連續(xù)油管鉆磨橋塞工藝在克拉瑪依瑪湖區(qū)塊的應(yīng)用

陳先昊，盧 超

（中石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，河南 鄭州 450000）

目前，新疆克拉瑪依瑪湖區(qū)塊采用的壓裂工藝以水力泵送橋塞-射孔聯(lián)作為主，即用連續(xù)油管帶射孔槍下入井底，打開第一級射孔層后起出射孔槍，進行第一層套管壓裂；在第一層壓裂結(jié)束后電纜帶橋塞和射孔槍下入井內(nèi)，通過電纜泵注的方式推動橋塞和射孔槍到達預(yù)定坐封位置點火坐封橋塞，橋塞丟手后上提射孔槍到達射孔目的層射孔；完成射孔后起出射孔槍進行套管壓裂。重復(fù)上述過程，直至整個水平井壓裂完成后，采用連續(xù)油管底帶磨鞋鉆除井內(nèi)橋塞，恢復(fù)全井筒通徑。

該區(qū)塊的鉆塞井均為井深4500～6000m、水平段長1200～1900m的長水平段超深井，為油井、自噴井，鉆塞作業(yè)時施工風(fēng)險大，極易造成卡鉆事故。為解決這一問題，文章從橋塞類型、工具組成、施工參數(shù)、鉆屑控制等方面入手，探討連續(xù)油管鉆磨橋塞工藝在克拉瑪依瑪湖區(qū)塊的應(yīng)用。

1 連續(xù)油管鉆磨橋塞工藝

1.1 工藝簡介

連續(xù)油管鉆塞工藝是一種把2”外徑的連續(xù)油管作為鉆磨液體的輸送載體，以螺桿鉆具作為動力驅(qū)動裝置，以磨鞋作為切削工具的鉆磨橋塞工藝。基本施工工藝：利用連續(xù)油管作為輸送工具和通道，在其下部安裝專用工具，通過泵車從連續(xù)油管內(nèi)部泵送液體驅(qū)動螺桿馬達高速旋轉(zhuǎn)，帶動磨鞋將橋塞磨碎，再通過液體循環(huán)和打撈工具將碎屑撈出。重復(fù)上述過程直至鉆除全部橋塞。

該工藝的優(yōu)點：（1）可以在不接單根的情況下連續(xù)鉆進，很好地避免了在水平井鉆塞作業(yè)過程中存在的因接單根引起的卡鉆風(fēng)險；（2）連續(xù)油管設(shè)備簡單輕便、污染小；（3）施工周期短、施工效率高；（4）相比于常規(guī)油管鉆塞，對井筒的傷害?。唬?）作業(yè)輕松、節(jié)省人力。

1.2 技術(shù)難點

在連續(xù)油管鉆磨橋塞施工中與鉆磨效率直接相關(guān)的因素包括橋塞的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)、井下工具、施工參數(shù)以及鉆屑的控制。對于連續(xù)油管施工來說，橋塞是不可控制因素。因此，技術(shù)難點就主要體現(xiàn)在井下工具的使用、施工參數(shù)的選取和鉆屑的控制方面。

（1）井下工具。連續(xù)油管鉆磨作業(yè)中是通過磨鞋與硬物直接接觸進行磨銑，因此磨鞋的強度要滿足橋塞磨銑性能的要求；并且螺桿鉆具的輸出扭矩要足夠，壓降性能穩(wěn)定，使其磨銑的連續(xù)性較好，以降低卡鉆風(fēng)險。因長水平段施工中，隨著水平段長度的增加，井內(nèi)連續(xù)油管重量逐漸增加，導(dǎo)致爬行困難，此時需在工具組成中加入一根水力振蕩器，增加爬行動力。

（2）施工參數(shù)。過小的排量導(dǎo)致前方磨鞋旋轉(zhuǎn)動力不足無法將橋塞磨碎，且油套環(huán)空上返流速不夠以至于無法將碎屑帶至地面，導(dǎo)致碎屑下沉產(chǎn)生卡鉆風(fēng)險；而過大的排量會導(dǎo)致磨鞋晃動過大破壞套管內(nèi)壁，且研磨橋塞受力不均大大減少磨鞋和螺桿鉆具使用壽命、降低鉆磨效率。過小的鉆壓達不到鉆磨效果，過大的鉆壓會帶來螺桿鉆具損壞、芯軸落井的風(fēng)險，并且導(dǎo)致研磨碎屑過大無法帶出地面。

（3）鉆屑控制。在施工中，井內(nèi)鉆屑過多會導(dǎo)致磨鞋無法直接接觸橋塞，延長作業(yè)時間，減低施工效率。水平段的鉆屑下沉?xí)斐煽ㄣ@風(fēng)險。磨鞋與套管內(nèi)壁之間的間隙一般為6～8mm，若橋塞上的卡瓦部件卡在磨鞋與套管之間，也會造成卡鉆。目前的鉆屑控制方法有控制排量，利用環(huán)空上返的液體將鉆屑帶出地面及利用打撈工具打撈鉆屑。根據(jù)不同材質(zhì)的橋塞所使用的打撈工具有所不同。

2 鉆磨橋塞工具

連續(xù)油管鉆磨橋塞井下工具組合：油管+連接器+馬達頭總成+水力振蕩器+螺桿馬達+磨鞋。其中，起關(guān)鍵性作用的是與橋塞直接接觸的磨鞋和為鉆磨提供動力的螺桿鉆具，通過二者的相互配合實現(xiàn)對橋塞的切削鉆進。因此選擇合適的螺桿鉆具和磨鞋至關(guān)重要。

2.1 磨鞋

磨鞋主要分為刮刀式、牙輪式、硬質(zhì)合金式3種類型，硬質(zhì)合金式磨鞋包含有凹底式和平底式2種。選擇磨鞋的原則：（1）磨鞋的強度高、耐磨性強；（2）切削能力適中；（3）研磨性好[1]。另外，不宜選用凹底磨鞋，凹底磨鞋在研磨時因無法與橋塞充分接觸，所以無法達到最佳的研磨效果；不宜選用刃數(shù)較少的磨鞋，否則在研磨過程中較容易產(chǎn)生大尺寸磨屑從而影響翻拍和打撈效果，造成返路堵塞；不宜選用刀翼強度較低的磨鞋，否則在鉆磨強度較高的材料時容易造成磨鞋的反向磨損，加速磨鞋的損壞[2]。另外，選擇磨鞋時，磨鞋外徑應(yīng)小于套管內(nèi)徑6～8mm，減少對套管的傷害。

通過上述分析，最終優(yōu)選5翼硬質(zhì)合金鑲齒平地磨鞋（見圖1）。該磨鞋不僅動密封和靜密封承壓較高，特別適用于克拉瑪依瑪湖區(qū)塊的自噴井橋塞鉆磨，并且可以確保與橋塞的接觸面大，保證截面受力均勻，同時側(cè)面帶有液體過流通道，有利于鉆屑上返。

2.2 螺桿鉆具

螺桿鉆具作為鉆磨作業(yè)的動力來源，對其有如下幾點要求：（1）輸出扭矩足夠；（2）鉆磨連續(xù)性好，不容易卡鉆；（3）螺桿鉆具的鉆速應(yīng)適中[2]。

結(jié)合新疆克拉瑪依瑪湖區(qū)塊鉆塞井的實際情況，油層套管多為外徑φ127mm，壁厚11.1mm，內(nèi)徑φ104.8mm，宜采用φ98mm磨鞋配φ73mm或φ79mm的螺桿鉆具，螺桿鉆具型號分別為5LZ73×7.0-3和7LZ79×7.0-4。

螺桿鉆具轉(zhuǎn)子的頭數(shù)越少，轉(zhuǎn)速越高，扭矩越小；頭數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，扭矩越大。馬達的理論輸出扭矩和馬達壓降成正比，輸出轉(zhuǎn)速與輸入液體流量成正比，隨著負(fù)荷的增加鉆具轉(zhuǎn)速降低。在實際應(yīng)用中可根據(jù)施工井的實際情況擇優(yōu)選擇。

2.3 水力振蕩器

水利振蕩器是通過改變內(nèi)部流體變化情況，使得工具產(chǎn)生振動，從而帶動整個作業(yè)管柱振動，起到減磨降阻的作用，增加下入深度。在新疆克拉瑪依瑪湖區(qū)塊的長水平段施工中，由于井內(nèi)水平段油管過長，質(zhì)量過大引起的爬行困難有助推作用，能有效降低因爬行困難造成的“自鎖”效應(yīng)，對于鉆屑沉積過多引起的卡鉆也有緩解作用。

3 鉆磨參數(shù)選擇

3.1 排量

螺桿鉆具的鉆速與排量成正比。若排量太小，螺桿鉆具會時轉(zhuǎn)時停，不僅無法達到研磨橋塞的效果，并且環(huán)空上返流速不夠，對鉆屑的舉升力不夠造成鉆屑下沉引起卡鉆；太大的排量會使螺桿鉆具鉆速過快，晃動劇烈，損壞套管和磨鞋，并且有螺桿鉆具芯軸倒扣的風(fēng)險，造成芯軸脫落。

在確定施工排量的時候，首先根據(jù)施工井的情況確定磨鞋的尺寸，根據(jù)磨鞋的尺寸可以確定使用的螺桿鉆具，不同的螺桿鉆具對應(yīng)不同的最佳排量區(qū)間。在排量區(qū)間中選擇時，原則是輸出轉(zhuǎn)速與輸入液體流量成正比，隨著負(fù)荷的增加鉆具轉(zhuǎn)速降低，以此可以選出最優(yōu)施工排量。

3.2 鉆壓

施工中鉆壓與橋塞的鉆磨效果直接相關(guān)，過大的鉆壓會使橋塞發(fā)生撕裂，產(chǎn)生大塊碎屑，引發(fā)循環(huán)攜帶問題，大塊的鉆屑無法向井口運移在井內(nèi)某處堆積、聚集形成卡鉆，并且螺桿馬達有被憋停的風(fēng)險，大大影響使用壽命；過小的鉆壓無法達到鉆磨效果，影響施工效率。鉆磨施工中應(yīng)遵循“低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、小進尺”的思路[3]?？死斠垃敽^(qū)塊使用的施工鉆壓經(jīng)驗值為5～15kN。

3.3 井口壓力

井口壓力也是鉆塞施工中的一項重要指標(biāo)。井口壓力過高會將井內(nèi)循環(huán)液憋入壓開的地層，降低井液上返動力，在對循環(huán)液造成浪費的同時，也降低了循環(huán)液的攜屑能力，產(chǎn)生卡鉆風(fēng)險。井口壓力過低會使地層吐砂，造成如下后果：（1）壓裂砂迅速上返，刺壞地面流程，帶來井控風(fēng)險；（2）壓裂砂在井內(nèi)堆積，掩埋工具；（3）使近井地帶壓裂通道閉合，影響壓裂效果。

理論上，隨鉆塞深入，井口壓力呈現(xiàn)升高的趨勢，而井口壓力控制應(yīng)遵循“欠平衡”原則，減少施工過程對地層的傷害。與此同時，做到“壓而不死、活而不噴”。

4 鉆屑控制

4.1 鉆屑的特點

在鉆磨橋塞施工現(xiàn)場實際中發(fā)現(xiàn)，鉆磨產(chǎn)生的碎屑基本上可以歸結(jié)為如下幾類：小顆粒橡膠屑（見圖2）、大顆粒橡膠屑（見圖3）、均質(zhì)金屬碎屑（見圖4）、條帶狀金屬碎屑。

筆者將井內(nèi)鉆屑的返出順序總結(jié)為3個階段（見表1）。第一階段為循環(huán)上返階段，第二階段為上提掃屑階段，第三階段為強磁打撈階段。在第一階段，小顆粒橡膠碎屑會隨井內(nèi)返出物一起返出地面，通過捕屑器捕捉在濾網(wǎng)中；大顆粒橡膠屑是在第二階段上提掃屑時隨工具上提循環(huán)返出，通過捕屑器捕捉；前兩個階段只能見少量小碎塊金屬碎屑；均質(zhì)的大顆粒金屬鉆屑是在第三個階段通過強磁打撈器，或文丘里打撈籃打撈出井，打撈上來的碎屑顆粒中會偶見少量條帶狀金屬細(xì)絲碎屑。

圖2 含小顆粒橡膠屑的返出物

圖3 大顆粒橡膠屑

4.2 現(xiàn)有的除屑方法

鉆磨通過多個橋塞后產(chǎn)生大量碎屑，因磨鞋與套管內(nèi)壁空間間隙窄，大量鉆屑會堆積在磨鞋前方，被磨鞋推進擠壓向下一級橋塞，少量鉆屑會穿過磨鞋均勻沉降分布在水平段底部，有的鉆屑會隨循環(huán)液沖擊停留到造斜點處。這樣越鉆磨到后面的橋塞，磨鞋的轉(zhuǎn)動阻力越大，并且與橋塞的接觸面越小，還會對磨鞋地面硬質(zhì)合金造成磨損。

現(xiàn)有的清除鉆屑的方法是在每鉆磨一級橋塞后泵入5～10m3高黏度的瓜膠液，利用瓜膠液的黏性帶出一部分鉆屑；每鉆掉兩級橋塞就短起下鉆掃屑一次，該階段泵入瓜膠液，利用瓜膠液的黏性和短起下鉆的階段性沖力清除鉆屑；每鉆掉5～7個橋塞就更換一次打撈工具打撈，隨著鉆磨深入，打撈頻次增多。根據(jù)井內(nèi)橋塞的特性選擇打撈工具，全復(fù)合橋塞選用強磁打撈棒打撈，超級合金橋塞和速鉆橋塞使用文丘里打撈籃打撈。鉆屑的清除程度直接影響了鉆磨效率。

5 結(jié)論

（1）施工前應(yīng)先根據(jù)井內(nèi)情況、橋塞的性質(zhì)選擇合適的鉆磨工具，螺桿鉆具和磨鞋是關(guān)鍵。

圖4 均質(zhì)金屬碎屑（含卡瓦碎屑）

表1 鉆屑相關(guān)數(shù)據(jù)

（2）克拉瑪依瑪湖區(qū)塊為長水平段深井或超深井，隨著鉆磨深入可能會造成連續(xù)油管井內(nèi)爬行困難，甚至引起自鎖，可以安裝水力振蕩器緩解，必要時候可配注濃度為2%的管間降阻劑。

（3）施工參數(shù)設(shè)置中，應(yīng)根據(jù)井筒和工具情況選擇合適的排量，鉆壓應(yīng)遵循“低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、小進尺”的原則逐步深入、持續(xù)作業(yè)，井口壓力控制不宜過大或過小，否則都有可能影響施工效果。

（4）鉆屑分4種類別，在3個階段排出。鉆屑的清除程度直接影響鉆磨的效果，所以應(yīng)盡可能減小鉆屑的影響。