金強

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心，江蘇 泰州 225300）

0 引言

頁巖氣開發(fā)需要對地層進行分段改造以使產(chǎn)能最大化，壓裂規(guī)模和施工壓力較高。橋塞分段射孔工藝技術(shù)其電纜一趟入井即可完成橋塞坐封分隔已壓裂井段、分簇射孔打開本井段壓裂通道等頁巖氣水平井井筒分段壓裂的井筒準(zhǔn)備工作，可鉆橋塞較高的承壓等級和可靠的封隔工藝較好地滿足了頁巖氣勘探開發(fā)水平井分段改造以期獲得較高產(chǎn)能的需要，改工藝技術(shù)已在頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)域廣泛應(yīng)用。

頁巖氣水平井完成數(shù)段壓裂施工后，采用連續(xù)油管快速鉆磨井筒內(nèi)全部橋塞并將橋塞碎屑洗出井筒以恢復(fù)井筒通徑，完成頁巖氣井生產(chǎn)前的井筒準(zhǔn)備工作。近年來，可溶橋塞逐步替代可鉆橋塞應(yīng)用于頁巖氣水平井筒的封隔分段。可溶橋塞相比可鉆橋塞擁有可自然溶解的優(yōu)點，但因井況以及地層產(chǎn)出流體性質(zhì)差別，可能發(fā)生溶解不完全殘留固體塊堵塞井筒或井口油嘴等，仍需要采用連續(xù)油管下入橋塞鉆掃工具通井至人工井底[1]。

1 連續(xù)油管鉆塞工藝技術(shù)

連續(xù)油管鉆塞工藝技術(shù)關(guān)鍵是連續(xù)油管管柱優(yōu)選、井下工具優(yōu)選和組合、設(shè)備與液體的匹配等。

管柱的優(yōu)選是整個鉆塞工藝的靈魂，管柱優(yōu)選可以最大限度的保障鉆塞工藝施工的安全，將設(shè)備的能力發(fā)揮到最佳，同時管柱優(yōu)選又和井下工具、設(shè)備、液體綜合匹配，形成一個優(yōu)化的組合。最優(yōu)的井下工具組合是高效鉆塞的關(guān)鍵，可以減少管柱壽命損傷，提高施工效率。

1.1 連續(xù)油管優(yōu)選

管柱優(yōu)選主要是考慮管柱的疲勞壽命、抗拉強度、與液體配合的泵壓。

管柱施工過程中，油管曲率在3處發(fā)生6次變化：滾筒、鵝頸管及注入頭，井口處的油管柱曲率變化最為嚴(yán)重。減少管柱重復(fù)起下，是保證管柱壽命的重要方法。油管柱疲勞還與以下幾個方面有關(guān)：油管循環(huán)壓力、管柱鋼級、管柱外徑、管柱壁厚、管柱彎曲半徑及管柱焊接方式。

連續(xù)油管壽命是指管柱完整起下的次數(shù)。20MPa以上循環(huán)壓力下，不同鋼級的連續(xù)油管隨著循環(huán)壓力增加，其壽命呈大幅降低趨勢，因此，保護管柱的關(guān)鍵在于降低管柱循環(huán)壓力。隨著鋼級增加，連續(xù)油管抗疲勞壽命相應(yīng)增加如圖1，圖2所示。

圖1 管柱損傷的曲線圖

圖2 不同排量下的循環(huán)壓力與管徑的關(guān)系圖

同等施工排量下，管徑越大循環(huán)壓力就越小，管柱壽命越長。φ2.375in連續(xù)油管無疑具有很好的先天優(yōu)勢，國內(nèi)道路只能運輸2.375in連續(xù)油管長度4000m左右的盤管橇，但對于平橋南區(qū)頁巖氣井4000～6200m井來說無法發(fā)揮其作用。2in連續(xù)油管盤管可達6400m，可完成平橋南區(qū)頁巖氣井鉆塞施工。

同等條件下，壁厚越大管柱壽命越強。但管壁越厚，管柱自身重量也相應(yīng)增加，現(xiàn)場管柱被卡后，目前設(shè)備可以實施的允許過拉噸位也相對較小。中間段落管柱損傷最嚴(yán)重。連續(xù)油管鉆塞過程中需要每鉆磨2個橋塞就必須進行回掃一次井筒，保證橋塞碎屑返出井口或是減少井筒狗腿部的碎屑堆積。

綜上所述，優(yōu)選管徑2in的變徑連續(xù)油管用于平橋南區(qū)頁巖氣井鉆塞，同一根連續(xù)油管，0～2000m壁厚不低于4mm，2000m以上壁厚不低于4.45mm[2]。

1.2 井下工具優(yōu)選

井下工具優(yōu)選的關(guān)鍵是馬達和磨鞋。

1.2.1 馬達優(yōu)選

系統(tǒng)分析平橋南區(qū)塊的鉆塞情況，優(yōu)選使用φ73等壁厚螺桿高扭矩馬達，適用φ139.7套管，扭矩1400N·m，排量350-420L/min。

該型馬達定子橡膠受熱均勻，耐磨性能佳，動力強勁，不宜憋泵，小排量有利于降低泵壓，保護管柱。有效工作時間150h以上，現(xiàn)場應(yīng)用單支最多鉆磨了31個橋塞。

1.2.2 磨鞋優(yōu)選

磨鞋在橋塞鉆磨過程中，邊緣部分最容易磨蝕。

目前使用的可鉆橋塞均為投球式中空橋塞，選用中間凹，四周凸、不規(guī)則鑲齒的磨鞋，極大地提高了橋塞鉆磨效率。

未溶的可溶橋塞可鉆性差，選擇進口的硬質(zhì)合金φ108平底磨鞋，減小碎屑體積，避免返出困難易卡鉆等問題，避免頻繁短起循環(huán)；溶解較好的可溶橋塞，選用φ105的平度或凹底磨鞋，鉆磨速度較快，有效縮短鉆塞時間，提高施工效率。

對于單井橋塞數(shù)量較多的井，可以采用一新磨鞋加一修復(fù)磨鞋的搭配使用方式，最大程度的達到最優(yōu)性價比。

1.3 連續(xù)油管輸送設(shè)備優(yōu)選

連續(xù)油管彎曲半徑越小，彎折越厲害，壽命損傷越嚴(yán)重，如圖3，圖4所示。

圖3 30MPa內(nèi)壓下鵝頸管半徑、鋼級與CT壽命圖

圖4 30MPa內(nèi)壓下芯軸直徑、鋼級與CT壽命圖

因此，對于連續(xù)油管設(shè)備來說，考慮運輸和管柱壽命節(jié)約，鵝頸管：100in（CT壽命）芯軸：95in（CT壽命、運輸），5-1/8”四閘板防噴器和4-1/16”液壓防噴盒。

1.4 鉆磨液體

鉆磨滑溜水粘度40mPa·s以上，鉆磨膠液粘度60mPa·s以上。循環(huán)壓力=井口壓力+工具壓降+液體摩阻。一般平橋南井口壓力=20MPa；工具串壓降=5MPa；循環(huán)壓力越低，管柱壽命越長，在井口壓力和工具壓降為額定時，降低液體摩阻是唯一關(guān)鍵。液體摩阻和液體性能有關(guān)，一般選擇降阻性能較好的壓裂液（滑溜水或膠液）。降阻性能達到清水摩阻的20%～30%。

鉆塞過程中，井底磨屑上返過程中將三個階段，為水平段（大于60°）、斜井段（30-60°）和直井段（0-30°）。三個不同井段的磨屑上返流動方式也不一樣。

液體摩阻與泵注的排量有關(guān)，排量越大，沿程壓力損失越大。在優(yōu)選使用φ73等壁厚螺桿高扭矩馬達情況下，最優(yōu)鉆磨作業(yè)排量為400L/min?，F(xiàn)場鉆磨施工中應(yīng)盡可能選用工作排量400L/min，使馬達的扭矩和轉(zhuǎn)速達到最佳狀態(tài)，同時達到足夠的返屑能力。

2 鉆塞復(fù)雜情況處理

連續(xù)油管鉆塞時，可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況比較多，比如卡鉆、久鉆無進尺、井口壓力突增、井口失返、套管變形、管柱自鎖等。

2.1 久鉆無進尺

（1）施加鉆壓時，懸重下降，泵壓無變化。將工具起出井口，將馬達和磨鞋更換為噴嘴。一是可循環(huán)沖洗清除沉砂，二是可推送該橋塞至下一個橋塞面，若推不動橋塞，則通過震擊器將橋塞與橋塞底部砂體壓實，以穩(wěn)固橋塞，為后續(xù)鉆塞做準(zhǔn)備[3]。

（2）施加鉆壓時，懸重下降，泵壓急劇上升。更換為沖洗工具串，打膠液段塞，大排量洗井并充分循環(huán)，再更換馬達和磨鞋進行后續(xù)鉆磨。

2.2 井口壓力突增

密切關(guān)注井口壓力變化，鉆磨施工出現(xiàn)異常井口高壓（馬達被超壓憋停），應(yīng)立即關(guān)小返排出口，防止鉆磨工具串下部壓裂砂大量上返，同時以最小排量起泵，保證管柱及工具一直循環(huán)，若泵壓允許可以增大排量。若上提遇卡，則按照解卡步驟進行解卡，若上提正常，應(yīng)緩慢上提管柱，防止卡管，同時增大排量。將上部井筒洗凈，且井口壓力恢復(fù)正常后，進行后續(xù)橋塞鉆磨施工。

2.3 油管自鎖

通過泵注金屬降阻劑至油套環(huán)空，能夠降低連續(xù)油管與套管內(nèi)壁金屬之間的摩擦系數(shù)，以達到通過自鎖段的目的。

使用水力振蕩器，通過泵車開泵停泵，壓力變化產(chǎn)生的激動，帶動其產(chǎn)生縱向和徑向的抖動力，從而使油管向前移動，效果比較明顯。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

選用φ2＂、壁厚0.175-0.188＂變徑，鋼級TS-110的連續(xù)油管，最大提升力為45t的連續(xù)油管作業(yè)機，優(yōu)選的高效長壽命馬達及改進的凹底磨鞋，較好地適應(yīng)平橋南區(qū)頁巖氣井橋塞鉆磨需求。

鉆塞工具串：鉚釘式連接器+馬達頭總成+震擊器+水力振蕩器（選擇使用）+液壓馬達+高效磨鞋。

從表1可得出，使用該鉆磨工具串能夠完成頁巖氣井可溶橋塞的鉆磨施工。除了連續(xù)油管設(shè)備及工具串的對鉆塞時效的影響外，一般情況下，燜井時間越長，鉆磨時間短；井斜越小，鉆磨時間也越短[4]。

表1 可溶橋塞鉆塞施工耗時統(tǒng)計表

焦頁3#井，在第一次鉆磨時由于燜井時間僅有48h，且由于鉆磨前全封橋塞中芯桿堵頭未能打通，導(dǎo)致橋塞溶解度低，鉆磨困難，3個橋塞平均鉆時達到200min。在第二次上井后，地層已打通，且燜井時間也有240h，但由于井斜以及方位角等因素，出現(xiàn)了油管自鎖，無法繼續(xù)鉆塞的情況下，在管柱中增加了水力振蕩器，順利的將全井橋塞全部鉆除，11個橋塞平均鉆時88min[5]。

勝頁1#井，井斜角達到了104.6°，井底水平段呈上翹形態(tài)，即便是使用金屬減阻劑+水力振蕩器，也未能提高平均鉆時。

對于平橋南區(qū)頁巖氣井使用的可溶橋塞，時間允許的情況，盡可能使用KCl溶液進行浸泡，延長燜井時間，以達到可溶橋塞的設(shè)計溶解率[6-7]。浸泡時間長也有利于連續(xù)油管通井鉆磨施工，提高施工時效。

4 結(jié)語

優(yōu)選的連續(xù)油管、動力設(shè)備、井口裝置及鉆塞工具組合能較好地滿足平橋南區(qū)頁巖氣井橋塞鉆磨需要。

根據(jù)可溶橋塞的材質(zhì)以及試驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化了鉆磨橋塞工藝，確定了鉆塞馬達及磨鞋選型，提高了鉆塞時效。

理論計算與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)相結(jié)合，確定了鉆磨液體與鉆塞工具的匹配以及最佳工作排量。

形成了復(fù)雜情況下的連續(xù)油管施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工法。