江蘇油田頁巖油水平井可溶橋塞鉆磨工藝實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

葉 紅，李漢周，謝善霖

（中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院,江蘇揚(yáng)州 225009）

HY1HF 井分22 段實(shí)施分段壓裂,施工排量為17～18 m3/min,施工壓力為64.5～104.9 MPa,總液量為8 9712.3 m3,總砂量2 356.7 m3。壓后采用2 mm油嘴放噴返排,返排即見油,但壓力下降快。分析認(rèn)為井筒橋塞未完全溶解,實(shí)施鉆磨橋塞作業(yè)后,壓力下降變緩,鉆塞前平均每采1 000 m3液壓力下降4.63 MPa,每單位返排率平均壓力下降5.9 MPa,鉆塞后平均每采1 000 m3液壓力下降0.66 MPa,每單位返排率平均壓力下降0.62 MPa；鉆塞后彈性產(chǎn)率增大,由鉆塞前220 t/MPa 增大到1 540 t/MPa；同時(shí),鉆塞后各層段動(dòng)用相對(duì)均衡,因此,頁巖油井壓后放噴投產(chǎn)后期必須采取鉆磨橋塞工藝來提高油井產(chǎn)能。

1 前期鉆磨橋塞存在的問題

統(tǒng)計(jì)HY1HF井鉆磨橋塞施工的磨銑時(shí)間,該井共鉆磨21 個(gè)橋塞,平均綜合單個(gè)橋塞磨銑時(shí)間為116 min,遠(yuǎn)高于其它油田的31 min,磨銑效率偏低。分析認(rèn)為,一是選用磨鞋直徑偏小,導(dǎo)致橋塞碎塊大,不易沖洗出來；二是螺桿鉆動(dòng)力不足,磨銑時(shí)間增加；三是鉆磨液攜砂不強(qiáng),產(chǎn)生重復(fù)磨銑；四是未使用水力振蕩器,水平段鉆壓無法控制。

針對(duì)上述問題,借鑒其它油田施工經(jīng)驗(yàn),優(yōu)選鉆磨參數(shù)、工具,篩選鉆磨液體系,優(yōu)化鉆塞管柱設(shè)計(jì),同時(shí)提出鉆塞施工操作規(guī)范,為鉆磨水平井橋塞提供切實(shí)可行的技術(shù)方案。

2 鉆磨橋塞工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 鉆具及磨鞋優(yōu)選

采用的井下動(dòng)力鉆具組合為：連續(xù)油管接頭+雙回壓閥+液壓丟手+雙啟動(dòng)循環(huán)閥+雙向震擊器+螺桿馬達(dá)+磨鞋。

螺桿馬達(dá)：對(duì)比選用大功率（1 490 N·m）、高轉(zhuǎn)速（250～500 r/min）、能連續(xù)工作200 h 以上的高效螺桿馬達(dá)。

水力振蕩器：在水平段施工中,針對(duì)井深加深,長(zhǎng)水平段長(zhǎng)、摩阻扭矩大、定向托壓、井底溫度高等復(fù)雜情況,采用水力振蕩器,能有效地穩(wěn)定工具面、降低摩阻,解決長(zhǎng)水平井定向托壓難題,提高機(jī)械鉆速。

高效磨鞋：田明工作室自行設(shè)計(jì)的高效雙向防卡磨鞋采用5 翼PDC 鑲齒,切削能力強(qiáng),研磨性好,本體采用縮徑設(shè)計(jì),可通過較大橋塞碎塊,同時(shí)具有雙向磨銑功能,避免上提卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 鉆壓選擇

連續(xù)油管鉆磨橋塞過程中,可根據(jù)油管懸重和地面泵壓來確定鉆壓的大小?？偨Y(jié)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況,隨著鉆壓的提高,雖然可短時(shí)間內(nèi)提高鉆磨速度,但是產(chǎn)生的磨屑尺寸較大,不易返排,易形成卡堵；另外容易聚集到磨鞋底部,造成反復(fù)鉆磨,引起跳鉆,導(dǎo)致磨鞋底部切削齒掉落,使磨鞋的切削能力減弱,從而撕扯復(fù)合橋塞的橡膠,產(chǎn)生更大的磨屑,如此反復(fù),形成惡性循環(huán)［1］。對(duì)比SD1、QY1HF 及HY1HF 鉆磨施工情況,采用“低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)尺”設(shè)計(jì)思路,將橋塞鉆磨成細(xì)小的碎屑,便于鉆磨液攜帶返出井口。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),綜合推薦鉆壓為0.5～1.5 t［2］。

2.3 排量選擇

排量是連續(xù)油管鉆磨橋塞作業(yè)最重要的參數(shù)之一,不僅關(guān)系到螺桿鉆的工作性能,而且關(guān)系到鉆磨效率和攜屑效果。在HY1HF 井捕屑器濾網(wǎng)中發(fā)現(xiàn),鉆磨過程中最先上返至地面的是復(fù)合材料屑和小尺寸橡膠,隨后是金屬碎屑和砂返出,說明磨屑的返出規(guī)律與其密度大小成反比［3］。取可溶橋塞碎塊（2.5 mm×2 mm）及膠皮做沉降實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表1。

表1 橋塞碎塊、膠皮沉降速度 m/s

可溶橋塞密度為1.9 g/cm3,石英石堆積密度為1.7 g/cm3,最大粒徑的石英石下沉速度為0.393 m/s,通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了橋塞碎屑和壓裂砂具有相同的沉降速度。

采用牛頓-雷廷格計(jì)算法分別計(jì)算直井段砂粒沉降速度、斜井段環(huán)空止動(dòng)返速和水平段砂粒的瞬時(shí)啟動(dòng)流速,獲得砂粒的瞬時(shí)啟動(dòng)流速,計(jì)算直井段、斜井段、水平段不同階段排量［4］,結(jié)果表明,直井段最小排量為2AV（2×油套環(huán)空截面積×沉降速度）,水平段最小排量為3AV,根據(jù)H2CHF 井、HY3HF 井的油套環(huán)空容積,計(jì)算得出最小排量,如表2所示。

表2 水平段最小排量計(jì)算結(jié)果 L/min

3 鉆磨液體系篩選

由于水平段鉆磨液的上返方向和碎屑沉降方向近乎呈90°夾角,所以鉆磨液流速不再是攜屑能力的決定因素,鉆磨液的性能起更重要的作用。因此鉆磨液必須具備一定黏度,以達(dá)到一定的懸浮能力,同時(shí)要具有一定的潤(rùn)滑性,以降低連續(xù)油管的內(nèi)摩阻［5］。通過多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析,參考其它油田經(jīng)驗(yàn),選用壓裂用聚合物稠化劑體系,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07%～0.15%。

4 在線配液及循環(huán)利用

根據(jù)循環(huán)排量,選用2 m3/min 的配液撬,配套1.6 L/min 的點(diǎn)滴泵；增加4 個(gè)沉降罐,500 m3水囊,通過沉降隔離,把返出液中的碎屑和原油分離出來,達(dá)到循環(huán)使用標(biāo)準(zhǔn)［6］。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在HY1HF 井施工的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化鉆磨施工參數(shù)及配套設(shè)施后,H2CHF 井、HY3HF 井單個(gè)鉆磨橋塞時(shí)間比HY1HF降低45%（見表3）,HY3HF嚴(yán)格執(zhí)行短起下標(biāo)準(zhǔn),無任何卡鉆事故。

表3 鉆磨橋塞時(shí)間對(duì)比統(tǒng)計(jì) min

H2CHF 井壓后放噴生產(chǎn),日產(chǎn)液75 m3,日產(chǎn)油18.7 t。鉆塞后產(chǎn)油量逐漸增加,目前日產(chǎn)油穩(wěn)定在43 t。

HY3HF 井壓后放噴生產(chǎn),日產(chǎn)液77 m3,日產(chǎn)油1.4 t,鉆塞后產(chǎn)油量逐漸增加,目前日產(chǎn)油穩(wěn)定在26 t。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)頁巖油水平井特點(diǎn)及水平井鉆塞工藝原理,對(duì)連續(xù)油管鉆塞施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,配套碎屑大小控制技術(shù)、碎屑返排技術(shù)、鉆塞管柱減阻技術(shù)和橋塞碎屑打撈技術(shù)。

（2）利用鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)和上下活動(dòng)管柱,破壞砂床,使井筒內(nèi)的攜砂液保持均勻的流變性,改善沖洗效果,同時(shí)可以攪動(dòng)井底沉砂,提高沖洗效率。

（3）采用高效雙向防卡磨鞋和凹面大直徑磨鞋,有效控制碎屑大小,避免上提卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

（4）選用黏度4.5 mPa·s、質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%的減阻劑,降低鉆磨液的摩阻,同時(shí)提高攜砂能力。

（5）應(yīng)用鉆塞液閉式循環(huán)地面流程,實(shí)現(xiàn)高壓連續(xù)施工,降低鉆塞液的使用量。

（6）采用高效螺桿鉆具+水力振蕩器,產(chǎn)生縱向振動(dòng)提高鉆壓,減少摩阻,在鉆塞液中加入金屬減阻劑,降低“自鎖”現(xiàn)象的發(fā)生。

（7）確定每鉆磨3 個(gè)橋塞后短起下大排量循環(huán)洗井的安全操作規(guī)范,避免卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。