页岩气井带压作业完井管柱技术探讨

2019-09-10毛庆春

大众科学·中旬 2019年5期

毛庆春

摘要：页岩气田开发一段时间，因地层能量的下降，引起产量的下降，需要下油管生产。下油管需要采用带压作业施工。通过对当前井生产、井深和井身轨迹等综合因素以及完井管柱进行系统受力分析，并考虑井况、完井管柱理论与实际生产情况，结合页岩气开发的实际，提出带压作业关键参数计算，设计带压作业完井管柱结构，达到延长管住有效使用寿命和页岩气井生产时间的目的。

关键词：页岩气;带压作业;完井;采气管柱

基于采气工程理论，气井临界携液流量受油管直径的影响最明显，所以在低产气井内采用较小通径的油管生产，是提高气井携液能力的首选。采用油管完井有以下优势：

1、避免天然气中携带的砂粒冲蚀套管;

2、可有效地预防和控制井筒积液，发挥页岩气井最大的产能;

3、发生紧急情况时，可提供压井通道。

一、带压作业下油管关键参数计算

（一）、天然气成分分析

施工前，需要了解施工井的井口压力，并且要根据生产井况类似井推算施工井的气层中部压力，施工前需要取样了解该井天然气的成分，确定其是否含有H2S。（二）、对带压下油管的关键参数进行计算。

1、根据当前井口压力计算平衡点

平衡点计算：F截面力=P井口×0.785d2

平衡点位置：β= F截面力/油管单位长度管柱浮重

F最大下推力=F上顶力+F摩擦力

2、计算最大无支撑长度

弯曲载荷计算：

—细长比;E—弹性模量;Fy—管柱的屈服应力。

有效细长比：;SR—有效细长比;L—最大无支撑长度;

r—旋转半径。

As=π（D-d）2/4

I=π（D-d）4/64

As—油管截面积;I—力矩。

因为有效细长比SR大于管柱细长比Cc，因此会发生管柱的整体弯曲（弹性弯曲），并且临界弯曲负荷计算如下：

弯曲负荷：F1=As×30316/SR2

最大下压力F2，若F2>F1，则管柱会发生弯曲。

SR2=As×30316/F上顶力

最大无支撑长度：L=SR×r/K

因此在井口压力恒定时，刚开始下管柱施工中最大无支撑长度小于L，管柱不会发生弯曲。

二、页岩气井油管完井管柱设计

（一）、油管完井管柱结构原理

1、油管钢级及扣型选择

根据XX区块已投产气井天然气组分分析，该井天然气不含H2S，低含CO2，根据SY/T 6194-2003 石油天然气工业油气井套管或油管用钢管，N80 EUE扣油管可满足龙马溪组页岩气开发。

2、带压施工井身结构

根据施工井当前产量、井深、井身结构以及考虑生产过程中需要带壓裂液体等综合因素，选用合适的油管下入，入井油管需要考虑将来可以下入或起出连续油管，封堵连续油管内部空间，避免井内介质进入连续油管内部，便于带压下入油管，主要由堵塞杆工作筒、堵塞器、筛管、导锥等组成。

3、管柱抗拉强度校核

N80油管的抗内外压屈服强度均大于82MPa，以安全系数1.25计算，地层压力应小于65MPa，而某龙马溪页岩气储层地层压力小于40MPa，故在这里不需要计算油管抗压和抗挤强度，只计算抗拉强度。

（二）、带压作业施工步骤

当前页岩气开发中使用的带压作业设备只要有180K、225K、240K等系列。根据要求，带压下入EU N80油管作为主要生产管柱。下入管柱时，管柱安装双工作筒，后期方便管柱投堵及管柱施工作业。油管内堵采用破裂盘和定压接头相结合方式，确保内堵的安全可靠。定压接头下连接3m长筛管，保证满足生产需求，又可以把打掉的堵头回收在筛管里，防止井内落物。

典型带压作业设备组成如图1所示，225K带压作业设备的基本参数如表1所示。

带压作业的施工步骤：

1、拆卸采气树，安装安全防喷器组。

2、安装井口稳定器。

3、安装不压井作业设备。

4、管汇连接。

5、试压。

6、下完井生产管柱。

7、导入油管悬挂器。

8、拆卸带压作业设备和防喷器组。

9、安装采气树。

10、憋破裂盘、定压接头，完工收尾。