水平井连续油管高效钻磨技术研究

水平井连续油管高效钻磨技术研究

发表时间：2019-03-25T16:21:21.223Z 来源：《防护工程》2018年第34期作者：姬万荣[导读] 建议利用软件对水平井连续油管高效钻磨技术进行仿真研究，有利于高效快速的钻磨施工，完善钻塞工艺。玉门油田分公司机械厂销售服务中心甘肃省酒泉市 735200 摘要：近年来，连续油管技术以其带压、快速、高效等优势在国内油气田得到了很大规模的应用，可实现水平井通井、冲砂、射孔、测声幅、速度管柱、拖动压裂、钻磨滑套、钻磨桥塞等工艺技术，并成为油气田修井作业的主体技术之一。与修井机钻磨相比，连续油管钻磨具有钻压控制稳定，井控条件成熟，水平段入井距离长，施工连续等特点，是目前钻磨复合桥塞的可行性技术。本文通过分析连续油

管钻磨工具的工作特性以及水平井携岩规律，优化了施工过程中的工作参数，形成了水平井连续油管高效钻磨技术方案，并在某油田进行现场应用，应用效果良好。关键词：水平井；连续油管；高效钻磨技术

1连续油管钻磨技术难点就目前页岩气储层改造而言，连续油管钻磨技术的应用存在以下难题:(1)连续油管由于“螺旋锁定”无法下入指定层位；(2)工具管串组合有待进一步优化；(3)钻后碎屑返排效果差；(4)环保及成本未得到有效控制；(5)钻磨时效性仍有较大提升空间；(6)压裂初期储层保护。提出以下技术措施:(1)降低连续油管与套管间的摩擦阻力，推广锥形管技术以及钻磨串增加水力振荡器工具，能够有效延长连续油管下入深度；(2)钻磨管串上增加阻隔式清洁工具，可大排量循环洗井，提升碎屑返排率。大排量洗井时可向清洁工具内投球，阻隔马达工作，延长马达有效工作时间。钻磨过程中使用清洁工具进行洗井，可减少更换螺杆马达工具带来的工效损耗以及单独洗井工序，整体效率得到较大提升。

2连续油管钻塞关键技术2.1磨鞋

施工过程中螺杆马达的选取应根据磨鞋的大小来决定。作为钻磨工具的核心工具，磨鞋外径的选择应略小于套管内径8~10mm为宜，既可以扶正钻头，又不会损伤套管。考虑到施工水平井所用套管内径139.7mm，施工选择了 112mm的平底磨鞋。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。

2.2螺杆马达螺杆马达是一种基于莫锘原理的容积式井下动力机械。在不计损失时，根据容积式机械工作过程中的能量守恒，单位时间内钻头输出的机械能(Ttωt)等于螺杆马达输入的水力能(ΔpQt)，则有：

式中:Tt—螺杆马达理论转矩，N·m；ωt—钻头理论角速度，rad/min；Δp—螺杆马达进、出口的压力降，MPa；Qt—流经螺杆马达的流量，即循环液排量，m3/s；nt—钻头理论转速，即马达输出的转速，r/min；q—螺杆马达每转排量，是一个结构参数，m3/r；Pt—螺杆钻具功率，kW；kb—地层硬度系数；Wt—钻压，kN；db—钻头直径，m；x，y—常数指数。由以上各式得出螺杆钻具的两个基本性能：理论转矩Tt与马达进、出口间的压降Δp成正比。马达的输出扭矩与马达的压降成正比。正常工作状态下，循环液压降随钻压的增大而增大。随着钻压逐步增加，循环液压力逐渐上升，压降也相应增大，扭矩增加的同时也增加了井底切削力矩；未达到临界钻压前，螺杆马达转速只是稍有下降，继续增加钻压，当钻压达到临界钻压，循环液在马达两端产生的压降达到临界值时，螺杆马达转速急剧降低到零，发生制动现象。这种情况对工具损害极大，应尽力避免。理论转速nt与循环液排量Qt成正比而与钻压无关。一般在钻进过程中，流进螺杆马达的循环液排量是不变的，螺杆马达转速只与流量有关而受钻压影响很小，因此螺杆马达转速基本不变，不会因为加大钻压而使钻头转速明显减小。理论扭矩Tt和理论转速nt是螺杆马达最主要的输出参数，一起构成了螺杆钻具能量转换的载体。通过参数对比，优选了具有高扭矩(850~950N·m)、低转速(230~360r/min)，使用寿命长、耐高温和耐冲击等优势，适合水平井作业的 73mm等壁厚螺杆马达。

2.3使用震击器

由于连续油管的限制，施工排量往往不高，在钻塞过程中容易遇到障碍物或卡钻。该罐能有效地解决这些问题，防止较大事故的发生。在钻磨过程中，通常采用上下双向干扰机。当上连续油管因不完全铣削而卡阻时，卡阻器会产生上下方向的附加卡阻力，有助于解除卡阻。使用震击器可以有效地提高管柱的蠕变，提高钻磨效率。

2.4循环液的优选

钻磨循环液主要有三个功能：为螺杆马达提供足够的动力，使其钻磨通流体；将钻屑和其他固体颗粒带到井筒中；降低摩擦和施工泵压。连续油管钻磨循环液需要选用低摩阻、高粘度、携砂能力强、稳定性强、可循环利用的液体介质。通过实验优化以滑溜水为基液配比0.5%胍胶，可有效增强循环液的环空携屑能力，液体降阻率达到65%以上。

2.5井口捕屑器

在钻塞过程中，当大量的钻屑排出后，很容易堵塞喷嘴和喷嘴。有必要在地面出口安装捕屑器进行捕鱼。它不仅能有效地避免回流阻塞地面设备，保证管道畅通，而且能对循环液进行两次过滤，保证液体回流顺畅、快速。

2.6清洁技术

阻隔式循环清洁工具可通过多次投激活球实现最多10次开关旁通阀，最大排量为1150mL/min，实现了不起管柱情况下进行钻磨与循环清洁井筒两种模式间自由切换。其特点为:(1)解决水平段复合桥塞钻屑返排难，影响后期液体返排、试气、测井等工序作业难题；(2)减少螺杆马达工作时间，避免空转造成损伤，保证马达有效工作状态；(3)为解卡提供大排量循环通道；(4)通过开关循环阀工具，能够减少连续油管起下钻次数，极大的节约工作时间，缩短施工周期。

3现场应用

GD14H井是位于大港油田南部油区的一口水平井，是首次采用泵送桥塞与射孔联作分段压裂工艺。该井生产套管139.7mm，完钻井深4880m，垂深3999m，最大井斜91.09°，水平段长1255.82m，井眼轨迹较为复杂，压裂后井内留有6个桥塞。

采用连续油管带钻磨工具串进行钻塞作业，钻磨工具组合为50.8mm连续油管+73mm连续油管连接器+73mm马达总成(单流阀+液压丢手+双循环阀)+73mm震击器+73mm螺杆马达+112mm平底磨鞋。

钻磨过程中为确保岩屑尽可能多的循环至井口，钻塞工具串下放速度控制在10~15m/min，排量控制在400~450L/min，钻压5~10kN，选用滑溜水+0.5%胍胶作为钻磨循环液。2015年5月21日现场实施，用6.5h一趟管柱完成了水井段4个桥塞钻磨施工，纯磨单塞最短用时30min，最长用时60min。平均单个桥塞钻磨时间约为1.05h，钻磨效率较高。施工成功率达到100%，现场应用效果良好，在降低施工成本的同时又达到了提速增效的目的。

结论

选择合适的螺杆马达和磨鞋是连续油管高效钻磨成功的关键，通过不同工具的相互配合实现钻磨过程中的精确控制。优化的设计排量满足携砂液的环空返速大于2倍的岩屑沉降速度，保证紊流态下携砂效果好。钻压施加方法可操作性好。建议利用软件对水平井连续油管高效钻磨技术进行仿真研究，有利于高效快速的钻磨施工，完善钻塞工艺。

参考文献

[1]刘祖林，杨保军，曾雨辰.页岩气水平井泵送桥塞射孔联作常见问题及对策[J].石油钻采工艺，2017，36(3):75-78.

[2]孙良田，李玉魁，朱宁，等.煤层气井压裂中可钻桥塞电缆射孔联作技术研究[J].煤炭科学技术，2016，44(5):30-33.