連續(xù)油管鉆塞技術(shù)在GD14H井的實(shí)踐及認(rèn)識(shí)

徐慶祥，祝道平，葛利軍，呼桂艷，王玉忠，平恩順，王志民

(1渤海鉆探公司井下技術(shù)服務(wù)分公司 2南方石油勘探開發(fā)公司 3大港油田公司第三采油廠)

近年來，隨著低滲、致密油氣藏的勘探開發(fā)技術(shù)迅猛發(fā)展[1]，電纜復(fù)合橋塞封層+射孔分段壓裂聯(lián)作工藝技術(shù)在水平井得到了廣泛應(yīng)用。施工中橋塞中途坐封導(dǎo)致中斷，或壓裂后自噴不能達(dá)到配產(chǎn)要求，安全高效的鉆磨掉橋塞，是恢復(fù)井筒全通徑的關(guān)鍵。由于連續(xù)油管具有作業(yè)效率高，成本低且對(duì)地層傷害小的優(yōu)勢(shì)，作為一種“萬能作業(yè)機(jī)”，已廣泛應(yīng)用于油氣井作業(yè)中[2]。采用連續(xù)油管作業(yè)機(jī)帶動(dòng)力馬達(dá)和磨鞋或鉆頭來鉆除復(fù)合橋塞[3]是水平井作業(yè)的最佳方式。大港油田首次在GD14H井運(yùn)用了該聯(lián)作工藝進(jìn)行壓裂后，利用連續(xù)油管進(jìn)行了兩次鉆塞作業(yè)，取得了較好效果。

一、GD14H井基本概況

GD14H井是大港油田2015年3月完鉆的一口開發(fā)井，完鉆井深4 800 m，造斜點(diǎn)2 822.08 m，最大井斜93.03°，最大全角變化率7.46°/4 306.4 m，其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詳見表1，也是大港油田第一口采用電纜復(fù)合橋塞封層+射孔分段壓裂聯(lián)作工藝，設(shè)計(jì)分6段進(jìn)行壓裂，設(shè)計(jì)分段情況及橋塞深度見表2。

表1 GD14H井基出數(shù)據(jù)

本井在第三段進(jìn)行下電纜橋塞封層+射孔聯(lián)作工具串過程中出現(xiàn)異常，橋塞在3 986.98 m處坐封，進(jìn)行第一次鉆橋塞(鉆掉2個(gè)橋塞)；鉆橋塞后繼續(xù)進(jìn)行分層壓裂，自噴生產(chǎn)5個(gè)月后自噴能量不足，進(jìn)行了第二次鉆塞(鉆掉4個(gè)橋塞)。因井內(nèi)帶壓且無管柱，兩次鉆橋塞都采用了連續(xù)油管底帶鉆磨工具串進(jìn)行鉆橋塞作業(yè)。

表2 分段及橋塞數(shù)據(jù)表

二、連續(xù)油管鉆橋塞關(guān)鍵技術(shù)

1. 優(yōu)選連續(xù)油管尺寸

連續(xù)油管尺寸選擇主要取決于施工排量。足夠的排量不僅是保證螺桿鉆具正常工作，也是攜帶鉆屑返至地面的必須條件。相同工作液，連續(xù)油管尺寸越大，油管內(nèi)摩阻越小，相同排量下施工泵壓越低；油套環(huán)空體積截面積越小，工作液在油套環(huán)空的速度也就越快，鉆屑上返速度相應(yīng)加快，利于鉆屑返至地面防止卡管柱事故。綜上，GD14H井選用了外徑50.8 mm連續(xù)油管進(jìn)行作業(yè)。

2. 優(yōu)選鉆磨工具

連續(xù)油管鉆橋磨工具串一般為：連續(xù)油管+連接接頭+雙瓣式單流閥+安全接頭+震擊器+螺桿馬達(dá)+磨鞋。鉆磨效率主要跟磨鞋和螺桿馬達(dá)關(guān)系密切。

2.1 優(yōu)選?112 mm的平底磨鞋

磨鞋尺寸以小于套管內(nèi)徑8～10 mm為宜，既可以對(duì)鉆頭進(jìn)行扶正，又不易損傷套管。GD14H井油層套管內(nèi)徑121.36 mm，施工選擇?112 mm的磨鞋。

平底磨鞋在鉆磨橋塞時(shí)具有更大的接觸面積，受力更加均勻，在磨鞋底部硬質(zhì)合金塊較小，鉆磨產(chǎn)生的鉆屑細(xì)且均勻，有利于鉆屑的攜帶和返排。從鉆磨效果考慮，選擇平底磨鞋。

2.2 優(yōu)選?73 mm等壁厚螺桿馬達(dá)

通過性能對(duì)比，選擇了具有密封可靠、轉(zhuǎn)速低、扭矩大、使用壽命長(zhǎng)、耐高溫和耐沖擊等優(yōu)勢(shì)，適合深井、斜井和定向井內(nèi)作業(yè)的等壁厚螺桿馬達(dá)。結(jié)合GD14H井，選用外徑73 mm，馬達(dá)轉(zhuǎn)速167～589 r/min，最大扭矩628 N·m的等壁厚螺桿馬達(dá)。

3. 鉆橋塞工作液

鉆橋塞工作液主要有三大功能：①通過流動(dòng)為螺桿馬達(dá)提供扭矩，帶動(dòng)磨鞋作業(yè)；②攜帶鉆屑及井筒內(nèi)其它固體顆粒；③降低摩阻降低泵壓。

自主研發(fā)了鉆橋塞工作液：滑溜水做基液+0.5%胍膠，降阻率達(dá)到50%以上，提高降阻、攜屑能力。

4. 鉆屑處理

鉆屑處理不干凈，容易堵塞螺桿馬達(dá)，甚至導(dǎo)致卡鉆。采用兩種途徑處理鉆屑。

(1)地面出口流程上安裝捕屑器。用捕屑器對(duì)鉆磨橋塞產(chǎn)生的橋塞碎屑、膠皮進(jìn)行捕撈，有效避免返出物堵塞地面流程，起到對(duì)鉆磨液過濾進(jìn)行再利用。

(2)用?114 mm反循環(huán)打撈藍(lán)捕撈通徑。為防止鉆屑如膠皮、卡瓦等由于體積過大、過重?zé)o法被攜出井筒，采用?114 mm的反循環(huán)打撈籃進(jìn)行打撈，撈出碎屑，保持井筒干凈，反循環(huán)打撈籃長(zhǎng)1.15 m，起到對(duì)井筒進(jìn)行通徑作用。

5. 鉆塞參數(shù)控制

5.1 施工排量

根據(jù)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)及沉降公式計(jì)算可知，流體在紊流狀態(tài)下攜砂效果最好[4]。假設(shè)鉆屑是球形固體顆粒，它在紊流區(qū)(1000

(1)

式中：ρs—固體顆粒密度，g/cm3；ρ—液體密度，g/cm3；d—球形固體顆粒直徑，m；g—重力加速度，m/s2。

由水力學(xué)實(shí)驗(yàn)得出，顆粒的止動(dòng)返速與自由沉降速度關(guān)系為：當(dāng)井斜角α=90°時(shí)，止動(dòng)返速V=3Va，即水平位置時(shí)止動(dòng)返速最大，所以液體流速Vl>3Va時(shí)，才具有攜砂效果。

假設(shè)鉆塞液為紊流狀態(tài)的清水，鉆屑和支撐劑直徑分別為2 mm和0.6 mm，密度分別為1.9 g/cm3和3.3 g/cm3，它們的止動(dòng)返速分別0.685 m/s和0.6 m/s。根據(jù)紊流狀態(tài)雷諾數(shù)公式，鉆屑和支撐劑為?121.36 mm的套管內(nèi)，止動(dòng)返速時(shí)的雷諾數(shù)分別為82 554和72 310。利用?50.8 mm連續(xù)油管鉆塞時(shí)，環(huán)空的止動(dòng)返速排量分別為392 L/min和343 L/min。作業(yè)時(shí)鉆塞工作液具有一定黏度，止動(dòng)返速排量相對(duì)清水會(huì)大大降低。綜合考慮螺桿鉆具的最優(yōu)性能參數(shù)和返排攜屑效果，一般連續(xù)油鉆塞排量選擇360～450 L/min。

5.2 施工鉆壓

鉆橋塞時(shí)鉆壓越大，磨鞋切入橋塞越深，鉆屑也就越大，不利于鉆屑返出，增加卡鉆風(fēng)險(xiǎn)；且超負(fù)荷的扭矩輸出影響螺桿鉆具的使用壽命；鉆壓過小，磨鞋未吃入橋塞，切削效率低，鉆磨效率低。

水平段受井身結(jié)構(gòu)影響，鉆橋塞時(shí)拉力計(jì)不能真實(shí)反映連續(xù)油管懸重，鉆壓不易控制。一般按以下操作：下連續(xù)油管在水平段探得遇阻面后，上提大約15 m做提拉測(cè)試，記錄懸重?cái)?shù)據(jù)；再以小于5 m/min的速度下放連續(xù)油管，復(fù)探至遇阻位置，懸重下降500～800 kg進(jìn)行鉆磨橋塞。

5.3 施工泵壓

連續(xù)油管尺寸確定后，鉆橋塞時(shí)泵壓主要體現(xiàn)的是鉆磨液在連續(xù)油管內(nèi)的摩阻和鉆塞時(shí)的地層壓力。地層壓力越低、工作液降阻效果越好，施工泵壓也就越低。連續(xù)油管泵注清水時(shí)的摩阻可通過下面計(jì)算得出。

以外徑50.8 mm連續(xù)油管為例，內(nèi)徑為41.91 mm，長(zhǎng)5 800 m，排量450 L/min時(shí)管內(nèi)流速為5.43 m/s。連續(xù)油管可視為光滑管，雷諾數(shù)Re=2.26×105，根據(jù)摩阻系數(shù)符合尼庫拉則與卡門公式：

(2)

式中：λ—摩阻系數(shù)，無因次。

計(jì)算得出摩阻系數(shù)λ=0.0153。把λ代入摩阻計(jì)算公式：

(3)

式中：l—管柱長(zhǎng)度，m；d—管柱內(nèi)徑，m。

計(jì)算出連續(xù)油管的摩阻為Pf=31.2 MPa。

考慮連續(xù)油管內(nèi)屈服壓力，鉆塞時(shí)控制井口壓力小于10 MPa，循環(huán)泵壓小于45 MPa，施工安全，鉆磨效果好。鉆塞時(shí)應(yīng)控制泵壓在循環(huán)泵壓基礎(chǔ)上不超過5 MPa，防止損壞馬達(dá)。

5.4 回壓控制

對(duì)于地層能量高或者壓裂能量未完全釋放的情況，施工時(shí)應(yīng)合理的控制回壓，防止壓力激動(dòng)造成支撐劑的返吐，影響壓裂效果，增加卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。作業(yè)時(shí)應(yīng)在鉆塞液返出口用油嘴或針型閥控制回壓，保持進(jìn)出口排量的平衡。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在鉆磨過程中，保持出口排量大于進(jìn)口排量50 L/min，既有效防止支撐劑或地層砂因壓力激動(dòng)造成返吐，又利于加快壓裂殘液的返排；既保護(hù)儲(chǔ)層，又保證了工作液的攜屑能力。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

GD14H井第一次鉆橋塞施工前用油嘴控制放噴至井口壓力10 MPa后，在控制出口回壓9～10 MPa的情況下利用?50.8 mm連續(xù)油管帶鉆磨工具串，鉆壓4～5 kN,泵壓28～31 MPa，排量400～420 L/min，鉆磨掉了井內(nèi)2個(gè)橋塞，并鉆沖至人工井，地面捕屑器捕撈到返出鉆屑見圖1。再用連續(xù)油管帶?114 mm×1.15 m反循環(huán)打撈籃進(jìn)行捕撈通井，捕撈出井筒內(nèi)大塊膠皮及鑄鐵卡瓦參見圖2。

圖1 鉆塞返出鉆屑

圖2 撈出膠皮及卡瓦牙塊

第一次鉆塞、捕屑通井后，橋塞封層+射孔工具串順利下入并完成了分段壓裂。壓后自噴生產(chǎn)5個(gè)月后自噴能量不足，利用?50.8 mm連續(xù)油管鉆磨掉井內(nèi)4個(gè)橋塞，鉆壓5～8 kN,泵壓16～20 MPa，排量390～430 L/min。由于地層能量不足，本次鉆塞出口未控制回壓。

兩次鉆塞均一趟管柱完成，鉆塞情況詳見表3。施工中單個(gè)橋塞鉆磨用時(shí)最短30 min，最長(zhǎng)92 min，鉆磨單塞平均用時(shí)1.08 h，效率較高。

四、認(rèn)識(shí)與建議

(1)對(duì)于帶壓作業(yè)，連續(xù)油管鉆磨復(fù)合橋塞比普通油管或鉆桿底帶鉆磨工具串更為安全、高效、可靠。

表3 鉆塞參數(shù)表

(2)科學(xué)選擇鉆磨工具和工作液、優(yōu)化施工參數(shù)是高效鉆磨橋塞的關(guān)鍵，鉆磨單塞平均用時(shí)1.08 h。

(3)地面安裝捕屑器，起到過濾作用，工作液可以再利用。

(4)局部反循環(huán)打撈籃對(duì)清理井筒內(nèi)大塊鉆屑效果明顯，又起到對(duì)井筒通徑的作用。