川东北复杂深井井身结构优化研究

天然气技术

NaturalGasTechnologyVol.3，No.1

Feb.2009

文章编号：1673-9035（2009）01-0051-03

川东北复杂深井井身结构优化研究∗

吴建忠1

李强2

王波1

618000；100083）

（1.中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳

2.中国石化国际石油勘探开发有限公司，北京

摘

要

川东北地质条件复杂，地层高陡，深井高温高压高含硫、同一裸眼段多套压力共存且压力跨度大等

成为了该地区地质构造的普遍特征。目前常规钻头—套管程序和井身结构设计方法难以适应川东北深井的复杂地质环境，如何优化复杂地质条件下深井井身结构是钻井工程所面临的突出问题。为此，在分析国内外深井套管程序应用特点和川东北地质特征钻井技术难点的基础上，根据钻头、套管生产现状，结合现场实践的应用，优化了川东北海相复杂深井井身结构。

关键词

四川东北高陡构造深井井身结构

文献标识码：A

套管程序

中图分类号：TE28

1川东北地质特征及钻井技术难点

失以孔隙性渗漏与微裂缝漏失为主，主要目的层为高压易漏失层，钻井液密度安全窗口较窄，海相碳

1）防漏堵漏工作贯穿整个钻井过程。低压层漏

满足钻井安全生产和勘探开发需要。钻井中出现的慢、周期长、投资大、质量差，在很大程度上影响了油气勘探速度。

5）地层倾角大、岩石成岩性差，常规钻井难以

“斜、漏、塌、卡、喷”等复杂情况导致钻井速度

酸盐岩地层为常见的垂直型、大倾角型裂缝漏失、孔隙漏失和溶洞漏失等。如普光1井钻至井深速度为2.73m3／h。

.00～154.00m共漏失钻井液1.00m3，平均漏失

2）随着井深的增加，岩性越来越硬；地层可钻

大。钻井液密度高，性能难以控制，油气层保护效果差、套管磨损以至挤毁是普遍现象。如河坝1井在

6）地层含盐膏层和其他腐蚀性流体，压力变化

第二次开钻钻井过程中表层套管磨损严重，钻至2187.00m时，被迫提前下入Ø339.70mm技术套层，Ø244.50mm技术套管仅下至4335.92m，致使飞仙关组飞四段地层承压能力差，在第三次开钻钻井中被迫扩眼下入膨胀管，但由于抗挤强度不够没有完全达到封隔地层的目的，造成施工困难[2]。管，由于没有封过下沙溪庙组和千佛崖组易漏地

性极差，钻头可选性很小；跳钻现象十分突出，造成钻头、钻具先期破坏，给下部施工增加了难度。如毛坝1井在第二次开钻钻井过程中，就出现了磨断表层套管事故。

3）目的层深，地层岩性变化大，地层压力预测4）地层承压能力低，井下复杂情况多。双庙1

及检测准确性差。如毛坝1井飞仙关组预测压力系数为1.15～1.25，实际压力系数为1.90。

2

2.1川东北深井套管应用分析

国内外深井套管应用分析

前期川东北地区钻井常用井身结构见表1。对于川东北复杂深井，这是一套常用的、成熟

井由于裸眼中有多个漏失层，承压能力较低，致使多次提高地层承压能力后，钻进过程中还是出现了喷、漏现象。受地下不可预见因素和目前供应等实际情况，套管设计困难、井身结构及钻井液密度难以确定[1]。

规范的井身结构。但是一旦井下发生复杂情况，则必须提前下套管封堵复杂层位，下部井段无回旋余地。鉴于前期钻井教训及河坝1井成功经验，在第二

收稿日期：2008－09－16

􀆽本文受到国家自然科学基金项目（编号：906100B）的资助。作者简介：吴建忠（1978-），硕士研究生，从事钻井工艺研究。E－mail:wjz78313@163.com。

天然气技术／51

第3卷吴建忠，等：川东北复杂深井井身结构优化研究第1期

表1川东北前期钻井常用井身结构表

套管尺寸（mm）Ø508.00Ø339.70Ø244.50Ø177.80

Ø660.40Ø444.50Ø311.10Ø215.90Ø165.10

低、成本较高、井眼尺寸过大，井眼净化不充分，工作效率降低。

因此，对于上部大井眼，应尽量选用比较小的标准尺寸钻头。由于Ø152.40mm以下小井眼钻井钻速低、事故多，国外在深井超深井钻井中一般都采用扩眼工艺、无接箍尾管技术作支持减小井眼的锥度，避免过大或过小的井眼尺寸。

钻头尺寸（mm）

轮钻井井身结构上试验性采用了非常规系列配置：设计中增加了一层套管，即Ø244.50mm套管换成Ø273.10mm套管，然后下Ø193.70mm套管和Ø139.70mm无接箍套管。上述非常规井身结构在实际施工中解决了不少钻井过程中出现的复杂情况，但也存在一些施工难点如环空间隙小、套管刚度大，导致下套管困难以及小间隙高压气井的固井胶结质量不理想等问题。

2.2国外深井套管应用分析

国外深井钻井井身结构设计中常以随钻扩眼工艺、膨胀管等技术作为支持，广泛采用非常规井身结构设计技术。表2为沙特SHEH-0002井所采用的井身结构。

表2

沙特SHEH-0002井身结构表

套管尺寸（mm）×下深（m）

Ø914.40×42.56Ø762.00×125.42（套管卡）

Ø609.60×798.97Ø473.10×2403.34Ø339.70×3335.12Ø244.50×4005.37Ø177.80×5526.02Ø114.30×6073.44

钻头尺寸（mm）Ø1066.80Ø863.60Ø711.20Ø558.80Ø406.40Ø304.80Ø212.70Ø149.20

3深井井身结构的改进方法

目前应用于川东北已探明地区开发井的井身结

构设计是比较合理的，但对复杂地层的适用性还不太理想，经仔细研究川东北以往深井井身结构，笔者提出以下的改进方法[3]。3.1套管下深设计改进方法

根据裸眼井段安全钻井必须满足压力平衡的约束条件与已确定表层套管的下深，从表层套管鞋处开始向下逐层设计每一层技术套管的下入深度，直至目的层。

套管下深可根据上部已钻资料来确定，有利于井身结构的动态设计。每层套管下入到最大深度有利于保证实现钻探目的，顺利钻达目的层，与传统设计相结合，给出套管的合理下深区间。3.2改进钻头、套管程序

利用随钻扩眼技术和膨胀套管技术是改进钻头—套管程序的有效途径。膨胀管技术是将管柱下入井底，用驱动头以液压力或机械力方法使管材永久形变，从而达到增大采柱或井眼内径的目的。膨胀管技术可使套管下到更深的层位，获得与上层套管尺寸相同的尾管，主要用来解决漏失层及复杂地层的有效封隔问题。

在井身结构限定的范围内，可利用膨胀管技术，对相应井段扩眼后下入膨胀管固井，提前将高压层或其他复杂井段封隔，然后使用原尺寸钻头钻进，钻过该井段后，下套管将其封固。膨胀管技术可作为对井身结构优化方案的补充。

762.00mm套管卡、卡钻具等复杂事故，由于在井身

该井在施工过程中，先后经历了井漏、Ø

结构设计上开钻选用大尺寸套管，深部地层常采用较大的井眼尺寸，给套管程序留有一定的余地，施工过程中能较好地应对下部井段的复杂情况。长期钻井实践证明，Ø215.90～241.30mm是最为理想的钻头尺寸，其钻头轴承相对较大，使用寿命长，钻井速度快，可使用常规Ø1270.00mm钻杆及常用的配套工具，钻柱与井眼环隙比较合适，有利于井眼净化和提高钻头水功率。

由于大井眼（Ø311.20mm及以上）钻进效率较52/NaturalGasTechnology

4井身结构系列优化

川东北地区大多为深层海相天然气，地质条件

复杂，目的层埋藏较深，普遍存在异常高压层系。

总第13期天然气技术·钻井工程2009年

对于深层探井，由于对下部地层了解不充分，尤其是对深探井所钻地区深部地层资料掌握不清，难以应用传统方法合理地确定每层套管的下深。因此，要提高成功率，必须有足够的套管层次储备，以保证一旦钻遇未预料到的复杂层位时能够及时进行封隔，并继续钻进。

为了使深层钻进时留有足够的井眼尺寸，在进行井身结构设计时，主要目的层段的套管应有足够的尺寸，预留一开次，有一层套管层次储备，保证实现深探井地质目的与提高钻井成功率，以此套管柱尺寸为基准，逐次向外确定套管柱尺寸。结合目前国内套管供应现状，在传统井身结构系列Ø508.00mm×339.70mm×Ø244.50mm×Ø177.80mm×Ø127.00mm基础上，优化形成508.00mm×Ø339.70mm×Ø273.00mm×Ø

使用了尺寸尽可能大的钻头，以确保Ø273.10mm套管下入顺利和固井质量。

川东北地区不同构造其地质分层不同。上部陆相地层，主要为中生界侏罗系、三叠系地层，地层承压能力差，砂泥岩互层较多，泥岩井段易发生垮塌，可钻性差，研磨性强。此井段形成的井眼较为规则，发生缩径等复杂情况的可能性很小，在良好的井身质量和不存在较大的全角变化率的前提下，使用Ø314.10mm钻头可以顺利下入Ø273.10mm套管，并能保证合格的固井质量。目前，该井身结构系列已先后应用于红参1井、黑池1井、官7井、丁山1井、普光5井、老君1井等井，取得了良好的效果。

193.70mm×Ø127.00mm系列，并逐步开始应用于实践。

本系列井身结构方案主要特点是使用Ø273.1mm套管作为主要的技术套管，可为下部钻井留有一定的余地。其主要优点体现在：

1）相对扩大了完井管柱尺寸。特别是使用Ø

5结论与建议

传统的井身结构设计方法不能够满足川东北地

区海相复杂深井的地质环境，探井井身结构必须充分考虑地质、钻井可能出现的风险和复杂情况，钻井设计时，充分考虑井眼的复杂性，合理优化井身结构，为下部钻井施工留出一定的余地。

mm×Ø339.70mm×Ø273.10mm×Ø193.70mm×Ø127.00mm的井身结构系列，可作为川东北地区复杂深井推荐方案进行实施，取得经验后并推广应用。

随钻扩眼、钻后扩眼、无接箍套管（尾管）等特殊钻井工艺技术是实现非常规系列套管程序的前提和技术关键。

参考文献

［1］游晓波，刘素君，艾惊涛.川北地区九龙山构造超高压深

井的井身结构方案［J］.钻采工艺，2005，28（5）：7－9.[2］卫怀忠.西部地区深井井身结构设计技术探讨［J］.石油钻

探技术，2006，34（2）：29－31.

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结构设计方法［J］.石油大学学报（自然科学版），2001，25（6）：［4］欧晓东.川孝482井合理井身结构探讨［J］.钻采工艺，

2004，27（6）：109－110.42－44.

165.1mm钻头，如果下入Ø146.1mm无接箍套管，可以为完井提供较大的管柱尺寸，保证套管与井眼间隙，提高固井质量，为天然气生产开发提供优良的井眼条件。

2）大部分井段（包括Ø241.3mm以上井眼）均

使用Ø273.10mm作为主要技术套管，采用Ø508.00

可使用Ø139.7mm钻杆钻进。大尺寸钻杆除可提高遇卡时的提拉能力外，其最大益处是减少钻杆内水力能量的损失，有利于提高钻井排量与钻头水力能量，不仅保障了井下安全，而且也有利于提高钻井速度。

3）给下部井段套管及钻头尺寸的选择留有充分

的余地。当钻遇井下复杂情况有及时调整的余地，下部井眼可采用较大尺寸钻头钻进，有利于优化钻井、取心作业、打捞落鱼及下套管固井施工等。

本系列井身结构的缺点在于使用Ø311.15mm钻头下入Ø273.10mm标准套管（套管本体与井眼间隙为19mm），套管接箍间隙较小，为小间隙配合，可能存在下套管困难和难以保证固井质量。为了在常规钻井方法中进一步扩大配合间隙，可将Ø311.15保证了在上层套管允许的最大下入直径内（Ø339.70mm，壁厚为9.65mm套管的通径为316.50mm），又mm钻头适当扩大为江汉Ø314.10mm钻头。这样既

（编辑：周娟）

天然气技术／53

Thereforeitismoredifficulttodistinguishbetweenoilandgasformations.Gas-bearinginformationintightreservoirscanbeobtainedbywell-loggingdatabasedondifferentphysicalpropertiesofgas,oilandwater.Simultaneously,combinedwithrealapplicationtogasfield,somecharacteristicsofgas-bearinginformationarealsoconcluded.Basedonsomereferences,anewmethodtodeterminegasformationbyporositydifference,whichwastestedbycompensatedsonicandcompensatedneutronwell-logging,hasbeendeveloped.Thismethodischaracterizedbyaneasyandrapidoperationwithlowcost.Anditsapplicationshowsthatadeterminationcoincidencehasbeenraisedby100%.KEYWORDS:low-porosityreservoirs,low-sonicvelocity,low-hydrogenindex,porositydifference,longwellsectioncorrelation

ABSTRACT:Topredictwaterlevelofshallowformationwaterisneededinordertoreduceanairdrillingcycleandloweradrillingcost.Adynamicpredictionmodelofgroundwaterhasbeenconstructedthroughgeneticalgorithm(GA)withback-propagation(BP)neuralnetwork.IthasbeenalsoappliedtothedynamicspredictionofgroundwaterlevelinNortheasternSichuanBasin.Resultsshowthatthemodelisfeaturedbyafastconvergenceandahighforecastingprecisionandissuitableforwater-levelpredictionofshallowformationwaterinthisarea.

KEYWORDS:neuralnetwork,geneticalgorithm,networkmodel,water-levelprediction

PracticalDiscussiononThreeNewDrain-ageGasRecoveryTechniques

OptimizingWellboreStructureofCom-plexDeepWellsinNortheasternSichuanBasin

ByWUJian-zhong,LIQiang,WANGBo

ABSTRACT:NortheasternSichuanBasinhascomplexgeologicconditionsandhigh-steepformations.ItsgeologiccharacteristicsoftenincludethedeepwellswithHT/HPandhigh-sulfurcontentalongwiththemultiplepressureswithawiderangeexistingatthesameopenholeinterval.Atpresent,someconventionalbit-casingprogramsandwellborestructuredesignarenotavailableforcomplexgeologicsettingofdeepwells.Howtooptimizewellborestructureisanoutstandingproblemindrilling.Therefore,onthebasisofanalyzingtheapplicationofcasingprogramsathomeandabroadandthedifficultiesofdrillingtechnologyaccordingtogeologicfeatures,referringtocurrentproducingsituationsofbitandcasing,combiningwithcasestudy,thewellborestructureofcomplexdeepwellswithmarinefaciesinNortheasternSichuanBasinhasbeenoptimized.

KEYWORDS:NortheasternSichuanBasin,high-steepstructure,wellborestructureofdeepwells,casingprogram

ByBAIShu-qiang,XUXing-en,ZHAOJian-guang,LIUAn-qi,WEINa,LIYue-qin

ABSTRACT:Mostgasreservoirsintheworldbelongtoclosedandelasticwater-floodingreservoirs.So,thereexistsmoreorlessformationwaterintheirdevelopment.Gasoutputwilldecreaseandwhat'smoretheformationwillbepollutedanddamagedgreatlyifproducedwaterisnotdischargedintime.So,bothrapidunloadingandeffectiverecoveringareimportanttostabilizewellproductivityanddevelopeffectively.Inrecentyears,petroleumengineershavedevelopedaseriesofnewdrainagegasrecoverytechniques,suchasgas-acceleratingpump,continuouspiggas-liftandpartialplungergas-lift.Eventuallytheprinciples,application,advantageanddisadvantageofnewtechniqueshavealsocomparedanddiscussedbasedonseveraldevelopmentexamples.

KEYWORDS:drainagegasrecovery,newtechnique,recovery

HydraulicFracturingTechnologiesandTheirDevelopmentTrend

ByCHUNLan,HEXiao,XIANGBin,FUHao,WEIWen-xing,LILi

ABSTRACT:Inthispaper,aresearchonrefracturing,multiplethin-layerfracturingandmultiple-crackfracturingathomeandabroadispresented;moreover,3newfracturingfluids,6newproppantsand4newfracturingtechnologiesincludingwater-fracturing,floatingproppantfracturing,fracturingofendsandoutandfractureheightcontrol,hydrojetfracturinglayerbylayerarealsoillustrated.It’snecessarytoimproveconventionalfracturingtechnologiesandtointegratereservoir,fluid,proppantandthetechnologiesinordertoincreaseproductivityandrecoveryforoilandgaswells.Suggestionsontheproppantwithultra-lowdensityandhighstrengthaswellasthesandfracturingofultra-deepandhorizontalwellsarealsoproposed.

KEYWORDS:hydraulicfracturing,fracturingfluid,proppant,technology

ApplicationofAirscrewDrillingToolsandTheirImprovementSuggestions

ByXUPeng,YUANQi-ji,LIJie

ABSTRACT:Inthispaper,bothbasicstructureandsomefeaturesofnewairscrewdrillingtoolsarepresented,andtheirapplicationisalsothoroughlyanalyzed.Finally,somesuggestionsaremadeaccordingtotoolsproblemsexistingintheirtechnologyanduse.

KEYWORDS:airdrilling，airscrewdrillingtools,application,developmenttrend，directional，drilling

AnalyzingandTestingAutosynchronousVibrationScreenwithMultiple-motorVibrator

PredictingWaterlevelofShallowForma-tionWaterduringAirDrillinginNorth-easternSichuanBasin

ByLIJie,YUANQi-ji,LIZhen-xiang,ZHAIFang-fang,YANGGuo-tao

ByXUQian,WANGShou-wei,ZHANGMing-hong

ABSTRACT:Stableconditionofautosynchronousandsynchronousstatesforvibratorwithmultiplemotorshasbeenderivedfromatheoricalstudy.Furthermore,theconditionhasalsobeentestedbyexperiments.Theresultsshowtherearedifferentmovementtrajectoriesforvibrationscreenbydifferentlyinstallingthemotors;andthescreenwithmultiple-motorvibratormayrotatebyanautosynchronouswaysolongasthescreenmeetstherequirementsofautosynchronousrotationorstablerotation.TheaboveresultshavebeenappliedtothedesignanddevelopmentfornewXJSD-1vibrationscreen.

天然气技术／79