連續(xù)油管新型鉆塞膠液在JY25-1HF井的應(yīng)用

何吉標(biāo)，梁文利，陳明曉，陳智遠(yuǎn)，劉俊君

（中國(guó)石化江漢石油工程公司頁(yè)巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司，武漢430000）

?

連續(xù)油管新型鉆塞膠液在JY25-1HF井的應(yīng)用

何吉標(biāo)，梁文利，陳明曉，陳智遠(yuǎn)，劉俊君

（中國(guó)石化江漢石油工程公司頁(yè)巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司，武漢430000）

何吉標(biāo)等.連續(xù)油管新型鉆塞膠液在JY25-1HF井的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：123-126.

摘要在連續(xù)油管鉆磨橋塞施工中，由于連續(xù)油管設(shè)備及鉆塞液的限制，鉆屑難以返出井口，易出現(xiàn)憋泵、卡鉆等復(fù)雜情況。為此，對(duì)現(xiàn)有連續(xù)油管鉆塞液進(jìn)行優(yōu)化改性，引入多糖類高分子化合物為流型改性劑，通過材料優(yōu)選及性能對(duì)比，研發(fā)出新型鉆塞膠液。通過判別，該新型膠液屬于冪律流體，計(jì)算得出，原鉆塞膠液在管柱內(nèi)和環(huán)空內(nèi)均為紊流，循環(huán)壓耗均為0，而新型鉆塞膠液在管柱內(nèi)為紊流，在環(huán)空內(nèi)為層流，而循環(huán)壓耗分別為1.7 MPa、0.116 MPa。新型鉆塞膠液在涪陵JY25-1HF井連續(xù)油管鉆磨橋塞施工中進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，在注入10 m3時(shí)循環(huán)泵壓最高，為1.80 MPa，與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，誤差在1.80%。應(yīng)用效果表明，新型鉆塞膠液綜合攜帶能力顯著提高，攜帶量提高了2倍以上，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞頁(yè)巖氣；連續(xù)油管；鉆塞膠液；流型判別；循環(huán)壓耗

頁(yè)巖氣商業(yè)化開采得益于2大關(guān)鍵技術(shù)的突破：大位移水平井鉆井和大規(guī)模儲(chǔ)層改造技術(shù)[1]，而可鉆式復(fù)合橋塞分段壓裂技術(shù)是大規(guī)模儲(chǔ)層改造的關(guān)鍵技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行頁(yè)巖氣藏開發(fā)使用的主體儲(chǔ)層改造技術(shù)。壓裂返排后需要鉆除橋塞打通井眼通道，提高試氣產(chǎn)量。受井口帶壓條件限制，需采用連續(xù)油管設(shè)備鉆磨復(fù)合橋塞，快速有效鉆除橋塞是保證頁(yè)巖氣順利試氣投產(chǎn)的關(guān)鍵[2-3]。由于連續(xù)油管自身設(shè)備及鉆塞液攜帶能力的限制，鉆磨碎屑難以返出井口，易出現(xiàn)憋泵、卡鉆等復(fù)雜情況，給頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的有序推進(jìn)提出了巨大的挑戰(zhàn)[4-5]。針對(duì)目前存在的技術(shù)難題，從改進(jìn)鉆塞流體性能的角度出發(fā)，研發(fā)了新型鉆塞膠液，通過提高黏度和切力來增強(qiáng)鉆塞膠液的攜帶性能，清洗井眼鉆屑，提高連續(xù)油管鉆磨橋塞施工效率。

1　目前存在的技術(shù)難題

隨著連續(xù)油管水平井鉆磨橋塞工藝不斷改進(jìn)和完善，該技術(shù)已經(jīng)逐步走向成熟，在涪陵工區(qū)已經(jīng)大面積推廣應(yīng)用頁(yè)巖氣水平井鉆磨橋塞，但受自身工藝條件限制還存在以下技術(shù)難題。①井眼凈化效率低，施工風(fēng)險(xiǎn)高。連續(xù)油管受到排量小、鉆柱無法旋轉(zhuǎn)等因素限制，造成井眼凈化效率較低；井底巖屑在重力作用下容易沉積在井壁下側(cè)，形成巖屑床，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。②流體攜帶性差，橋塞鉆屑攜帶困難大。復(fù)合橋塞卡瓦由鑄鐵澆鑄而成，鐵塊密度大，在井眼內(nèi)運(yùn)移困難；橋塞膠皮鉆磨碎塊大，攜帶返出困難，容易造成連續(xù)油管憋泵和卡鉆現(xiàn)象。③鉆磨工藝復(fù)雜，易發(fā)生復(fù)雜事故。水平井鉆磨施工參數(shù)及流體性能要求高，鉆磨加壓控制難度大，管柱、尺寸及工具性能選擇要求高，組合不當(dāng)易發(fā)生磨穿套管、砂卡或無進(jìn)尺等問題。

2　新型鉆塞膠液的優(yōu)選及性能評(píng)價(jià)

引入多糖類高分子聚合物為流型改性劑，通過材料優(yōu)選及性能對(duì)比，研發(fā)出一種新型鉆塞膠液，通過提高黏度和切力來增強(qiáng)鉆塞膠液的攜帶性能，有效清洗井眼鉆屑，降低鉆塞故障復(fù)雜率，保證施工順利進(jìn)行。該膠液體系與原膠液相比具有水化性能優(yōu)異，無殘?jiān)踩h(huán)保，懸浮能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。新型鉆塞膠液配方如下，其流變性能對(duì)比評(píng)價(jià)見表1。

（0.2%～0.5%）低分子稠化劑SRFR-CH3+ （0.1%～0.3%）復(fù)合增效劑SRSR-3+（0.2%～0.5%）流變助劑SRLB-2+（0.05%～0.15%）流變助劑SRVC-2+（0.2%～0.5%）流型改性劑CMX+（0.01% ～0.05%）消泡劑

表1　新型鉆塞膠液與原鉆塞膠液流變性能對(duì)比

由表1可知，新型鉆塞膠液比原鉆塞膠液表觀黏度提高了288%，流體內(nèi)聚力明顯增強(qiáng)，流動(dòng)性減弱，塑性黏度提高了167%，固相與液相摩擦力增強(qiáng)，攜帶巖屑能力明顯提升；動(dòng)切力提高了650%，流動(dòng)時(shí)內(nèi)部膠凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)，有利于循環(huán)條件下攜帶巖屑；膠液的動(dòng)塑比由0.33提高到了0.94 Pa/mPa·s，說明新型鉆塞膠液剪切稀釋性增強(qiáng)，在低剪切速率下能有效地?cái)y帶巖屑。由此可見，新型鉆塞膠液雖然流動(dòng)性相對(duì)減弱，但摩擦力、膠凝強(qiáng)度和剪切稀釋性均得到很大提升，攜巖綜合性能提高。

3　流型判別及循環(huán)壓耗計(jì)算

3.1流型判別

3.1.1流變模式判別

鉆塞膠液的流變學(xué)特征反應(yīng)了膠液的流動(dòng)和變形特性，主要討論流速與發(fā)生運(yùn)動(dòng)的壓力之間的關(guān)系。準(zhǔn)確地判斷出鉆塞膠液的流體特性，并獲取流變參數(shù)，是鉆塞施工設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

鉆塞膠液主要是在賓漢模式與冪律模式之中做出判別，剪切速率與剪切應(yīng)力關(guān)系見圖1，剪切速率與剪切應(yīng)力對(duì)數(shù)關(guān)系見圖2。

圖1　鉆塞膠液剪切速率與剪切應(yīng)力關(guān)系

圖2　鉆塞膠液剪切速率與剪切應(yīng)力對(duì)數(shù)關(guān)系

由圖1和圖2可知，新型鉆塞膠液對(duì)數(shù)曲線的擬合度高，因此新型鉆塞膠液屬于冪律模式流體。根據(jù)擬合直線的特征，求取了新型鉆塞膠液的流性指數(shù)為0.430 6，稠度系數(shù)為0.784 Pa·sn。

3.1.2 管內(nèi)和環(huán)空液體流速

用于井眼返屑的循環(huán)流體一般采用紊流效果最好，對(duì)鉆塞膠液進(jìn)行頂替流態(tài)判別，以此來優(yōu)化鉆塞膠液攜屑能力。管內(nèi)液體流速計(jì)算公式如下：

環(huán)空中液體流速計(jì)算公式如下：

計(jì)算流體環(huán)空返速，取Q為400 L/min，井眼直徑Dw為11.5 cm，連續(xù)油管外徑De為5.08 cm，連續(xù)油管平均內(nèi)徑D0為4.18 cm。流體流速計(jì)算結(jié)果：V管內(nèi)為5.13 m/s，V環(huán)空為0.798 m/s。

3.1.3管內(nèi)和環(huán)空流體的雷諾數(shù)

不同鉆塞膠液在管柱內(nèi)和環(huán)空中循環(huán)的雷諾數(shù)及流態(tài)見表2。由表2可知，新型鉆塞膠液在環(huán)空內(nèi)為層流。計(jì)算公式如下。

管內(nèi)雷諾數(shù)：

環(huán)空雷諾數(shù)：

式中：Re為雷諾數(shù)，無因次；ρ為膠液密度，g/cm；V為流速，m/s；D=Dw-De；Dw為外管內(nèi)徑，De為內(nèi)管外徑，cm。

表2　鉆塞膠液在管柱內(nèi)和環(huán)空中循環(huán)的雷諾數(shù)及流態(tài)

3.2循環(huán)壓耗

為保證連續(xù)油管鉆塞安全施工和提速提效，循環(huán)壓耗必須控制在合理范圍內(nèi)。新型鉆塞膠液由于增大攜帶能力的需要，黏度有一定程度增大，導(dǎo)致循環(huán)壓耗增大，施工風(fēng)險(xiǎn)增加。故必須精確計(jì)算鉆塞施工過程中注入新型鉆塞膠液前后的循環(huán)壓耗變化，以達(dá)到對(duì)整個(gè)施工過程精細(xì)控壓，保證施工順利實(shí)施。

3.2.1范寧摩阻系數(shù)

層流范寧摩阻系數(shù)f：

紊流范寧摩阻系數(shù)f：

過渡流范寧摩阻系數(shù)f：

其中，管柱內(nèi)G為16，環(huán)空中G為24；a=（lgn+ 3.93）/50；b=（1.75-lgn）/7；C1=3470-1370n；C2=4270-1370n。

3.2.2計(jì)算循環(huán)壓耗

新型鉆塞膠液在管柱內(nèi)和環(huán)空中循環(huán)的范寧摩阻系數(shù)及循環(huán)壓耗見表3。由表3可知，循環(huán)壓力損失主要是在油管內(nèi)，環(huán)空壓耗所占比例較??；相比于原鉆塞膠液，新型鉆塞膠液在管柱內(nèi)的循環(huán)壓耗增加1.7 MPa（按膠液充滿5 000 m管柱計(jì)算）；如果進(jìn)入環(huán)空，循環(huán)壓耗增加0.116 MPa（按注入5 m3膠液計(jì)算，所占環(huán)空井段600 m左右），循環(huán)壓耗增量在壓力許可范圍內(nèi)，可以滿足施工要求。計(jì)算公式如下。

管內(nèi)壓耗△P1和環(huán)空壓耗△P2：

表3　新型鉆塞膠液在管柱內(nèi)和環(huán)空中循環(huán)的范寧摩阻系數(shù)及循環(huán)壓耗

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1JY25-1HF井施工參數(shù)

新型鉆塞膠液在JY25-1HF井連續(xù)油管鉆磨橋塞施工中進(jìn)行了應(yīng)用，該井井身情況為：人工井底為4 503 m，水平段長(zhǎng)1500 m，造斜點(diǎn)為1970 m；30°、 45°和60°井深分別為2 400、2 679和3 007 m；套管內(nèi)徑為115.02 mm；套管容積為0.01m3/m；油管容積為6.8 m3，抗拉屈服載荷為80%，閉排為0.002 m3/m，在排量為400 L/min時(shí)，環(huán)空上返速度為50 m/min。鉆完第8個(gè)橋塞之后使用新型鉆塞膠液，直到探到第15個(gè)橋塞（4 257.1m）為止，共使用了40 m3新型鉆塞膠液，施工參數(shù)見表4。

表4　JY25-1HF井鉆塞現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

4.2效果評(píng)價(jià)

4.2.1循環(huán)壓耗評(píng)價(jià)

當(dāng)10 m3膠液完全注入后，新型鉆塞膠液充滿整個(gè)管內(nèi)（5 000 m）和部分環(huán)空（354 m）時(shí)的循環(huán)壓耗最大，理論最大循環(huán)壓耗增量為1.768 MPa。現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，注入10 m3新型鉆塞膠液時(shí)循環(huán)泵壓最高增加1.80 MPa，與理論計(jì)算循環(huán)壓耗增量吻合，誤差在1.80%，此誤差在合理范圍內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證了理論計(jì)算循環(huán)壓耗的準(zhǔn)確性。

4.2.2應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

在鉆塞過程中出現(xiàn)憋泵、鉆完橋塞或需短程起下鉆循環(huán)時(shí)，注入5～10 m3改性膠液清洗井底，待循環(huán)1周后拆除捕撈器，收集返出鉆屑。在鉆完第8個(gè)橋塞（3 633.9 m）之后，注入10 m3改性膠液，以400 L/min的排量循環(huán)一周后，取出捕撈筒，收集返出碎屑。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過新型鉆塞膠液循環(huán)后，從捕撈器中取出大量膠皮碎屑和少許小金屬塊，膠皮碎屑大量增加，中小型碎屑比例明顯增大，新型鉆塞膠液返屑能力比原鉆塞膠液大大提高。

5　結(jié)論

1.新型鉆塞膠液屬于冪律模式流體，在連續(xù)油管鉆塞施工參數(shù)條件下，管內(nèi)膠液處于紊流狀態(tài)；而環(huán)空膠液處于層流，還有進(jìn)一步改進(jìn)空間。

2.循環(huán)壓耗理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)施工循環(huán)泵壓增量吻合，驗(yàn)證了理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，新型鉆塞膠液能滿足安全施工要求。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，新型鉆塞膠液與原鉆塞膠液相比，提高黏度和切力效果明顯，返出碎屑增多，且對(duì)不易返出的中小型碎屑返出效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]王志剛.涪陵頁(yè)巖氣勘探開發(fā)重大突破與啟示[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2015，36（1）：1-6. WANG Zhigang.Breakthrough of Fu Ling shale gas exploration and development and its inspiration[J].Oil & Gas Geology，2015，36（1）：1-6.

[2]白田增，吳德，康如坤，等，泵送式復(fù)合橋塞鉆磨工藝研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2014，36（1）：123-125. BAI Tianzeng，WU De，KANG Rukun，et al.Research and application of drilling technique of pumping type composite bridge plug[J].Oil Drilling & Production Technology，2014，36（1）：123-125.

[3]姬洪明，劉方志.頁(yè)巖氣水平井掃塞技術(shù)研究[J].遼寧化工，2013，42（12）：1446-1452. JI Hongming，LIU Fangzhi.Research on sweeping plug process of shale gas horizontal wells[J].Liaoning Chemical Industry，2013，42（12）：1446-1452.

[4]馬永峰.大斜度井保持井眼清潔的有效方法[J].鉆井液與完井液，2003，20（5）：54-55. MA Yongfeng.An sffective method for borehole cleaning in high-inclination drilling[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2003，20（5）：54-55.

[5]宋先知，李根生，王夢(mèng)抒，等.連續(xù)油管鉆水平井巖屑運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42（2）：28-32. SONG Xianzhi，LI Gensheng，WANG Mengshu，et al. Numerical simulation on cuttings carrying regularity for horizontal wells drilled with coiled tubing[J].Petroleum Drilling Techniques，2014，42（2）：28-32.

Drill Bridge Plug with a New Fluid in Coiled Tubing Operations in Well JY25-1HF

HE Jibiao, LIANG Wenli, CHEN Mingxiao, CHEN Zhiyuan, LIU Junjun
(Shale Gas Production Service, Sinopec Jianghan Oilfield Service Corporation, Wuhan, Hubei 430000)

AbstractWhen drilling the bridge plugs in coiled tubing operations, the limitations from the coiled tubing equipment and the drilling fuids always hinder the return of drilled cuttings which in turn causes problems such as overpressure pumping and pipe sticking etc. To avoid these problems，a polysaccharide polymer has been introduced into the drilling fuid，and，by carefully select materials used in the drilling fuid and performance evaluation，a new drilling fuid has been developed for use in the drilling of bridge plugs. As a power law fuid，the pipe fow of it is of turbulent fow，and fow in annular space is of laminar fow，showing stark contrast with the old drilling fuid which is of turbulent fow both in annular space and in pipe. The new drilling fuid has circulation pressure losses of 1.7 MPa and 0.116 MPa in pipe and in annular space，respectively，while the circulation pressure loss of the old drilling fuid is 0 MPa both in pipe and in annular space. The new drilling fuid has been tried in Well JY25-1HF. The highest pump pressure，1.80 MPa，was achieved when pumping 10 m3drilling fuid into the hole，very close to the calculation，with an error of 1.80%. The application of the new bridge plug drilling fuid has demonstrated that it has better carry capacity，more than 3 times of the old drilling fuid，and can be introduced to other area where bridge plugs are to be drilled.

Key wordsShale gas well； Coiled tubing； Drilling fuid for bridge plug； Flow pattern determination； Circulation pressure loss

中圖分類號(hào)：TE257.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5620（2016）03-0123-04

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.025

第一作者簡(jiǎn)介：何吉標(biāo)，工程師，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)在從事鉆完井液體研究工作。E-mail：799653432@qq.com。

收稿日期（2015-12-09；HGF=1601C6；編輯王超）