淺談連續油管水力振蕩器在頁巖氣水平井中的應用

摘要：針對目前連續油管在頁巖氣井開發過程中遇到的在水平井中經常發生鎖定的現象，通過摩阻成因分析、連續油管水力振蕩器作用機理、結合其在頁巖氣井YSX井的現場應用情況，得出了連續油管水力振蕩器在解決連續油管鎖定現象方面取得了顯著的效果，以及在頁巖氣勘探開發過程中有著巨大潛力這一結論。該結論為連續油管水力振蕩器在頁巖氣藏儲層改造中的規模應用奠定了基礎，為連續油管水力振蕩器在長水平段及井眼軌跡復雜井的環境作業積累了寶貴的經驗。

關鍵詞：連續油管；水力振蕩器；頁巖氣；水平井；鎖定

隨著油氣田的開發和能源的耗竭，非常規油氣將成為未來石油天然氣能源的重要接替者。據統計2015年美國頁巖氣產量約合4.3×1011m3，是其2010年產量的3倍，預測到2035年頁巖氣產量將占到美國天然氣總產量的46%。在我國，2016年中國頁巖氣產量約為8.5×109m3，2017年國家能源局發布《石油天然氣發展“十三五”規劃》，指出2020年我國頁巖氣產量力爭達到3×1010m3[1]。連續油管作業機[2]可建立獨立循環通道、帶壓作業等特點，使得連續油管在頁巖氣藏儲層改造中能夠提供通、洗井，傳輸射孔、傳輸橋塞、沖砂解堵、鉆磨橋塞、清掃井筒障礙等各種服務。但是連續油管在頁巖氣井的開發過程中也遇到了一些難題，特別是因為其在水平井中經常發生鎖定現象，很難下至指定深度等。本文通過在YSX井中使用NOV公司生產的連續油管水力振蕩器順利鉆磨完該井在長水平段中的9個橋塞，說明了連續油管水力振蕩器在解決連續油管鎖定現象方面的必要性以及其在頁巖氣開發中的重要性。

1 什么是連續油管鎖定現象？

當連續油管的軸向壓縮力超過其螺旋彎曲載荷時，連續油管就彎曲成螺旋形，引起附加的徑向接觸力，使油管與井壁的摩擦力增加，軸向力越大其摩擦力越大，增加的任何附加力都將由于該點的摩擦而損失殆盡。此種現象就稱做螺旋鎖定，螺旋鎖定直接影響到連續油管在水平段推進的深度[3]。

2 連續油管水力振蕩器簡介

連續油管水力振蕩器以泵注的液體作為動力源，驅動振蕩器軸向運動帶動井下管柱沿軸向往復振動。它通過泵注液體產生周期性的振動載荷，將管柱與井壁之間的靜摩擦轉變為動摩擦，進而降低井下管柱在前進中的摩擦阻力和扭矩，從而有效傳遞鉆壓，提高連續油管的下入深度。

連續油管水力振蕩器由動力部分、閥門和軸承系統、振蕩短節三個部分組成（如圖1）。動力部分由液體驅動內在螺桿做旋轉運動，從而帶動其下端閥片做往復運動。閥門和軸承系統，通過一對閥門做周期性的相對運動，將流經動力部分的部分液體的能量轉化為壓力脈沖。振蕩短節有一個對外密封的芯軸，芯軸在壓力脈沖作用下上下運動，從而帶動工具產生軸向振動[4]。這個軸向振動使連續油管所遇到的靜摩擦變成動摩擦，使其繼續前進中受到的摩擦阻力大大降低，進而加深連續油管的下入深度。

3 現場應用

3.1 施工井的基本情況及任務

YSX井為浙江油田的一口重點井，計劃采用速鉆橋塞分21段進行壓裂改造。連續油管在本井中承擔壓裂前通洗井、射孔和壓裂后鉆磨橋塞兩部分工作。因其在電纜泵送第9個橋塞時遇阻，又無法解卡，所以原地座封，最后判斷造成這種情況的原因為疑似套管變形。為避免繼續壓裂可能導致的套變加劇，因此提前使用連續油管鉆磨前期的9個橋塞。該井水平段長1550m，最大井斜98.85°，水平段井斜變化大，井斜角度由88.4↗98.22↘91.26↗98.41↘88.24↗95.49，呈波浪狀多次起伏，井眼軌跡相當復雜。

3.2橋塞參數

本井橋塞為馬格納姆橋塞，外徑99.6mm，總長510mm；總重4.78kg，卡瓦重0.68kg，卡瓦占總重的14.2%。

3.3施工情況

本井采用連續油管進行前期的通洗井作業時，在沒有使用水力振蕩器的情況下，連續油管下至離人工井底382m時發生鎖定，反復上提下放無任何進尺，最后泵注了20m3金屬降阻液后才下至人工井底。

在后期的鉆磨橋塞作業過程中，加裝了NOV公司生產的水力振蕩器。其外徑73mm，長1.75m，重45.3kg。推薦排量151～302L/min，工作頻率15HZ@1511/min，最大承拉38.5t。在鉆磨至長水平段末端時又遇到連續油管鎖定現象，但在水力振蕩器起作用的情況下，并且在沒有泵注金屬降阻液的前提下，盡管進尺緩慢，但最終解決了連續油管鎖定現象的發生，成功鉆完所有9個橋塞并清掃井筒障礙至人工井底。

整個施工過程用時36.2小時，純鉆用時520分鐘（8.67小時），每個橋塞平均鉆磨用時57.78分鐘（0.96小時）。

4 結論與建議

（1）水力振蕩器在頁巖氣開發中使用效果顯著，對于降低鉆進過程中井下管柱與井壁間摩阻有著有著明顯的作用；

（2）使用水力振蕩器可以加深連續油管的下入深度，解決連續油管在水平段較長或者井眼軌跡復雜井中發生的鎖定現象。

（3）使用水力振蕩器能降低摩阻和扭矩，提高機械鉆速；可減少連續油管鉆磨時的蹩泵現象及延長連續油管鉆磨工具管串的使用壽命。

參考文獻

[1] 曹明.連續油管作業技術在頁巖氣井中的應用[J].中國礦業，2017，（5）.

[2] 何東升，徐克彬，魏廣森等.連續油管在水平井中作業的力學分析[J].石油鉆采工藝，1999，21（3）：61-64

[3].李宗田.連續油管技術手冊[M].北京：石油工業出版社，2003

[4] 許京國，陶瑞東等.水力振蕩器在大位移井張海29-38L井的應用[J].斷塊油氣田，2014，21（4）：528-529endprint