連續(xù)油管水平井磨銑打撈技術(shù)及應(yīng)用

張 朔，王方詳，劉德正，王 穎，劉正德

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300283）

隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展需要以及新技術(shù)的應(yīng)用需求，連續(xù)油管技術(shù)應(yīng)用不斷擴(kuò)展，除沖洗砂堵、清蠟、壓井、大斜度井電測(cè)、負(fù)壓射孔、試井、酸化、打撈以及作為生產(chǎn)油管等常規(guī)用途外，不斷朝鉆井工藝、完井工藝、采油工藝和修井工藝等作業(yè)領(lǐng)域發(fā)展，可以有效解決很多常規(guī)作業(yè)技術(shù)難以完成的任務(wù)[1-3]。

傳統(tǒng)的電纜或者鋼絲解卡與打撈技術(shù)在水平井中難以實(shí)現(xiàn)有效打撈的目的，連續(xù)油管能夠在打撈作業(yè)中循環(huán)液體并產(chǎn)生較高的液壓驅(qū)動(dòng)井下液壓裝置以進(jìn)行有效打撈，使得傳統(tǒng)無(wú)法打撈或無(wú)成本效益的作業(yè)變得可行并具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。連續(xù)油管打撈可在生產(chǎn)著的水平井中帶壓操作，完成打撈作業(yè)后，僅需少量作業(yè)即可快速進(jìn)入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的作業(yè)技術(shù)相比，該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低、作業(yè)時(shí)間短、事故少等優(yōu)點(diǎn)，其集成化程度高，這些優(yōu)勢(shì)大大縮短了作業(yè)周期，而且增加產(chǎn)量、降低成本[4-6]。采用連續(xù)油管進(jìn)行鉆銑打撈作業(yè)時(shí)可以循環(huán)各種工作液體，這樣就可以利用高壓流體沖洗、溶解落魚附近的巖屑、泥沙等，作業(yè)時(shí)能夠更好地清洗作業(yè)區(qū)域[7]。在大斜度井或者水平井中，能夠產(chǎn)生較大的軸向力來(lái)振動(dòng)或者拉出較重的落魚。隨著連續(xù)油管技術(shù)和井下液壓驅(qū)動(dòng)工具的發(fā)展，連續(xù)油管的解卡打撈作業(yè)也進(jìn)一步得到推廣和應(yīng)用，并產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益[8]。因此，本文針對(duì)連續(xù)油管水平井作業(yè)中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了作業(yè)管柱受力分析和施工參數(shù)的計(jì)算，得到了一種水平井連續(xù)油管磨銑和打撈作業(yè)技術(shù)，可為水平井連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 作業(yè)管柱受力分析

在進(jìn)行打撈解卡作業(yè)中，首先要分析清楚井下具體情況，在此基礎(chǔ)上選擇相適應(yīng)的作業(yè)工具，根據(jù)具體的落魚情況和井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇對(duì)應(yīng)的打撈工具組合以及打撈工藝進(jìn)行井下落魚的解卡與打撈作業(yè)。打撈解卡技術(shù)是利用管具將設(shè)計(jì)規(guī)定的提拉載荷作用在落魚上，達(dá)到打撈解卡的目的。在水平井或大斜度井中，管柱單位長(zhǎng)度沿井眼軸線方向受力（見圖1）。

由圖1分析知，修井機(jī)設(shè)備的提拉載荷Fk要克服打撈管柱自身重力Wm及打撈管柱與套管之間的摩擦力fm才能傳遞到落魚。解卡力足夠大是打撈解卡的技術(shù)核心，以克服落魚所受的阻力。打撈解卡力Fd為：

式中：Fd-拉力，kN；Fk-修井機(jī)提升載荷，kN；Hz-造斜點(diǎn)深度，m；qm-單位長(zhǎng)度連續(xù)油管在液體中重量，kN；fm-摩擦力，kN；α-魚頂井眼井斜角，°；R-造斜井段的曲率半徑，mm。

由公式（1）可知，解卡力主要受到修井機(jī)設(shè)備提升能力，井眼軌跡，連續(xù)油管強(qiáng)度等因素的影響。

2 施工參數(shù)計(jì)算

2.1 打撈工具串管柱長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

打撈工具串的長(zhǎng)度與造斜段曲率半徑相關(guān)（見圖2），其長(zhǎng)度為：

式中：L-工具串的最大長(zhǎng)度，mm；R-曲率半徑，mm；R=360/（2πKba）；Kba-造斜率，°/30m；dci-套管內(nèi)徑，mm；D-工具串最大外徑，mm。

通過(guò)公式（2）可知，要合理控制工具串長(zhǎng)度，如工具串過(guò)長(zhǎng)，需要使用萬(wàn)向接頭。

2.2 磨銑鉆壓優(yōu)化

圖1 打撈管柱受力分析

圖2 工具串管柱在造斜段最大尺寸

圖3 鉆壓與磨銑速度和磨鞋損耗的關(guān)系曲線

通過(guò)對(duì)磨鞋損耗和磨銑速度之間的關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到結(jié)果（見圖3）。

從圖3可以看出，隨著鉆壓的增加，磨鞋損耗呈現(xiàn)一個(gè)逐漸上升的趨勢(shì)，磨銑速度呈現(xiàn)一個(gè)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)鉆壓超過(guò)25 kN時(shí)，磨銑速度開始下降。鉆壓保持在20 kN～25 kN時(shí)，磨銑速度和磨鞋損耗處于一個(gè)比較合理的范圍。

2.3 磨銑循環(huán)排量?jī)?yōu)化

在磨銑作業(yè)中，只有循環(huán)液具備一定的攜帶性能和返排速度，才能將銑屑返排至地面，確保磨銑作業(yè)順利進(jìn)行。其經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：va-環(huán)空流體返速，m/s；ρm-液體密度，kg/m3；dci-套管內(nèi)徑，mm。

最小排量為：

式中：Q-排量，L/m3；dpo-鉆具外徑，mm。

由公式（3）和（4）可知，排量與環(huán)空液體返速成正比，與液體密度和套管內(nèi)徑成反比。在連續(xù)油管實(shí)際作業(yè)中，施工排量一般在200 L/min左右，遠(yuǎn)大于銑屑所需的最小排量。返屑率與排量直接的關(guān)系（見圖4）。

從圖4可以看出，當(dāng)環(huán)空流體返速達(dá)到1.0 m/s以后，返屑率達(dá)到94.8%，當(dāng)返速超過(guò)1.0 m/s時(shí)，其返屑率增加較為緩慢。實(shí)際施工排量遠(yuǎn)大于1.0 m/s，能夠滿足磨銑作業(yè)需求。

2.4 磨銑轉(zhuǎn)速優(yōu)化

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以得到磨銑速度和磨鞋轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線（見圖5）。從圖5可以看出，轉(zhuǎn)速達(dá)到100 r/min時(shí)，磨銑速度達(dá)到了0.73 m/h，推薦實(shí)際鉆速為100 r/min～120 r/min。

2.5 水平井磨銑打撈工藝

磨銑打撈施工的最終目的是將水平井內(nèi)卡點(diǎn)解除，或者將其從井內(nèi)順利起出。水平井打撈方法與常規(guī)井打撈方法既有相同之處又有其特殊性。水平井打撈方法在遵循常規(guī)井打撈方法的原則上必須還要遵循以下原則：活動(dòng)解卡的原則，活動(dòng)前必須緊扣，否則會(huì)因扣未上滿而拉脫扣，如果從某一深度拔斷，可根據(jù)情況考慮用正扣管柱下帶可退打撈工具緊扣、活動(dòng)。必須在鉆具和落魚允許強(qiáng)度內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)，否則會(huì)因拉力過(guò)高而將連續(xù)油管或落魚拉斷，且考慮在起升設(shè)備安全范圍內(nèi)活動(dòng)。上提拉力必須逐漸逐次增加，并且上拉與下?lián)艚Y(jié)合。在允許條件下，可用水力沖擊結(jié)構(gòu)配合解卡。

圖4 環(huán)空流體返速與返屑率的關(guān)系曲線

圖5 磨銑速度和磨鞋轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

BZ11-1C井為水平井，井深3 424.2 m，設(shè)計(jì)水平段558.4 m。最大井斜 84.76°。磨銑鉆具組合為：φ38.1 mm連續(xù)油管連接頭+φ38.1 mm安全閥+φ31.75 mm連續(xù)油管+φ40.1 mm機(jī)械斷脫器+φ44.52 mm連續(xù)油管作業(yè)裝置+φ42.9 mm井下動(dòng)力馬達(dá)+φ47.625 mm磨鞋。在該井進(jìn)行了連續(xù)管磨銑復(fù)合橋塞施工，開泵至排量280 L/min，鉆壓30 kN，轉(zhuǎn)速為120 r/min，進(jìn)行磨銑，磨銑用時(shí)51 h，進(jìn)尺35.2 m，平均磨銑速度由0.48 m/h提高到0.69 m/h，提高43.8%，施工順利。

BZ35-1C井為水平井，井深 2 648.7 m，設(shè)計(jì)水平段 643.8 m。最大井斜 83.76°。井下落物為φ89 mm油管5根，φ89 mm篩管1根。打撈工具組合為：φ38.1 mm連續(xù)油管連接頭+φ38.1 mm安全閥+φ38.1 mm萬(wàn)向接頭+φ40.2 mm加速器+φ38.1 mm連續(xù)油管管柱+φ42.5 mm震擊器+φ43.7 mm液力驅(qū)動(dòng)斷脫器+φ44.5 mm扶正器+液壓可退式撈筒/撈矛。打撈16次，歷時(shí)24 d，打撈管柱能夠順利下至魚頂位置，打撈工具退出成功率100%。

4 結(jié)論

（1）采用連續(xù)油管進(jìn)行鉆銑打撈作業(yè)時(shí)可以循環(huán)各種工作液體，作業(yè)時(shí)能夠更好地清洗作業(yè)區(qū)域。在大斜度井或者水平井中，能夠產(chǎn)生較大的軸向力來(lái)振動(dòng)或者拉出較重的落魚。

（2）對(duì)水平井磨銑打撈工藝技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)磨銑作業(yè)過(guò)程中工作串長(zhǎng)度，鉆壓，循環(huán)排量，鉆速等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，為連續(xù)油管水平井作業(yè)提供了理論依據(jù)。

（3）連續(xù)油管作業(yè)效率高、可帶壓作業(yè)、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，解決高壓、長(zhǎng)水平段井內(nèi)的長(zhǎng)工具串落魚的打撈問(wèn)題。

（4）輔助配套工具能夠克服水平井結(jié)構(gòu)限制，盡可能地降低摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)磨銑打撈工具安全、可靠。