頁(yè)巖氣井連續(xù)油管鉆塞技術(shù)研究應(yīng)用

金強(qiáng)

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心，江蘇 泰州 225300）

0 引言

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)需要對(duì)地層進(jìn)行分段改造以使產(chǎn)能最大化，壓裂規(guī)模和施工壓力較高。橋塞分段射孔工藝技術(shù)其電纜一趟入井即可完成橋塞坐封分隔已壓裂井段、分簇射孔打開(kāi)本井段壓裂通道等頁(yè)巖氣水平井井筒分段壓裂的井筒準(zhǔn)備工作，可鉆橋塞較高的承壓等級(jí)和可靠的封隔工藝較好地滿足了頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)水平井分段改造以期獲得較高產(chǎn)能的需要，改工藝技術(shù)已在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域廣泛應(yīng)用。

頁(yè)巖氣水平井完成數(shù)段壓裂施工后，采用連續(xù)油管快速鉆磨井筒內(nèi)全部橋塞并將橋塞碎屑洗出井筒以恢復(fù)井筒通徑，完成頁(yè)巖氣井生產(chǎn)前的井筒準(zhǔn)備工作。近年來(lái)，可溶橋塞逐步替代可鉆橋塞應(yīng)用于頁(yè)巖氣水平井筒的封隔分段?？扇軜蛉啾瓤摄@橋塞擁有可自然溶解的優(yōu)點(diǎn)，但因井況以及地層產(chǎn)出流體性質(zhì)差別，可能發(fā)生溶解不完全殘留固體塊堵塞井筒或井口油嘴等，仍需要采用連續(xù)油管下入橋塞鉆掃工具通井至人工井底[1]。

1 連續(xù)油管鉆塞工藝技術(shù)

連續(xù)油管鉆塞工藝技術(shù)關(guān)鍵是連續(xù)油管管柱優(yōu)選、井下工具優(yōu)選和組合、設(shè)備與液體的匹配等。

管柱的優(yōu)選是整個(gè)鉆塞工藝的靈魂，管柱優(yōu)選可以最大限度的保障鉆塞工藝施工的安全，將設(shè)備的能力發(fā)揮到最佳，同時(shí)管柱優(yōu)選又和井下工具、設(shè)備、液體綜合匹配，形成一個(gè)優(yōu)化的組合。最優(yōu)的井下工具組合是高效鉆塞的關(guān)鍵，可以減少管柱壽命損傷，提高施工效率。

1.1 連續(xù)油管優(yōu)選

管柱優(yōu)選主要是考慮管柱的疲勞壽命、抗拉強(qiáng)度、與液體配合的泵壓。

管柱施工過(guò)程中，油管曲率在3處發(fā)生6次變化：滾筒、鵝頸管及注入頭，井口處的油管柱曲率變化最為嚴(yán)重。減少管柱重復(fù)起下，是保證管柱壽命的重要方法。油管柱疲勞還與以下幾個(gè)方面有關(guān)：油管循環(huán)壓力、管柱鋼級(jí)、管柱外徑、管柱壁厚、管柱彎曲半徑及管柱焊接方式。

連續(xù)油管壽命是指管柱完整起下的次數(shù)。20MPa以上循環(huán)壓力下，不同鋼級(jí)的連續(xù)油管隨著循環(huán)壓力增加，其壽命呈大幅降低趨勢(shì)，因此，保護(hù)管柱的關(guān)鍵在于降低管柱循環(huán)壓力。隨著鋼級(jí)增加，連續(xù)油管抗疲勞壽命相應(yīng)增加如圖1，圖2所示。

圖1 管柱損傷的曲線圖

圖2 不同排量下的循環(huán)壓力與管徑的關(guān)系圖

同等施工排量下，管徑越大循環(huán)壓力就越小，管柱壽命越長(zhǎng)。φ2.375in連續(xù)油管無(wú)疑具有很好的先天優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)道路只能運(yùn)輸2.375in連續(xù)油管長(zhǎng)度4000m左右的盤(pán)管橇，但對(duì)于平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井4000～6200m井來(lái)說(shuō)無(wú)法發(fā)揮其作用。2in連續(xù)油管盤(pán)管可達(dá)6400m，可完成平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井鉆塞施工。

同等條件下，壁厚越大管柱壽命越強(qiáng)。但管壁越厚，管柱自身重量也相應(yīng)增加，現(xiàn)場(chǎng)管柱被卡后，目前設(shè)備可以實(shí)施的允許過(guò)拉噸位也相對(duì)較小。中間段落管柱損傷最嚴(yán)重。連續(xù)油管鉆塞過(guò)程中需要每鉆磨2個(gè)橋塞就必須進(jìn)行回掃一次井筒，保證橋塞碎屑返出井口或是減少井筒狗腿部的碎屑堆積。

綜上所述，優(yōu)選管徑2in的變徑連續(xù)油管用于平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井鉆塞，同一根連續(xù)油管，0～2000m壁厚不低于4mm，2000m以上壁厚不低于4.45mm[2]。

1.2 井下工具優(yōu)選

井下工具優(yōu)選的關(guān)鍵是馬達(dá)和磨鞋。

1.2.1 馬達(dá)優(yōu)選

系統(tǒng)分析平橋南區(qū)塊的鉆塞情況，優(yōu)選使用φ73等壁厚螺桿高扭矩馬達(dá)，適用φ139.7套管，扭矩1400N·m，排量350-420L/min。

該型馬達(dá)定子橡膠受熱均勻，耐磨性能佳，動(dòng)力強(qiáng)勁，不宜憋泵，小排量有利于降低泵壓，保護(hù)管柱。有效工作時(shí)間150h以上，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用單支最多鉆磨了31個(gè)橋塞。

1.2.2 磨鞋優(yōu)選

磨鞋在橋塞鉆磨過(guò)程中，邊緣部分最容易磨蝕。

目前使用的可鉆橋塞均為投球式中空橋塞，選用中間凹，四周凸、不規(guī)則鑲齒的磨鞋，極大地提高了橋塞鉆磨效率。

未溶的可溶橋塞可鉆性差，選擇進(jìn)口的硬質(zhì)合金φ108平底磨鞋，減小碎屑體積，避免返出困難易卡鉆等問(wèn)題，避免頻繁短起循環(huán)；溶解較好的可溶橋塞，選用φ105的平度或凹底磨鞋，鉆磨速度較快，有效縮短鉆塞時(shí)間，提高施工效率。

對(duì)于單井橋塞數(shù)量較多的井，可以采用一新磨鞋加一修復(fù)磨鞋的搭配使用方式，最大程度的達(dá)到最優(yōu)性價(jià)比。

1.3 連續(xù)油管輸送設(shè)備優(yōu)選

連續(xù)油管彎曲半徑越小，彎折越厲害，壽命損傷越嚴(yán)重，如圖3，圖4所示。

圖3 30MPa內(nèi)壓下鵝頸管半徑、鋼級(jí)與CT壽命圖

圖4 30MPa內(nèi)壓下芯軸直徑、鋼級(jí)與CT壽命圖

因此，對(duì)于連續(xù)油管設(shè)備來(lái)說(shuō)，考慮運(yùn)輸和管柱壽命節(jié)約，鵝頸管：100in（CT壽命）芯軸：95in（CT壽命、運(yùn)輸），5-1/8”四閘板防噴器和4-1/16”液壓防噴盒。

1.4 鉆磨液體

鉆磨滑溜水粘度40mPa·s以上，鉆磨膠液粘度60mPa·s以上。循環(huán)壓力=井口壓力+工具壓降+液體摩阻。一般平橋南井口壓力=20MPa；工具串壓降=5MPa；循環(huán)壓力越低，管柱壽命越長(zhǎng)，在井口壓力和工具壓降為額定時(shí)，降低液體摩阻是唯一關(guān)鍵。液體摩阻和液體性能有關(guān)，一般選擇降阻性能較好的壓裂液（滑溜水或膠液）。降阻性能達(dá)到清水摩阻的20%～30%。

鉆塞過(guò)程中，井底磨屑上返過(guò)程中將三個(gè)階段，為水平段（大于60°）、斜井段（30-60°）和直井段（0-30°）。三個(gè)不同井段的磨屑上返流動(dòng)方式也不一樣。

液體摩阻與泵注的排量有關(guān)，排量越大，沿程壓力損失越大。在優(yōu)選使用φ73等壁厚螺桿高扭矩馬達(dá)情況下，最優(yōu)鉆磨作業(yè)排量為400L/min。現(xiàn)場(chǎng)鉆磨施工中應(yīng)盡可能選用工作排量400L/min，使馬達(dá)的扭矩和轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳狀態(tài)，同時(shí)達(dá)到足夠的返屑能力。

2 鉆塞復(fù)雜情況處理

連續(xù)油管鉆塞時(shí)，可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況比較多，比如卡鉆、久鉆無(wú)進(jìn)尺、井口壓力突增、井口失返、套管變形、管柱自鎖等。

2.1 久鉆無(wú)進(jìn)尺

（1）施加鉆壓時(shí)，懸重下降，泵壓無(wú)變化。將工具起出井口，將馬達(dá)和磨鞋更換為噴嘴。一是可循環(huán)沖洗清除沉砂，二是可推送該橋塞至下一個(gè)橋塞面，若推不動(dòng)橋塞，則通過(guò)震擊器將橋塞與橋塞底部砂體壓實(shí)，以穩(wěn)固橋塞，為后續(xù)鉆塞做準(zhǔn)備[3]。

（2）施加鉆壓時(shí)，懸重下降，泵壓急劇上升。更換為沖洗工具串，打膠液段塞，大排量洗井并充分循環(huán)，再更換馬達(dá)和磨鞋進(jìn)行后續(xù)鉆磨。

2.2 井口壓力突增

密切關(guān)注井口壓力變化，鉆磨施工出現(xiàn)異常井口高壓（馬達(dá)被超壓憋停），應(yīng)立即關(guān)小返排出口，防止鉆磨工具串下部壓裂砂大量上返，同時(shí)以最小排量起泵，保證管柱及工具一直循環(huán)，若泵壓允許可以增大排量。若上提遇卡，則按照解卡步驟進(jìn)行解卡，若上提正常，應(yīng)緩慢上提管柱，防止卡管，同時(shí)增大排量。將上部井筒洗凈，且井口壓力恢復(fù)正常后，進(jìn)行后續(xù)橋塞鉆磨施工。

2.3 油管自鎖

通過(guò)泵注金屬降阻劑至油套環(huán)空，能夠降低連續(xù)油管與套管內(nèi)壁金屬之間的摩擦系數(shù)，以達(dá)到通過(guò)自鎖段的目的。

使用水力振蕩器，通過(guò)泵車(chē)開(kāi)泵停泵，壓力變化產(chǎn)生的激動(dòng)，帶動(dòng)其產(chǎn)生縱向和徑向的抖動(dòng)力，從而使油管向前移動(dòng)，效果比較明顯。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

選用φ2＂、壁厚0.175-0.188＂變徑，鋼級(jí)TS-110的連續(xù)油管，最大提升力為45t的連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，優(yōu)選的高效長(zhǎng)壽命馬達(dá)及改進(jìn)的凹底磨鞋，較好地適應(yīng)平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井橋塞鉆磨需求。

鉆塞工具串：鉚釘式連接器+馬達(dá)頭總成+震擊器+水力振蕩器（選擇使用）+液壓馬達(dá)+高效磨鞋。

從表1可得出，使用該鉆磨工具串能夠完成頁(yè)巖氣井可溶橋塞的鉆磨施工。除了連續(xù)油管設(shè)備及工具串的對(duì)鉆塞時(shí)效的影響外，一般情況下，燜井時(shí)間越長(zhǎng)，鉆磨時(shí)間短；井斜越小，鉆磨時(shí)間也越短[4]。

表1 可溶橋塞鉆塞施工耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表

焦頁(yè)3#井，在第一次鉆磨時(shí)由于燜井時(shí)間僅有48h，且由于鉆磨前全封橋塞中芯桿堵頭未能打通，導(dǎo)致橋塞溶解度低，鉆磨困難，3個(gè)橋塞平均鉆時(shí)達(dá)到200min。在第二次上井后，地層已打通，且燜井時(shí)間也有240h，但由于井斜以及方位角等因素，出現(xiàn)了油管自鎖，無(wú)法繼續(xù)鉆塞的情況下，在管柱中增加了水力振蕩器，順利的將全井橋塞全部鉆除，11個(gè)橋塞平均鉆時(shí)88min[5]。

勝頁(yè)1#井，井斜角達(dá)到了104.6°，井底水平段呈上翹形態(tài)，即便是使用金屬減阻劑+水力振蕩器，也未能提高平均鉆時(shí)。

對(duì)于平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井使用的可溶橋塞，時(shí)間允許的情況，盡可能使用KCl溶液進(jìn)行浸泡，延長(zhǎng)燜井時(shí)間，以達(dá)到可溶橋塞的設(shè)計(jì)溶解率[6-7]。浸泡時(shí)間長(zhǎng)也有利于連續(xù)油管通井鉆磨施工，提高施工時(shí)效。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)選的連續(xù)油管、動(dòng)力設(shè)備、井口裝置及鉆塞工具組合能較好地滿足平橋南區(qū)頁(yè)巖氣井橋塞鉆磨需要。

根據(jù)可溶橋塞的材質(zhì)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化了鉆磨橋塞工藝，確定了鉆塞馬達(dá)及磨鞋選型，提高了鉆塞時(shí)效。

理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定了鉆磨液體與鉆塞工具的匹配以及最佳工作排量。

形成了復(fù)雜情況下的連續(xù)油管施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工法。