連續油管鉆塞技術在GD14H井的實踐及認識

徐慶祥，祝道平，葛利軍，呼桂艷，王玉忠，平恩順，王志民

(1渤海鉆探公司井下技術服務分公司 2南方石油勘探開發公司 3大港油田公司第三采油廠)

近年來，隨著低滲、致密油氣藏的勘探開發技術迅猛發展[1]，電纜復合橋塞封層+射孔分段壓裂聯作工藝技術在水平井得到了廣泛應用。施工中橋塞中途坐封導致中斷，或壓裂后自噴不能達到配產要求，安全高效的鉆磨掉橋塞，是恢復井筒全通徑的關鍵。由于連續油管具有作業效率高，成本低且對地層傷害小的優勢，作為一種“萬能作業機”，已廣泛應用于油氣井作業中[2]。采用連續油管作業機帶動力馬達和磨鞋或鉆頭來鉆除復合橋塞[3]是水平井作業的最佳方式。大港油田首次在GD14H井運用了該聯作工藝進行壓裂后，利用連續油管進行了兩次鉆塞作業，取得了較好效果。

一、GD14H井基本概況

GD14H井是大港油田2015年3月完鉆的一口開發井，完鉆井深4 800 m，造斜點2 822.08 m，最大井斜93.03°，最大全角變化率7.46°/4 306.4 m，其它基礎數據詳見表1，也是大港油田第一口采用電纜復合橋塞封層+射孔分段壓裂聯作工藝，設計分6段進行壓裂，設計分段情況及橋塞深度見表2。

表1 GD14H井基出數據

本井在第三段進行下電纜橋塞封層+射孔聯作工具串過程中出現異常，橋塞在3 986.98 m處坐封，進行第一次鉆橋塞(鉆掉2個橋塞)；鉆橋塞后繼續進行分層壓裂，自噴生產5個月后自噴能量不足，進行了第二次鉆塞(鉆掉4個橋塞)。因井內帶壓且無管柱，兩次鉆橋塞都采用了連續油管底帶鉆磨工具串進行鉆橋塞作業。

表2 分段及橋塞數據表

二、連續油管鉆橋塞關鍵技術

1. 優選連續油管尺寸

連續油管尺寸選擇主要取決于施工排量。足夠的排量不僅是保證螺桿鉆具正常工作，也是攜帶鉆屑返至地面的必須條件。相同工作液，連續油管尺寸越大，油管內摩阻越小，相同排量下施工泵壓越低；油套環空體積截面積越小，工作液在油套環空的速度也就越快，鉆屑上返速度相應加快，利于鉆屑返至地面防止卡管柱事故。綜上，GD14H井選用了外徑50.8 mm連續油管進行作業。

2. 優選鉆磨工具

連續油管鉆橋磨工具串一般為：連續油管+連接接頭+雙瓣式單流閥+安全接頭+震擊器+螺桿馬達+磨鞋。鉆磨效率主要跟磨鞋和螺桿馬達關系密切。

2.1 優選?112 mm的平底磨鞋

磨鞋尺寸以小于套管內徑8～10 mm為宜，既可以對鉆頭進行扶正，又不易損傷套管。GD14H井油層套管內徑121.36 mm，施工選擇?112 mm的磨鞋。

平底磨鞋在鉆磨橋塞時具有更大的接觸面積，受力更加均勻，在磨鞋底部硬質合金塊較小，鉆磨產生的鉆屑細且均勻，有利于鉆屑的攜帶和返排。從鉆磨效果考慮，選擇平底磨鞋。

2.2 優選?73 mm等壁厚螺桿馬達

通過性能對比，選擇了具有密封可靠、轉速低、扭矩大、使用壽命長、耐高溫和耐沖擊等優勢，適合深井、斜井和定向井內作業的等壁厚螺桿馬達。結合GD14H井，選用外徑73 mm，馬達轉速167～589 r/min，最大扭矩628 N·m的等壁厚螺桿馬達。

3. 鉆橋塞工作液

鉆橋塞工作液主要有三大功能：①通過流動為螺桿馬達提供扭矩，帶動磨鞋作業；②攜帶鉆屑及井筒內其它固體顆粒；③降低摩阻降低泵壓。

自主研發了鉆橋塞工作液：滑溜水做基液+0.5%胍膠，降阻率達到50%以上，提高降阻、攜屑能力。

4. 鉆屑處理

鉆屑處理不干凈，容易堵塞螺桿馬達，甚至導致卡鉆。采用兩種途徑處理鉆屑。

(1)地面出口流程上安裝捕屑器。用捕屑器對鉆磨橋塞產生的橋塞碎屑、膠皮進行捕撈，有效避免返出物堵塞地面流程，起到對鉆磨液過濾進行再利用。

(2)用?114 mm反循環打撈藍捕撈通徑。為防止鉆屑如膠皮、卡瓦等由于體積過大、過重無法被攜出井筒，采用?114 mm的反循環打撈籃進行打撈，撈出碎屑，保持井筒干凈，反循環打撈籃長1.15 m，起到對井筒進行通徑作用。

5. 鉆塞參數控制

5.1 施工排量

根據水力學實驗及沉降公式計算可知，流體在紊流狀態下攜砂效果最好[4]。假設鉆屑是球形固體顆粒，它在紊流區(1000

(1)

式中：ρs—固體顆粒密度，g/cm3；ρ—液體密度，g/cm3；d—球形固體顆粒直徑，m；g—重力加速度，m/s2。

由水力學實驗得出，顆粒的止動返速與自由沉降速度關系為：當井斜角α=90°時，止動返速V=3Va，即水平位置時止動返速最大，所以液體流速Vl>3Va時，才具有攜砂效果。

假設鉆塞液為紊流狀態的清水，鉆屑和支撐劑直徑分別為2 mm和0.6 mm，密度分別為1.9 g/cm3和3.3 g/cm3，它們的止動返速分別0.685 m/s和0.6 m/s。根據紊流狀態雷諾數公式，鉆屑和支撐劑為?121.36 mm的套管內，止動返速時的雷諾數分別為82 554和72 310。利用?50.8 mm連續油管鉆塞時，環空的止動返速排量分別為392 L/min和343 L/min。作業時鉆塞工作液具有一定黏度，止動返速排量相對清水會大大降低。綜合考慮螺桿鉆具的最優性能參數和返排攜屑效果，一般連續油鉆塞排量選擇360～450 L/min。

5.2 施工鉆壓

鉆橋塞時鉆壓越大，磨鞋切入橋塞越深，鉆屑也就越大，不利于鉆屑返出，增加卡鉆風險；且超負荷的扭矩輸出影響螺桿鉆具的使用壽命；鉆壓過小，磨鞋未吃入橋塞，切削效率低，鉆磨效率低。

水平段受井身結構影響，鉆橋塞時拉力計不能真實反映連續油管懸重，鉆壓不易控制。一般按以下操作：下連續油管在水平段探得遇阻面后，上提大約15 m做提拉測試，記錄懸重數據；再以小于5 m/min的速度下放連續油管，復探至遇阻位置，懸重下降500～800 kg進行鉆磨橋塞。

5.3 施工泵壓

連續油管尺寸確定后，鉆橋塞時泵壓主要體現的是鉆磨液在連續油管內的摩阻和鉆塞時的地層壓力。地層壓力越低、工作液降阻效果越好，施工泵壓也就越低。連續油管泵注清水時的摩阻可通過下面計算得出。

以外徑50.8 mm連續油管為例，內徑為41.91 mm，長5 800 m，排量450 L/min時管內流速為5.43 m/s。連續油管可視為光滑管，雷諾數Re=2.26×105，根據摩阻系數符合尼庫拉則與卡門公式：

(2)

式中：λ—摩阻系數，無因次。

計算得出摩阻系數λ=0.0153。把λ代入摩阻計算公式：

(3)

式中：l—管柱長度，m；d—管柱內徑，m。

計算出連續油管的摩阻為Pf=31.2 MPa。

考慮連續油管內屈服壓力，鉆塞時控制井口壓力小于10 MPa，循環泵壓小于45 MPa，施工安全，鉆磨效果好。鉆塞時應控制泵壓在循環泵壓基礎上不超過5 MPa，防止損壞馬達。

5.4 回壓控制

對于地層能量高或者壓裂能量未完全釋放的情況，施工時應合理的控制回壓，防止壓力激動造成支撐劑的返吐，影響壓裂效果，增加卡鉆風險。作業時應在鉆塞液返出口用油嘴或針型閥控制回壓，保持進出口排量的平衡。依據經驗，在鉆磨過程中，保持出口排量大于進口排量50 L/min，既有效防止支撐劑或地層砂因壓力激動造成返吐，又利于加快壓裂殘液的返排；既保護儲層，又保證了工作液的攜屑能力。

三、現場應用

GD14H井第一次鉆橋塞施工前用油嘴控制放噴至井口壓力10 MPa后，在控制出口回壓9～10 MPa的情況下利用?50.8 mm連續油管帶鉆磨工具串，鉆壓4～5 kN,泵壓28～31 MPa，排量400～420 L/min，鉆磨掉了井內2個橋塞，并鉆沖至人工井，地面捕屑器捕撈到返出鉆屑見圖1。再用連續油管帶?114 mm×1.15 m反循環打撈籃進行捕撈通井，捕撈出井筒內大塊膠皮及鑄鐵卡瓦參見圖2。

圖1 鉆塞返出鉆屑

圖2 撈出膠皮及卡瓦牙塊

第一次鉆塞、捕屑通井后，橋塞封層+射孔工具串順利下入并完成了分段壓裂。壓后自噴生產5個月后自噴能量不足，利用?50.8 mm連續油管鉆磨掉井內4個橋塞，鉆壓5～8 kN,泵壓16～20 MPa，排量390～430 L/min。由于地層能量不足，本次鉆塞出口未控制回壓。

兩次鉆塞均一趟管柱完成，鉆塞情況詳見表3。施工中單個橋塞鉆磨用時最短30 min，最長92 min，鉆磨單塞平均用時1.08 h，效率較高。

四、認識與建議

(1)對于帶壓作業，連續油管鉆磨復合橋塞比普通油管或鉆桿底帶鉆磨工具串更為安全、高效、可靠。

表3 鉆塞參數表

(2)科學選擇鉆磨工具和工作液、優化施工參數是高效鉆磨橋塞的關鍵，鉆磨單塞平均用時1.08 h。

(3)地面安裝捕屑器，起到過濾作用，工作液可以再利用。

(4)局部反循環打撈籃對清理井筒內大塊鉆屑效果明顯，又起到對井筒通徑的作用。