连续油管钻塞技术在GD14H井的实践及认识

2019-07-11徐庆祥祝道平葛利军呼桂艳王玉忠平恩顺王志民

钻采工艺 2019年3期

徐庆祥，祝道平，葛利军，呼桂艳，王玉忠，平恩顺，王志民

(1渤海钻探公司井下技术服务分公司 2南方石油勘探开发公司 3大港油田公司第三采油厂)

近年来，随着低渗、致密油气藏的勘探开发技术迅猛发展[1]，电缆复合桥塞封层+射孔分段压裂联作工艺技术在水平井得到了广泛应用。施工中桥塞中途坐封导致中断，或压裂后自喷不能达到配产要求，安全高效的钻磨掉桥塞，是恢复井筒全通径的关键。由于连续油管具有作业效率高，成本低且对地层伤害小的优势，作为一种“万能作业机”，已广泛应用于油气井作业中[2]。采用连续油管作业机带动力马达和磨鞋或钻头来钻除复合桥塞[3]是水平井作业的最佳方式。大港油田首次在GD14H井运用了该联作工艺进行压裂后，利用连续油管进行了两次钻塞作业，取得了较好效果。

一、GD14H井基本概况

GD14H井是大港油田2015年3月完钻的一口开发井，完钻井深4 800 m，造斜点2 822.08 m，最大井斜93.03°，最大全角变化率7.46°/4 306.4 m，其它基础数据详见表1，也是大港油田第一口采用电缆复合桥塞封层+射孔分段压裂联作工艺，设计分6段进行压裂，设计分段情况及桥塞深度见表2。

表1 GD14H井基出数据

本井在第三段进行下电缆桥塞封层+射孔联作工具串过程中出现异常，桥塞在3 986.98 m处坐封，进行第一次钻桥塞(钻掉2个桥塞)；钻桥塞后继续进行分层压裂，自喷生产5个月后自喷能量不足，进行了第二次钻塞(钻掉4个桥塞)。因井内带压且无管柱，两次钻桥塞都采用了连续油管底带钻磨工具串进行钻桥塞作业。

表2 分段及桥塞数据表

二、连续油管钻桥塞关键技术

1. 优选连续油管尺寸

连续油管尺寸选择主要取决于施工排量。足够的排量不仅是保证螺杆钻具正常工作，也是携带钻屑返至地面的必须条件。相同工作液，连续油管尺寸越大，油管内摩阻越小，相同排量下施工泵压越低；油套环空体积截面积越小，工作液在油套环空的速度也就越快，钻屑上返速度相应加快，利于钻屑返至地面防止卡管柱事故。综上，GD14H井选用了外径50.8 mm连续油管进行作业。

2. 优选钻磨工具

连续油管钻桥磨工具串一般为：连续油管+连接接头+双瓣式单流阀+安全接头+震击器+螺杆马达+磨鞋。钻磨效率主要跟磨鞋和螺杆马达关系密切。

2.1 优选Ø112 mm的平底磨鞋

磨鞋尺寸以小于套管内径8～10 mm为宜，既可以对钻头进行扶正，又不易损伤套管。GD14H井油层套管内径121.36 mm，施工选择Ø112 mm的磨鞋。

平底磨鞋在钻磨桥塞时具有更大的接触面积，受力更加均匀，在磨鞋底部硬质合金块较小，钻磨产生的钻屑细且均匀，有利于钻屑的携带和返排。从钻磨效果考虑，选择平底磨鞋。

2.2 优选Ø73 mm等壁厚螺杆马达

通过性能对比，选择了具有密封可靠、转速低、扭矩大、使用寿命长、耐高温和耐冲击等优势，适合深井、斜井和定向井内作业的等壁厚螺杆马达。结合GD14H井，选用外径73 mm，马达转速167～589 r/min，最大扭矩628 N·m的等壁厚螺杆马达。

3. 钻桥塞工作液

钻桥塞工作液主要有三大功能：①通过流动为螺杆马达提供扭矩，带动磨鞋作业；②携带钻屑及井筒内其它固体颗粒；③降低摩阻降低泵压。

自主研发了钻桥塞工作液：滑溜水做基液+0.5%胍胶，降阻率达到50%以上，提高降阻、携屑能力。

4. 钻屑处理

钻屑处理不干净，容易堵塞螺杆马达，甚至导致卡钻。采用两种途径处理钻屑。

(1)地面出口流程上安装捕屑器。用捕屑器对钻磨桥塞产生的桥塞碎屑、胶皮进行捕捞，有效避免返出物堵塞地面流程，起到对钻磨液过滤进行再利用。

(2)用Ø114 mm反循环打捞蓝捕捞通径。为防止钻屑如胶皮、卡瓦等由于体积过大、过重无法被携出井筒，采用Ø114 mm的反循环打捞篮进行打捞，捞出碎屑，保持井筒干净，反循环打捞篮长1.15 m，起到对井筒进行通径作用。

5. 钻塞参数控制

5.1 施工排量

根据水力学实验及沉降公式计算可知，流体在紊流状态下携砂效果最好[4]。假设钻屑是球形固体颗粒，它在紊流区(1000

(1)

式中：ρs—固体颗粒密度，g/cm3；ρ—液体密度，g/cm3；d—球形固体颗粒直径，m；g—重力加速度，m/s2。

由水力学实验得出，颗粒的止动返速与自由沉降速度关系为：当井斜角α=90°时，止动返速V=3Va，即水平位置时止动返速最大，所以液体流速Vl>3Va时，才具有携砂效果。

假设钻塞液为紊流状态的清水，钻屑和支撑剂直径分别为2 mm和0.6 mm，密度分别为1.9 g/cm3和3.3 g/cm3，它们的止动返速分别0.685 m/s和0.6 m/s。根据紊流状态雷诺数公式，钻屑和支撑剂为Ø121.36 mm的套管内，止动返速时的雷诺数分别为82 554和72 310。利用Ø50.8 mm连续油管钻塞时，环空的止动返速排量分别为392 L/min和343 L/min。作业时钻塞工作液具有一定黏度，止动返速排量相对清水会大大降低。综合考虑螺杆钻具的最优性能参数和返排携屑效果，一般连续油钻塞排量选择360～450 L/min。

5.2 施工钻压

钻桥塞时钻压越大，磨鞋切入桥塞越深，钻屑也就越大，不利于钻屑返出，增加卡钻风险；且超负荷的扭矩输出影响螺杆钻具的使用寿命；钻压过小，磨鞋未吃入桥塞，切削效率低，钻磨效率低。

水平段受井身结构影响，钻桥塞时拉力计不能真实反映连续油管悬重，钻压不易控制。一般按以下操作：下连续油管在水平段探得遇阻面后，上提大约15 m做提拉测试，记录悬重数据；再以小于5 m/min的速度下放连续油管，复探至遇阻位置，悬重下降500～800 kg进行钻磨桥塞。

5.3 施工泵压

连续油管尺寸确定后，钻桥塞时泵压主要体现的是钻磨液在连续油管内的摩阻和钻塞时的地层压力。地层压力越低、工作液降阻效果越好，施工泵压也就越低。连续油管泵注清水时的摩阻可通过下面计算得出。

以外径50.8 mm连续油管为例，内径为41.91 mm，长5 800 m，排量450 L/min时管内流速为5.43 m/s。连续油管可视为光滑管，雷诺数Re=2.26×105，根据摩阻系数符合尼库拉则与卡门公式：

(2)

式中：λ—摩阻系数，无因次。

计算得出摩阻系数λ=0.0153。把λ代入摩阻计算公式：

(3)

式中：l—管柱长度，m；d—管柱内径，m。

计算出连续油管的摩阻为Pf=31.2 MPa。

考虑连续油管内屈服压力，钻塞时控制井口压力小于10 MPa，循环泵压小于45 MPa，施工安全，钻磨效果好。钻塞时应控制泵压在循环泵压基础上不超过5 MPa，防止损坏马达。

5.4 回压控制

对于地层能量高或者压裂能量未完全释放的情况，施工时应合理的控制回压，防止压力激动造成支撑剂的返吐，影响压裂效果，增加卡钻风险。作业时应在钻塞液返出口用油嘴或针型阀控制回压，保持进出口排量的平衡。依据经验，在钻磨过程中，保持出口排量大于进口排量50 L/min，既有效防止支撑剂或地层砂因压力激动造成返吐，又利于加快压裂残液的返排；既保护储层，又保证了工作液的携屑能力。

三、现场应用

GD14H井第一次钻桥塞施工前用油嘴控制放喷至井口压力10 MPa后，在控制出口回压9～10 MPa的情况下利用Ø50.8 mm连续油管带钻磨工具串，钻压4～5 kN,泵压28～31 MPa，排量400～420 L/min，钻磨掉了井内2个桥塞，并钻冲至人工井，地面捕屑器捕捞到返出钻屑见图1。再用连续油管带Ø114 mm×1.15 m反循环打捞篮进行捕捞通井，捕捞出井筒内大块胶皮及铸铁卡瓦参见图2。