小套管井的套管优化选择

2022-09-12

一、小套管压裂中摩阻计算

摩阻是由于小套管在井孔中运动时与井壁摩擦引起的运动阻力, 随着井段的不断延伸, 摩阻也会显著地增加, 甚至会成为决定大位移井小套管下深的限制因素。因此如何准确对小井眼井小套管的摩阻进行计算已成为压裂工程中亟待解决的问题之一。另外现在的小套管设计规范都采用三轴应力设计, 即考虑了小套管中的轴向力对小套管抗内压和抗挤毁强度的影响, 而小套管中的轴向力与小套管所受的摩阻有极为密切的关系。因此准确对小套管压裂中摩阻的计算也是保证小套管安全的关键因素。

现场考虑到获取最大的经济效益, 以及对储层的保护, 苏里格气田通常采用胍胶压裂液。本章的主要内容旨在进行利用胍胶压裂液压裂时, 小套管中的摩阻计算。

1. 压裂液的流动性质

目前使用的压裂液, 除了水、活性水、油 (低粘油或成品油) 外, 凡是使用各种高分子聚合物增稠或交链的油或水基压裂液, 在其流动特性上均有程度不同的非牛顿流体的性质。他们的剪切应力与剪切速率之间的关系, 受剪切引起的内部分子结构变化的影响。

压裂液在一定的条件下具有幂律流体的流变性质。剪切速率的增加速率远远较剪切应力大。说明随着剪切速率的增加, 压裂液结构被破坏, 粘度也随之降低。

2. 摩阻计算

这里主要计算压裂液油管内的摩阻, 小井眼井中, 由于小套管已经很小, 无法在下入油管, 所以直接以小套管代替油管作业, 因此计算小套管内的摩阻, 论证它是否能安全生产。

(1) 雷诺数计算

幂律液体的雷诺数:

(2) 摩阻系数的确定

B层流至湍流的判断, 对于幂律流体, 其临界雷诺数为

C湍流的计算

幂律流体湍流的计算方法远不如层流计算方法成熟。湍流摩阻计算的一般方法是通过实验及因次分析, 确定摩阻系数的经验和半经验公式f=F (Re, He, n) 。对于不同的流体, 其系数的函数关系不同。这里主要介绍幂律流体的摩阻系数计算方法[10]。采用经验公式

(3) 管内沿程摩阻压降

计算幂律流体管内紊流摩阻的最常用方法, 是采用DarcyWeisbach公式:

式中L, d—管长与管内径, m;

ΔP—圆管内沿程摩阻压降, k Pa;

f—摩阻系数;

ρ—液体密度, kg/m3。

3. 实例分析计算

这里以苏里格气田为例, 取井深即管长为L=2500m, 胍胶压裂液的稠度系数KP=1.033Pa·sn, n=0.56, ρ=1.0×103kg/m3, 流量, q=3m3/min=0.05m3/s。

目前苏里格气田用的小套管井较少, 其中由六七口井用4″的小套管, 只有两口井用了321″的小套管。下表主要分析内径, 75.9mm (外径, 321″) ;内径, 88.6mm (外径, 4″) ;100.3mm (外径, 421″) 这三种管子的摩阻压降。

二、结语

对于同一尺寸的小套管来说, 随着压裂液排量的增大, 其小套管沿程摩阻压降变大;同一排量下, 随着小套管尺寸的增大, 小套管沿程摩阻压降变小。摩阻压降太大不利于施工, 选用的套管过大增加生产成本为。为稳定生产, 节约成本苏里格气田更适于用内径88.6mm (4″) 的管子。

摘要：为提高整体开发效率, 降低开发成本, 国内外好多油气田应用了小井眼钻井技术。小井眼井中, 可用小套管替代油管, 但是在施工过程中, 小套管应该下入多深, 它是否能够承受压裂中各种摩擦阻力, 能否抵抗压裂液的冲蚀等都有待研究。本课题旨在结合苏里格气田的实际情况, 对小套管的压裂管柱摩阻计算, 从而确立选择哪个型号的套管及压裂的可行性。

关键词：小井眼井,小套管,压裂