修井作业中钻杆接头对泵压的影响

王乐顶，尚　锋，耿　滕，赵永杰，李　龙

(1.中国石油渤海钻探 井下技术服务分公司，天津　300280；2.中国石油辽河油田 曙光采油厂，辽宁　盘锦　124109)



修井作业中钻杆接头对泵压的影响

王乐顶1，尚锋2，耿滕1，赵永杰1，李龙1

(1.中国石油渤海钻探 井下技术服务分公司，天津300280；2.中国石油辽河油田 曙光采油厂，辽宁盘锦124109)

泵压作为修井作业中的重要参数，在钻杆接头外径与套管内径环空间隙属于小间隙的情况下，其理论值与实际值往往相差很大。利用一般算法(忽略接头)、标准算法和小间隙算法对施工井泵压进行预测，并与实测泵压进行对比，得出小间隙算法更适合用于计算钻杆接头处的环空压耗。通过在BS23井的现场应用对比，三种算法中小间隙算法相对误差小于5%能更加精确地预测泵压。

修井；钻杆接头；小间隙 ；泵压；现场应用

1　目的与意义

修井是油田中维护油井寿命常见的作业，按作业类型分为大修和小修。小修多为冲砂、清蜡、简单打捞、检泵和注水泥等；大修为复杂打捞、解卡、找封窜、找堵漏修补套管和取套换套等。对于大修作业中的参数观察，除了通过钻具悬重来观察之外，泵压也是一个重要的手段。

根据U形管效应原理，泵压即立管压力等于管内压耗和环空压耗之和，如何准确计算井下修井液的环空压耗是至关重要的。国内，通常把环空间隙值小于12.7 mm视为小间隙，在一些深井、超深井和大位移水平井修井作业中，钻杆接头外径与套管内径的环空间隙小于这个值，因此，有必要对钻杆接头对修井作业中环空压降的影响进行研究。期望采用新的方法可以更加精确地预测泵压，为修井施工提高可靠依据，并利用油田多口施工井进行应用分析。

钻杆接头是成对使用，即一根钻杆两端分别配上一个公接头，一个母接头，其主要作用是连接钻杆，保护钻杆管体不被磨损，同时，公母接头的两个端面可以提供密封作用。本文所述钻杆[1]为内平接头的外加厚钻杆，该钻杆连接后的管柱内径相同，外径不同。与钻井作业不同，修井过程中钻杆一般位于油气井生产套管中，不存在井径扩大或缩径的情况(理想情况下认为套管无损坏变形)，在一些常见施工井中套管内径与钻杆接头外径的间隙值很小(见表1)。

表1　部分常见套管与钻杆组合的环空间隙值

2　计算方法对比

泵压作为修井施工中的一个重要参数，单纯的凭经验预计泵压是不可取的，井况(包括井深、套管尺寸、大位移水平井和压井液性能等)不同，泵压的差异很大，而泵压的变化则是施工作业中需要密切观察的，因此，本文对环空间隙、排量和摩阻压耗等影响修井作业中泵压变化的因素进行分析研究，旨在得出一种精确计算泵压的方法。

本文利用一般算法、标准算法和小间隙算法对接头处的环空压耗进行对比，从中得出钻杆接头对修井作业中环空压降的影响。

一般算法参考钻井液流变学与水力学计算程序推荐做法[2]进行环空压降计算，该方法忽略钻杆接头，全部按照钻杆本体外径进行计算；标准算法是在一般算法的基础上考虑钻杆接头的环空压降计算；小间隙算法采用西南石油大学徐璧华[3]提出的小间隙井注水泥流变计算公式，同时，引入钻柱转动时环空压力损耗与钻柱不转动时环空压力损耗之比值的旋转因子[4-6]。较前两种算法不同的是，小间隙算法针对钻杆接头外径与套管内径的小环空间隙进行重新定义临界雷诺数和摩阻系数，理论精度更高。

一般算法：

(1)

标准算法：

(2)

小间隙算法：

(3)

本文主要考虑钻杆接头与套管内径环空小间隙对压降的影响，在此假设钻杆与接头在套管内居中，无偏心，结合偏心系数和旋转因子的公式定义，因此偏心系数Rs为1，旋转因子K为定值1.58。由于小间隙不同于常规间隙，采用幂律模式下小间隙环空雷诺数计算模型，同样，对于摩阻系数计算也采用适合于小间隙下的计算方法。修井液[7]或称压井液目前多为清水或清洁盐水修井液，这类流体通常不需要悬浮固相，通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节密度[8]。因此幂律模式对修井液的描述较为准确，其中，牛顿流体(清水或油等)是幂律模式的特殊情况。

3　应用分析

将以上计算方法应用于现场施工，为更加准确验证三种计算方法的精度，以施工井BS23井为例，该井为生产井，井深5 132 m，生产套管为139.7 mm，下Φ73 mm钻杆底带冲砂工具进行冲砂洗井，选用密度1.25 g/cm3的修井液。通过计算该井在不同井深时的泵压，为验证以上计算方法的准确性，施工井在下钻过程中进行每间隔500 m接方钻杆循环洗井测量泵压，从而得出实际数据与预测值进行对比(见图1)。

在三种方法的结果基础上与现场施工井井段实际泵压值进行比对、计算，从而得出不同井深下三种计算方法的相对误差(见表2)。

表2　BS23井不同井深下三种计算方法的相对误差对比

从以上图表可以得出，随着井深的增加，钻杆接头的数量也在增加，钻杆接头与套管内径形成的小间隙对泵压的影响明显增大。相比较三种算法中小间隙算法与实测值最接近，相对误差在5%以内。标准算法的偏差最大，由于该算法没有考虑小间隙的特殊性，而是简单的压力相加，使得标准算法误差较大；一般算法把钻杆接头当做钻杆计算，虽然这种算法从理论上是不正确的，但在一定程度上较标准算法误差小，适用于粗略计算，相比小间隙算法它仍然存在一定差距。

4　结论

1)泵压作为修井作业中的一个重要参数，起着至关重要的作用，尤其是在环空小间隙的情况下。

2)随着井深的增加，钻杆接头与套管内径属于小间隙时对泵压的也逐渐增大。

3)相比一般算法和标准算法，小间隙算法计算较为准确，通过现场应用得出相对误差在5%以内。

4)下一步应加强在深井施工中小间隙算法的应用，进一步考虑修井液性能对泵压的影响，对实际施工作业泵压做出预测和指导。

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

[2]钻井液流变学与水力学计算程序推荐作法[S].SY/T 6613-2005.

[3]徐璧华，刘文成，杨玉豪.小间隙井注水泥环空流动计算方法与应用[J].天然气工业，2014，34(4)：90-94.

[4]展宝真，朱法银. H-B流体在小井眼同心环空中轴向层流的运动规律[J].钻井液与完井液，2000，17(5)：1-5.

[5]樊洪海，谢国民. 小眼井环空压力损耗计算[J].石油钻探技术，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]冯俊雄. 山前超高温、高密度完井修井液技术研究[D].成都：西南石油大学，2012.

[8]王乐顶. 页岩气水平井固井前置液体系研究及应用[D].成都：西南石油大学，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

王乐顶(1986-)，男，山东菏泽人，中国石油渤海钻探工程公司井下技服分公司工程师，硕士，从事钻完井作业研究。

TE358

B

1008-9446(2016)04-0022-03