高。但国外钻井实践证明,在下入较大尺寸的导管和表层套管时,通常不会明显增加综合成本,这些费用在以后,特别是在较深部井眼的作业中能得到补偿并受益若干倍。

(2)最终井眼尺寸较大

国外超深井完井常采用较大井眼尺寸。如得克萨斯 Magoun 1 井等最终井眼尺寸都为 Φ215.9mm,下入 Φ177.8mm 套管或尾管完井。

完井时采用较大井眼尺寸(Φ215.9mm 或更大)具有以下几个显著的优点:

1)全井均可使用 Φ127mm 或更大尺寸钻杆钻进,钻井参数优化空间较大,钻具事故大大减少。

2)有利于取心、打捞和生产测试等作业。

3)在钻遇井下复杂情况时有调整的余地。

(3)采用随钻扩眼、下入无接箍套管等技术增加套管层数

在有多个压力系统存在的复杂地质条件下,保证钻到目的层的基本手段是增多下入套管柱的层数,以封隔不同的压力系统。但是,受地质条件、地面设备、管材及钻井成本等限制,有时不能下入较大直径的套管完井,因此,靠增大套管尺寸来增多套管柱层次的方法有时行不通。在这种情况下,国外在复杂深井超深井钻井中,经常采用下入无接箍套管缩小相邻套管柱间隙的办法,达到增多下入的套管柱层数的目的。应用最多的典型方案:

1)在 Φ339.7mm和Φ244.5mm套管柱之间增下一层Φ298.45mm的无接箍中间尾管,使用 Φ241.3mm×Φ311.15mm×Φ355.6mm 偏心钻头钻进 Φ298.45mm 套管井段,用Φ250.8mm×Φ311.15mm 偏心钻头钻 Φ244.5mm 套管井段。

2)在 Φ244.5mm 和 Φ139.7mm 之间增下一层 Φ193.7mm 无接箍中间尾管。既增加了套管柱层数,又避免使用更大直径的套管,大大降低了钻井作业风险和成本。

(4)采用较小的套管/井眼间隙,缩小上部井眼,增大下部井眼。

钻井实践已证明,Φ212.7mm~Φ241.3mm 直径是最理想的钻头尺寸。理由如下:

1)钻头的轴承相对较大,钻头寿命长。

2)可以使用标准钻具组合提供足够的钻压,获得满意的机械钻速。

3)钻柱与井眼之间的环空间隙比较合理,有利于提高钻头水功率和井眼净化。

4)可以使用常规 Φ127mm 或更大的钻杆及常用配套工具。

因此,在井身结构设计时,尽可能让更多的井段使用Φ212.7mm~Φ241.3mm 钻头钻进。

钻小井眼(Φ152.4mm 以下)的目的之一是降低钻井成本,但从现场实践情况看,往往达不到预期的目的。其原因如下:

1)较小的牙轮钻头的轴承小,寿命低。

2)小井眼钻具尺寸小(Φ73mm 或更小些)壁薄,强度低,容易断。

3)小井眼钻具组合的内径小,水力摩阻损失大,钻头获得的水功率小。

基于以上问题的考虑,国外在超深井钻井中,采用小间隙的套管/井眼尺寸配合。采用较小的套管/井眼间隙配合,可明显减小上部井眼尺寸和增大最终井眼尺寸,达到降低钻井成本的目的。表4.1列出了国外通常采用的套管与井眼小间隙的配合关系。

国外井身结构的典型系列:

1)Φ660.4mm、Φ444.5mm、Φ311.1mm、Φ241.3mm、Φ165.1mm。该井身结构在美国西得克萨斯、俄克拉何马州等地区使用,这种井身结构用Φ273mm 套管代替 Φ244.5mm 套管、Φ193.7mm 套管代替 Φ177.8mm 套管,优点是可在下部井段使用 API 推荐的较大尺寸的钻头,套管和井眼之间有合适的间隙。

2)Φ762mm、Φ660.4mm、Φ508mm、Φ406.4、Φ273mm、Φ193.7mm、Φ127mm。美国加利福尼亚州 943-29R 井采用了该井身结构,目的是全井均可使用 Φ127mm 钻杆及较大尺寸钻头钻进。与上述第一种套管结构相比,用 Φ406.4mm 套管代替 Φ339.7mm套管,使下部井眼的 Φ273.1mm 套管段可以用较大尺寸的钻头钻进,有利于套管下入和提高固井质量;缺点是各层套管相应的钻头尺寸都是非标准的。

表4.1 国外常用的套管与井眼小间隙配合关系表
3)Φ762mm、Φ508mm、Φ406.4mm、Φ301.6mm、Φ250.8mm、Φ196.8mm、Φ139.7mm。该井身结构的主要特点是有四层技术套管,可以封隔四套不同压力系统的地层,缺点是套管与井眼间隙较小,给下套管作业和固井施工增加了难度。

4)Φ914.4mm、Φ762mm、Φ609.6mm、Φ473.1mm、Φ339.7mm、Φ244.5mm、Φ177.8mm、Φ114.3mm。该井身结构的特点是套管层次多、套管尺寸大,可封隔多个复杂地层。沙特库夫井采用该井身结构,成功封隔6个潜在漏失层和一个异常高压水层,实现安全钻井。

5)Φ609.6mm、Φ406.4mm、Φ339.7mm、Φ244.5mm、Φ193.7mm。德国 KTB 井采用该井身结构方案,有3层技术套管,可封隔3套复杂地层,且完钻井眼较大,可以用 Φ215.9mm 钻头、Φ127mm 钻杆钻进。该井身结构的优点是预留一层套管;缺点是套管与井眼之间的间隙比较小。

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