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二六年十月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 13 3/8 9 5/8 7 5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）7 （套管）、6 （5 7/8 ）（井眼）5 （套管）环空间隙窄，固井质量差；(1) 套管

2、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。图 1.1 哈得 19 井设计井身结构图 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

3、表1.1 。表 1.1 2004 年到现在塔里木探井8 1/2 井眼钻井复杂问题统计序井号完钻井深裸眼段号(m)长度 (m)1轮南 635548.604749.602轮古 395682.004460.003轮古 8025208.504007.504轮南 6215643.504147.505塔中 715015.393811.396塔中 1224634.003429.007塔中 6214854.003652.808轮古 3815516.434015.439哈德 1175200.003997.6510塔中 70C4754.00原井开窗11轮古 376310.004311.7812轮南 6215643

4、.504147.7513轮古 3763104311.7814轮南 63157784575.815轮古 39158914686.1316轮南 30154964294.78复杂（事故）类型卡钻次卡钻、钻具落井钻具落井打捞卡钻下 7 套管遇阻，开泵不通电测卡电缆下 7 套管井漏失返电测卡电缆电测卡工具 - 顿钻 - 侧钻钻具断打捞两次钻具落井打捞传输电测仪器信号中断卡钻测井仪器帽落井电缆磨损电测仪器卡，穿心打捞连续两次穿心打捞固井施工井口不返浆卡钻致使侧钻下套管中途井口不返浆固井井口不返浆损失时间备注（ h）461665 545.335417495414810970113129427天 13小时钻到

5、井深5250.34米24天卡钻，在2835.10米处侧钻17轮古 7井5143.603946.118塔中 774680388019塔中 744635.503837.3120塔中 7249184119.7221塔中 6234719.203916.722塔中 26143503150.9623哈得 11852004004.8724哈得 185545.274342.7825哈得 18C55384335.51套管下到底开泵，井口返浆量由大变小，逐渐不返，一级固井不返浆，二级固井返浆下套管中途井口返浆，固井施工井口不返浆下套管与固井过程间断漏失套管下到位，不能建立循环，一、二级固井井口不返浆套管下到位，不

6、能建立循环，一、二级固井井口不返浆两次卡电测仪器，穿心打捞两次卡电测仪器，穿心打捞卡钻回填侧钻套管下到底，无法建立循环，一、二级固井井口不反浆电测仪器部件落井套管下到位，无法建立循环，一级固井井口不返浆，二级固井井口返43， 62钻 至4559米，短起钻至 4404.3664， 42米卡钻，在1845.52米处侧钻未打捞1.2.2.四层井身结构存在的缺陷目前采用的 4 层套管程序为： 13 3/8 9 5/8 7 5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。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/

7、8 套管封盐层，强度不够，若采用10 3/4 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 13 3/89 5/87 5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 。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；（

8、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 层套管程序为：20 13 3/8 9 5/8 8 1/8 6 1/4 4 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。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

9、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 8 1/2套管： 9 5/8 5 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 1/89 1/26 1/2套管： 10 3/4 7 5/8 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 13 1/8 9 1/26 1/2套管： 14 3/8 10 3/4 7 5/8 5详细设计数据见表 2.3 。2.4.五层套管新的五层套管结构为：井眼： 2617

10、1/2 13 1/89 1/2 61/2套管： 20 14 3/8 10 3/4（11 1/8） 73/4 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 17 1/2 13 1/8 9 1/2 6 5/8-7 1/2 5-51/2套管： 20 143/8 10 3/4(111/8) 8 61/44 1/2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本层预计接箍套管井套管强度接头套管套管井眼钢级内径通径套管规格连接最大深度外径眼间隙抗挤内压屈服线重备注层次（ mm）（ mm）ksi（ mm）（ mm）（ mm

11、）（ mm）扣型强度(kg/m ）（m）(MPa)(MPa)（ KN）（ KN）311.15244.48 11.99API第一层（ 12110269.88220.50216.5433.3436.563.26643667469.941200）偏梯1/4 ）（ 9 5/8第二层215.9139.7 9.17110153.67121.36118.1938.176.585.2*API296829.76（ 8 1/2）5900）2852偏梯（ 5 1/2* 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本层预计

12、接箍套管井套管强度接头套管套管井眼套管规格钢级内径通径最大深度外径眼间隙连接线重备注（ mm）（ mm）ksi（ mm）（ mm）抗挤内压屈服层次（ m）（mm）（ mm）强度 (kg/m ）(MPa)(MPa)扣型（KN）（ KN）333.38273.05 13.84API90.3第一层（ 131200298.45245.36241.4030.1740.551.48507（ 10 3/4110855131/8 ）偏梯第二层241.35900193.68 10.92215.90171.83168.6623.8154.2674.88API486349.2（ 9 1/211047562）（7 5/

13、8 ）偏梯第三层165.16500127.0 9.19141.3108.61105.4419.0593.096.0API220226.7尾管（5 ）11025819（6 ?）长圆* 对于表中所给7 5/8 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1.67 。表 2.3四层井身结构及套管程序方案套管井眼本层预计套管规格钢级接箍内径通径最大深度外径层次（ mm）（ mm）ksi（mm）（ mm）（ m）（ mm）第一层444.5800365.13 13.88390.50337.38333.43（17 1/2（ 14 3/8110）第二层333.384900273.0

14、5 13.84298.45245.36241.40（13 1/8（ 10 3/4110）第三层241.36600193.68 10.92215.90171.83168.66（ 9 1/2110）（7 5/8 ）第四层165.16900127.0 9.19141.3108.61105.44（5 ）110（6 ?）套管井套管强度眼间隙抗挤内压屈服（mm）(MPa)(MPa)（ KN）39.6919.1850.431161030.1740.551.4855123.8154.2674.88475619.0593.096.02581接头套管连接线重备注扣型强度 (kg/m ）（ KN）API116101

15、19.4偏梯7API850790.33偏梯API486349.22尾管偏梯API220226.79尾管长圆*对于表中所给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。表 2.4五层井身结构及套管程序方案本层预计接箍套管井套管强度套管井眼套管规格钢级内径通径最大深度外径眼间隙层次（ mm）（ mm）ksi（ mm）（ mm）抗挤内压屈服（ m）（ mm）（ mm）(MPa)(MPa)（KN）第一层660.4300508 12.7533.4482.60477.8276.25.315

16、.977095（26 ）（ 20）55444.5365.13 13.88第二层（ 173500390.50337.38333.4339.6919.1850.4311610（ 14 3/81101/2 ）接头连接扣型强度（ KN）API7488偏梯API11610偏梯套管线重备注(kg/m ）158.49119.47不273.05 13.84 *298.45245.36241.4030.1744.0690.32API1138490.33封（ 10 3/414011443第盐333.38）偏梯282.58 18.64三（ 135500（ 111/8 （）下段 800m301.70API120.5层

17、1/8 ）封盐+140245.30241.3325.490.35111.41149177300.56特殊间隙偏梯273.05 13.84 *第四层241.36300196.85 13.89219.85169.07165.122.23*API750062.27尾管（盐）（ 9 1/2（ 7 3/4140105119.20 7706.5）偏梯第五层165.17000127.0 9.19141.3108.61105.4419.0593.096.0API220226.79尾管（ 6 1/2（5）1102581）长圆*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

18、全系数为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本层预计井眼层次最大深度（ mm）（ m）660.4第一层300（ 26 ）第二层444.53500（ 17 1/2）不封盐第三333.385000（ 13 1/8层封）盐第四层241.3（盐）6300（9 1/2 ）168.3+

19、190.5第五层（ 6 5/8 +765001/2 ）127+139.7第六层7000（5 +5 1/2 ）接箍套管井套管强度套管规格钢级内径通径外径眼间隙（ mm）ksi（ mm）（ mm）抗挤内压屈服（ mm）（ mm）(MPa)(MPa)（ KN）508 12.7533.4482.60477.8276.25.315.97709555（20 ）365.13 13.88390.50337.38333.4339.6919.1850.4311610（14 3/8110）273.05 13.84298.45245.36241.4030.1744.0690.3211443（10 3/4140）282.58 18.64（ 11 1/8 ）（ 下301.70245.30241.3325.490.35111.4114917140特殊间隙） +段 800m273.05 13.84203.2 15.45208172.3168.3319.05122.4128.44 8796.3（8 ）140（镦粗）2158.75 13132.7