修井作業(yè)中鉆桿接頭對(duì)泵壓的影響

王樂頂，尚　鋒，耿　滕，趙永杰，李　龍

(1.中國石油渤海鉆探 井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津　300280；2.中國石油遼河油田 曙光采油廠，遼寧　盤錦　124109)

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修井作業(yè)中鉆桿接頭對(duì)泵壓的影響

王樂頂1，尚鋒2，耿滕1，趙永杰1，李龍1

(1.中國石油渤海鉆探 井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280；2.中國石油遼河油田 曙光采油廠，遼寧盤錦124109)

泵壓作為修井作業(yè)中的重要參數(shù)，在鉆桿接頭外徑與套管內(nèi)徑環(huán)空間隙屬于小間隙的情況下，其理論值與實(shí)際值往往相差很大。利用一般算法(忽略接頭)、標(biāo)準(zhǔn)算法和小間隙算法對(duì)施工井泵壓進(jìn)行預(yù)測，并與實(shí)測泵壓進(jìn)行對(duì)比，得出小間隙算法更適合用于計(jì)算鉆桿接頭處的環(huán)空壓耗。通過在BS23井的現(xiàn)場應(yīng)用對(duì)比，三種算法中小間隙算法相對(duì)誤差小于5%能更加精確地預(yù)測泵壓。

修井；鉆桿接頭；小間隙 ；泵壓；現(xiàn)場應(yīng)用

1　目的與意義

修井是油田中維護(hù)油井壽命常見的作業(yè)，按作業(yè)類型分為大修和小修。小修多為沖砂、清蠟、簡單打撈、檢泵和注水泥等；大修為復(fù)雜打撈、解卡、找封竄、找堵漏修補(bǔ)套管和取套換套等。對(duì)于大修作業(yè)中的參數(shù)觀察，除了通過鉆具懸重來觀察之外，泵壓也是一個(gè)重要的手段。

根據(jù)U形管效應(yīng)原理，泵壓即立管壓力等于管內(nèi)壓耗和環(huán)空壓耗之和，如何準(zhǔn)確計(jì)算井下修井液的環(huán)空壓耗是至關(guān)重要的。國內(nèi)，通常把環(huán)空間隙值小于12.7 mm視為小間隙，在一些深井、超深井和大位移水平井修井作業(yè)中，鉆桿接頭外徑與套管內(nèi)徑的環(huán)空間隙小于這個(gè)值，因此，有必要對(duì)鉆桿接頭對(duì)修井作業(yè)中環(huán)空壓降的影響進(jìn)行研究。期望采用新的方法可以更加精確地預(yù)測泵壓，為修井施工提高可靠依據(jù)，并利用油田多口施工井進(jìn)行應(yīng)用分析。

鉆桿接頭是成對(duì)使用，即一根鉆桿兩端分別配上一個(gè)公接頭，一個(gè)母接頭，其主要作用是連接鉆桿，保護(hù)鉆桿管體不被磨損，同時(shí)，公母接頭的兩個(gè)端面可以提供密封作用。本文所述鉆桿[1]為內(nèi)平接頭的外加厚鉆桿，該鉆桿連接后的管柱內(nèi)徑相同，外徑不同。與鉆井作業(yè)不同，修井過程中鉆桿一般位于油氣井生產(chǎn)套管中，不存在井徑擴(kuò)大或縮徑的情況(理想情況下認(rèn)為套管無損壞變形)，在一些常見施工井中套管內(nèi)徑與鉆桿接頭外徑的間隙值很小(見表1)。

表1　部分常見套管與鉆桿組合的環(huán)空間隙值

2　計(jì)算方法對(duì)比

泵壓作為修井施工中的一個(gè)重要參數(shù)，單純的憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)泵壓是不可取的，井況(包括井深、套管尺寸、大位移水平井和壓井液性能等)不同，泵壓的差異很大，而泵壓的變化則是施工作業(yè)中需要密切觀察的，因此，本文對(duì)環(huán)空間隙、排量和摩阻壓耗等影響修井作業(yè)中泵壓變化的因素進(jìn)行分析研究，旨在得出一種精確計(jì)算泵壓的方法。

本文利用一般算法、標(biāo)準(zhǔn)算法和小間隙算法對(duì)接頭處的環(huán)空壓耗進(jìn)行對(duì)比，從中得出鉆桿接頭對(duì)修井作業(yè)中環(huán)空壓降的影響。

一般算法參考鉆井液流變學(xué)與水力學(xué)計(jì)算程序推薦做法[2]進(jìn)行環(huán)空壓降計(jì)算，該方法忽略鉆桿接頭，全部按照鉆桿本體外徑進(jìn)行計(jì)算；標(biāo)準(zhǔn)算法是在一般算法的基礎(chǔ)上考慮鉆桿接頭的環(huán)空壓降計(jì)算；小間隙算法采用西南石油大學(xué)徐璧華[3]提出的小間隙井注水泥流變計(jì)算公式，同時(shí)，引入鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)空壓力損耗與鉆柱不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)空壓力損耗之比值的旋轉(zhuǎn)因子[4-6]。較前兩種算法不同的是，小間隙算法針對(duì)鉆桿接頭外徑與套管內(nèi)徑的小環(huán)空間隙進(jìn)行重新定義臨界雷諾數(shù)和摩阻系數(shù)，理論精度更高。

一般算法：

(1)

標(biāo)準(zhǔn)算法：

(2)

小間隙算法：

(3)

本文主要考慮鉆桿接頭與套管內(nèi)徑環(huán)空小間隙對(duì)壓降的影響，在此假設(shè)鉆桿與接頭在套管內(nèi)居中，無偏心，結(jié)合偏心系數(shù)和旋轉(zhuǎn)因子的公式定義，因此偏心系數(shù)Rs為1，旋轉(zhuǎn)因子K為定值1.58。由于小間隙不同于常規(guī)間隙，采用冪律模式下小間隙環(huán)空雷諾數(shù)計(jì)算模型，同樣，對(duì)于摩阻系數(shù)計(jì)算也采用適合于小間隙下的計(jì)算方法。修井液[7]或稱壓井液目前多為清水或清潔鹽水修井液，這類流體通常不需要懸浮固相，通過加入不同類型和數(shù)量的可溶性無機(jī)鹽進(jìn)行調(diào)節(jié)密度[8]。因此冪律模式對(duì)修井液的描述較為準(zhǔn)確，其中，牛頓流體(清水或油等)是冪律模式的特殊情況。

3　應(yīng)用分析

將以上計(jì)算方法應(yīng)用于現(xiàn)場施工，為更加準(zhǔn)確驗(yàn)證三種計(jì)算方法的精度，以施工井BS23井為例，該井為生產(chǎn)井，井深5 132 m，生產(chǎn)套管為139.7 mm，下Φ73 mm鉆桿底帶沖砂工具進(jìn)行沖砂洗井，選用密度1.25 g/cm3的修井液。通過計(jì)算該井在不同井深時(shí)的泵壓，為驗(yàn)證以上計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，施工井在下鉆過程中進(jìn)行每間隔500 m接方鉆桿循環(huán)洗井測量泵壓，從而得出實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)測值進(jìn)行對(duì)比(見圖1)。

在三種方法的結(jié)果基礎(chǔ)上與現(xiàn)場施工井井段實(shí)際泵壓值進(jìn)行比對(duì)、計(jì)算，從而得出不同井深下三種計(jì)算方法的相對(duì)誤差(見表2)。

表2　BS23井不同井深下三種計(jì)算方法的相對(duì)誤差對(duì)比

從以上圖表可以得出，隨著井深的增加，鉆桿接頭的數(shù)量也在增加，鉆桿接頭與套管內(nèi)徑形成的小間隙對(duì)泵壓的影響明顯增大。相比較三種算法中小間隙算法與實(shí)測值最接近，相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)算法的偏差最大，由于該算法沒有考慮小間隙的特殊性，而是簡單的壓力相加，使得標(biāo)準(zhǔn)算法誤差較大；一般算法把鉆桿接頭當(dāng)做鉆桿計(jì)算，雖然這種算法從理論上是不正確的，但在一定程度上較標(biāo)準(zhǔn)算法誤差小，適用于粗略計(jì)算，相比小間隙算法它仍然存在一定差距。

4　結(jié)論

1)泵壓作為修井作業(yè)中的一個(gè)重要參數(shù)，起著至關(guān)重要的作用，尤其是在環(huán)空小間隙的情況下。

2)隨著井深的增加，鉆桿接頭與套管內(nèi)徑屬于小間隙時(shí)對(duì)泵壓的也逐漸增大。

3)相比一般算法和標(biāo)準(zhǔn)算法，小間隙算法計(jì)算較為準(zhǔn)確，通過現(xiàn)場應(yīng)用得出相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。

4)下一步應(yīng)加強(qiáng)在深井施工中小間隙算法的應(yīng)用，進(jìn)一步考慮修井液性能對(duì)泵壓的影響，對(duì)實(shí)際施工作業(yè)泵壓做出預(yù)測和指導(dǎo)。

[1]API Specification 5DP，Specification for Drill Pipe (First Edition)[S].2009 .

[2]鉆井液流變學(xué)與水力學(xué)計(jì)算程序推薦作法[S].SY/T 6613-2005.

[3]徐璧華，劉文成，楊玉豪.小間隙井注水泥環(huán)空流動(dòng)計(jì)算方法與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2014，34(4)：90-94.

[4]展寶真，朱法銀. H-B流體在小井眼同心環(huán)空中軸向?qū)恿鞯倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律[J].鉆井液與完井液，2000，17(5)：1-5.

[5]樊洪海，謝國民. 小眼井環(huán)空壓力損耗計(jì)算[J].石油鉆探技術(shù)，1998，26(4)：48-50.

[6]E.M.Ozbayoglu，M.Sorgun. Friction Pressure Loss Estimation of Non-Newtonian Fluids in Realistic Annulus With Pipe Rotation[J].Journal of Canadian Petroleum Technology，2010，49(12)：57-64.

[7]馮俊雄. 山前超高溫、高密度完井修井液技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2012.

[8]王樂頂. 頁巖氣水平井固井前置液體系研究及應(yīng)用[D].成都：西南石油大學(xué)，2014.

Influence of Tool Joint on Pump Pressure in Workover Operations

WANG Le-ding1, SHANG Feng2, GENG Teng1, ZHAO Yong-jie1, LI Long1

(1.Downhole Technology Service Company of Bohai Drilling and Exploration Engineering Company Ltd., CNPC, Dagang 300280, Tianjing, China; 2. Shuguang Oil Production Plant, Liaohe Oilfield Company, CNPC, Panjin 124109, Liaoning, China)

As an important parameter in workover operations，pump pressure’s theoretical value differs largely from actual value under the condition that the outer diameter of tool joint and casing inner annular clearance are small gaps. Using the general algorithm (ignoring joint), standard algorithm and small gaps algorithm to predict the well pump pressure, and compared with the measured pump pressure, the small gap algorithm is found more suitable for computing drill tool joints annular pressure loss. Considering the tool joint and preferred calculation methods can more accurately predict the pump pressure, and provide a reliable basis for field operations.

workover; tool joint; small gaps; pump pressure; field application

2016-03-25

王樂頂(1986-)，男，山東菏澤人，中國石油渤海鉆探工程公司井下技服分公司工程師，碩士，從事鉆完井作業(yè)研究。

TE358

B

1008-9446(2016)04-0022-03