孫兆巖， 盧秀德， 管 彬， 代 清， 岳 明

(1中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司 2中國(guó)石油川慶鉆探頁(yè)巖氣勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部)

川渝地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造手段以易鉆式橋塞分段壓裂后，使用連續(xù)油管鉆除坐封橋塞為主。目前川渝地區(qū)頁(yè)巖氣平臺(tái)較多井深大于5 000 m，水平段長(zhǎng)大于1 500 m。對(duì)于超深、長(zhǎng)水平段井多呈現(xiàn)井眼軌跡復(fù)雜、狗腿度大、井斜角大、上傾嚴(yán)重的特點(diǎn)，給連續(xù)油管作業(yè)帶來(lái)較大困難，導(dǎo)致連續(xù)油管無(wú)法下入指定深度，鉆壓傳遞效率低，鉆屑返排效率低，在井內(nèi)大量堆積形成橋段，遇阻遇卡事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響頁(yè)巖氣平臺(tái)井整體改造效率，施工周期延長(zhǎng)，投資成本增大。

一、連續(xù)油管鉆磨技術(shù)難點(diǎn)

就目前頁(yè)巖氣儲(chǔ)層改造而言，連續(xù)油管鉆磨技術(shù)的應(yīng)用存在以下難題：①連續(xù)油管由于“螺旋鎖定”無(wú)法下入指定層位，如圖1所示；②工具管串組合有待進(jìn)一步優(yōu)化；③鉆后碎屑返排效果差；④環(huán)保及成本未得到有效控制；⑤鉆磨時(shí)效性仍有較大提升空間；⑥壓裂初期儲(chǔ)層保護(hù)。

提出以下技術(shù)措施：①降低連續(xù)油管與套管間的摩擦阻力，推廣錐形管技術(shù)以及鉆磨串增加水力振蕩器工具，能夠有效延長(zhǎng)連續(xù)油管下入深度；②鉆磨管串上增加阻隔式清潔工具，可大排量循環(huán)洗井，提升碎屑返排率。大排量洗井時(shí)可向清潔工具內(nèi)投球，阻隔馬達(dá)工作，延長(zhǎng)馬達(dá)有效工作時(shí)間。鉆磨過程中使用清潔工具進(jìn)行洗井，可減少更換螺桿馬達(dá)工具帶來(lái)的工效損耗以及單獨(dú)洗井工序，整體效率得到較大提升。

圖1 螺旋鎖定

二、錐形連續(xù)管技術(shù)

錐形管技術(shù)相比單一外徑的普通連續(xù)油管，管柱下入深度可以提高30%[1]。錐形管優(yōu)點(diǎn)在于：①其井底部分的外徑和壁厚較小，而臨近井口部分的外徑和壁厚較大，抗拉強(qiáng)度大，可使連續(xù)管進(jìn)入更深目的層；②外徑與普通油管一致情況下，管體總體重量輕于普通管柱，控制總體重量的基礎(chǔ)上，增加了連續(xù)油管深度下入的可能。

1.影響因素

影響連續(xù)油管下入深度的主要因素包括：①井筒條件(套管變形程度、套管內(nèi)壁摩阻系數(shù))；②井眼軌跡(井斜角、方位角、狗腿度)；③連續(xù)油管選擇(尺寸、壁厚、鋼級(jí)、長(zhǎng)度)；④入井工具優(yōu)選(可控性、適應(yīng)性)；⑤連續(xù)油管工作液；⑥地面流程及技術(shù)控制。隨著鉆井深度的不斷增加，常規(guī)連續(xù)油管入井深度嚴(yán)重受限。連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)深層井作業(yè)能力取決于油管柱總的懸掛重量和管材的屈服強(qiáng)度。懸掛重量超過管柱屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致連續(xù)油管斷裂。

2.管柱力學(xué)分析

當(dāng)井筒作用于管柱形成的阻力達(dá)到管柱屈曲臨界值，此時(shí)繼續(xù)增加注入力，將使得管柱發(fā)生屈曲，隨著阻力的增加，管柱屈曲將由平面正弦屈曲發(fā)展到螺旋屈曲，最終發(fā)生螺旋鎖死。

水平段內(nèi)出現(xiàn)正弦屈曲的臨界軸向載荷[2]：

(1)

螺旋屈曲的臨界載荷為：

(2)

式中：Fr—連續(xù)管發(fā)生正弦屈曲的臨界軸向載荷，N；Fh—連續(xù)管發(fā)生螺旋屈曲的臨界軸向載荷，N；W—水平井中連續(xù)管在鉆井液中的重力，N/mm；r—管柱與井筒之間的徑向間隙，mm；E—連續(xù)管彈性模量， MPa；I—連續(xù)管貫性矩，mm。

由于錐形連續(xù)油管整體質(zhì)量輕于常規(guī)油管，且上端能夠承受更大的抗拉強(qiáng)度，使得錐形管下入深度較常規(guī)油管相比提高30%以上。

三、減阻工作液

通過計(jì)算向井內(nèi)泵注減阻工作液量可以控制摩阻系數(shù)。通常只需計(jì)算水平段內(nèi)環(huán)空容積量泵注工作液，降低套管與連續(xù)油管間的摩阻系數(shù)，減少連續(xù)油管在套管內(nèi)的質(zhì)量堆積，減小金屬間的摩擦力(見表1)。

表1不同減阻液效果對(duì)比

減阻劑名稱濃度1%濃度2%靜摩阻/kg動(dòng)摩阻/kg滑動(dòng)摩擦系數(shù)靜摩阻/kg動(dòng)摩阻/kg滑動(dòng)摩擦系數(shù)清水0.930.780.3480.930.780.348潤(rùn)滑劑1.060.620.1880.880.560.17乳化油0.690.550.1670.80.540.164金減劑0.750.510.1550.590.480.145乳化油0.840.560.1700.750.550.167S8080.490.390.1720.400.330.147XXX0.460.390.1740.420.360.161

通?？紤]摩阻系數(shù)為0.3，通過泵入減阻工作液使摩阻系數(shù)降至0.15～0.18。

四、連續(xù)油管鉆磨技術(shù)

經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，鉆磨過程中從捕屑器里搜集的橋塞碎屑稱重通常只有橋塞總重量的25%～50%。影響返排的關(guān)鍵在于，帶螺桿馬達(dá)洗井受排量400～550 L/min限制，無(wú)法對(duì)井筒做大排量清洗。在馬達(dá)上方連接循環(huán)清潔工具能夠阻隔螺桿馬達(dá)，解決排量受限問題，為鉆屑提供更大的懸浮力，保證鉆屑能夠帶出井口。

1. 鉆磨管串優(yōu)化

優(yōu)化后的鉆磨清潔工具串包括：復(fù)合接頭+馬達(dá)頭+震擊器+液力振蕩器+循環(huán)清潔工具+螺桿馬達(dá)+磨鞋(PDC)，見圖2。牽引器增加了連續(xù)油管在水平分支井中的進(jìn)入程度提高了作業(yè)成功率[3]，防止發(fā)生螺旋鎖定，延長(zhǎng)連續(xù)油管下入深度。當(dāng)連續(xù)油管發(fā)生鎖定時(shí)，一般認(rèn)為連續(xù)油管頂端呈螺旋形狀。鉆磨橋塞通常使用滑溜水+膠液段塞式交替泵注，保證井內(nèi)碎屑有效懸浮于井內(nèi)，最終帶出井口。

圖2 優(yōu)化后鉆磨管串

由表2鉆磨情況看，增加循環(huán)閥工具串較普通工具串鉆磨金屬及其他材質(zhì)碎屑返排率均有較大幅度增加。

2. 清潔技術(shù)

阻隔式循環(huán)清潔工具可通過多次投激活球?qū)崿F(xiàn)最多10次開關(guān)旁通閥，最大排量為1 150 mL/min，實(shí)現(xiàn)了不起管柱情況下進(jìn)行鉆磨與循環(huán)清潔井筒兩種模式間自由切換。其特點(diǎn)為：①解決水平段復(fù)合橋塞鉆屑返排難，影響后期液體返排、試氣、測(cè)井等工序作業(yè)難題；②減少螺桿馬達(dá)工作時(shí)間，避免空轉(zhuǎn)造成損傷，保證馬達(dá)有效工作狀態(tài)；③為解卡提供大排量循環(huán)通道；④通過開關(guān)循環(huán)閥工具，能夠減少連續(xù)油管起下鉆次數(shù)，極大的節(jié)約工作時(shí)間，縮短施工周期。

表2 十只橋塞鉆磨對(duì)比

五、實(shí)例分析

某井完鉆井深4 720 m，水平段長(zhǎng)2 100 m，最大井斜92.6°，井深4 346.5 m，方位0.24°，井底位移2 518.05 m。分段橋塞數(shù)量24只。

圖3 連續(xù)油管下入深度對(duì)比

對(duì)連續(xù)油管入井狀態(tài)進(jìn)行軟件模擬，結(jié)果在4 195 m處發(fā)生螺旋鎖定。 現(xiàn)場(chǎng)使用?50.8 mm錐形管+鉆磨清潔管串入井，以1 200 m/h的速度下井，下入到深度4 182 m懸重下降，上提下放5次深度有1～2 m增加，判斷連續(xù)油管該位置發(fā)生螺旋鎖定。 該情況下通過投球開啟阻隔式清潔工具進(jìn)行1.5個(gè)井筒容積大排量洗井，后選擇泵入1%～2%的減阻劑工作液，使液體鋪滿水平井段，以降低摩擦系數(shù)。到工作液鋪滿水平段，繼續(xù)下入連續(xù)油管，到井深4 558.6 m停止，此時(shí)下入深度增加376.6 m，判斷再次發(fā)生鎖定。 經(jīng)過多次嘗試連續(xù)油管無(wú)法繼續(xù)下入，起出油管，進(jìn)行油管安裝液力震蕩器，到4 558.6 m處地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)異常顯示，順利下入至人工井底4 720 m，如圖3所示。

該井總體下入深度增加538 m，井深提升12.9%，水平段提升25.6%，連續(xù)油管鉆磨橋塞作業(yè)下深延長(zhǎng)效果顯著。

六、總結(jié)與認(rèn)識(shí)

(1)針對(duì)非常規(guī)頁(yè)巖氣平臺(tái)井開發(fā)特點(diǎn)，連續(xù)油管鉆磨系列技術(shù)提供了低成本、高效率的解決措施，能夠滿足深度大于5 000 m、長(zhǎng)水平段大于1 500 m頁(yè)巖氣井的技術(shù)需求。

(2)對(duì)連續(xù)油管壁厚、鋼級(jí)、管徑綜合因素分析，連續(xù)油管下入技術(shù)深度延長(zhǎng)效果顯著，深度增加大于30%以上；結(jié)合減阻工作液配套技術(shù)，基本解除水平段連續(xù)油管“螺旋鎖定”狀態(tài)。

(3)優(yōu)化后的鉆磨管串可有效預(yù)防連續(xù)油管遇卡遇阻事故發(fā)生，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，水平段延長(zhǎng)有效長(zhǎng)度538 m。