連續油管水平井磨鉆復合橋塞工藝研究與現場應用

摘 要：水平井分層壓裂是近兩年興起的儲層改造新途徑，在國內油氣田的勘探開發中顯示出了較強的適應性和生命力，圍繞施工技術，各油田研發出了多種適用配合工藝。通過自主創新，長慶油田成功研發了水力泵入式復合橋塞、坐封—射孔聯作多級點火技術及配套工具，同時開展了大量的復合橋塞鉆磨性能試驗，并結合連續油管設備，在水平井進行了磨鉆復合橋塞工藝施工，取得了圓滿成功。本文著重介紹連續油管磨鉆復合橋塞的參數選擇和現場施工重點。

關鍵詞：連續油管；復合橋塞；磨鉆；鉆塞

一、國內外現狀

連續油管磨鉆具有鉆壓控制穩定，井控條件成熟，水平段入井距離長，施工連續等特點，已被國外在水平井洗井、沖砂、磨鉆施工中廣泛應用，其中在復合橋塞磨鉆施工中，2英寸連續油管為首選，單臺車可載連續油管長度可達4500m，最長進入水平井段可達到1000m以上，同時最大可提供800L/min的管內流量，可滿足井下馬達動力傳遞及磨屑上返的需要。在國內，連續油管設備目前國內已引進多套，操作可控性能滿足要求，但連續油管磨鉆橋塞工藝研究才剛剛開始，鉆磨工具還不全面，工藝研究還不成熟，多處在試驗階段，鮮有現場試驗施工。

二、磨鉆復合橋塞的工藝的技術難點

磨鉆復合橋塞的技術難點主要表現在井下工具的選擇、連續油管磨鉆控制性能、碎屑砂體的攜帶性能、動力液體的性能及循環利用等方面。

（一）工具的選擇需要滿足磨鞋對復合材料及鑄鐵材料磨銑性能好，磨屑均勻，扶正及過屑功能齊全，井下動力馬達扭矩轉速適中，壓降性能穩定，抗沖擊能力強；同時還要設計防卡振擊及液壓丟手工具，并安裝防回流單流閥，以防攜砂液提進入連續油管。

（二）連續油管磨鉆控制性能要滿足連續油管及鉆磨工具對復合橋塞的適當持續鉆壓，結合馬達壓降及扭矩輸出性能曲線，控制馬達扭矩，從而實現最優鉆磨性能。

（三）碎屑砂體的上返攜帶臨界條件要保證，井筒水平段會殘留部分壓裂改造過程中積留的支撐劑，支撐劑的密度一般大于磨鉆動力液密度，能將此部分支撐劑在鉆磨過程中攪動并由磨鉆動力液攜帶出井口是對動力液流量的最低要求，這將取決于套管內徑、連續油管外徑、動力液性能及支撐劑粒徑和密度。

（四）動力液體的性能及循環利用：磨鉆動力液需要選擇攜砂性能強的粘度大、低摩阻、穩定性強，可循環利用的液體介質。

三、技術難點的研究及應對策略

（一）結合工具需求性能，設計磨鉆工具串組合為：連續油管接頭+回壓閥+液壓振擊器+液壓丟手+馬達+磨鞋。磨鞋的外徑選擇略小于套管內徑6-10mm為宜，對鉆頭進行扶正，以確保鉆頭不會傷害套管。

馬達選擇中轉速大扭矩馬達，轉速在230-360r/min，扭矩保持在900-1050Nm，既能保證保證磨鞋的切削速度，又能保證碎屑的形狀和體積滿足上返要求， 2.0in連續油管擠毀壓力/內屈服壓力曲線如圖2。

（二）連續油管磨鉆性能控制：確保連續油管及鉆磨工具對復合橋塞的適當持續鉆壓，同時確保連續油管在擠毀壓力/內屈服壓力允許范圍之內，結合馬達壓降及扭矩輸出性能曲線，控制馬達扭矩在950Nm左右，對于復合橋塞材料鉆磨效率較高，當扭矩大于1000 Nm后，會增加馬達的負載，同時會產生厚度大于3mm以上的切削，這類切削不宜由鉆頭與套管兩側返出，夾在磨鞋與復合橋塞之間，降低磨鞋的鉆磨性能，但扭矩小于800Nm后，磨鞋不能有效切入及磨削，僅形成細粉狀金屬碎屑，肉眼幾乎不可見，地面僅能用強磁工具進行篩選，將降低切削效率。

圖1 2.0in 110TM 連續油管擠毀壓力/內屈服壓力曲線圖

（三）碎屑砂體的攜帶性能：在進行水平井復合橋塞鉆塞過程中，井筒水平段會殘留部分壓裂改造過程中積留的支撐劑，支撐劑的密度多集中在1.24-1.64g/mm3，大于磨鉆動力液密度，能將此部分支撐劑在鉆磨過程中攪動并由磨鉆動力液攜帶出井口是對動力液流量的最低要求，這將取決于套管內徑、連續油管外徑、動力液性能及支撐劑粒徑和密度，磨鉆動力液需要選擇攜砂性能強的粘度大、低摩阻、穩定性強，可循環利用的液體介質，在5-1/2英寸套管內施工時，設計動力液為0.35%胍膠基液+0.3%降阻劑，設計施工排量480L/min，經現場試驗可確保碎屑砂體的攜帶，并降低地面設備的施工壓力。

（四）隨著水平井分段層數的增加，磨鉆施工需要的動力液規模也在不斷增加，在現場施工中，要進行動力液的回收再利用，地面需配備以下必要設施：氣液分離器、鉆屑捕撈器，旋流除砂器、油水分離器、暫儲緩沖罐及高壓過濾器等。通過以上設施的配備，可將動力液總數控制在100方以內，完成全部鉆磨施工，工作原理及組合順序如圖3。

圖2 連續油管鉆磨復合橋塞井口裝備連接示意圖

四、現場應用實例

安平X井是長慶油田公司第六采油廠區域體積壓裂的一口重點實驗井，完鉆井深3335.0米，水平段長835米，采用5-1/2英寸套管完井，設計采用水力泵送復合橋塞、多級點火分簇射孔、光套管大排量壓裂工藝。

經過對連續油管鉆磨復合橋塞工藝討論、工具選型，采用2寸連續油管進行磨鉆施工，采用外徑116mm高性能五牙平底磨鞋+2-7/8井下馬達（最大扭矩1400NM），進行施工，施工排量460L/min，連續油管入井深度3120米，其中造斜及水平段段1100米，鉆磨復合橋塞12個，施工一次完成，取得了連續油管磨鉆復合橋塞工藝現場試驗的全面成功。

五、結論

1、2英寸連續油管水平段鉆磨復合橋塞技術是可行的，具有精確可控的操作優勢；

2、施工中，動力液的上返速度必須要高于支撐劑在該種動力液中的沉降速度，以避免發生管柱砂卡；

3、完成每級橋塞鉆塞，須將井筒內積留的支撐劑充分循環攜帶出井筒以外；

4、鉆屑厚度控制在宜攜帶體積以下，將能增加鉆屑的攜帶性能并減少鉆屑卡鉆的可能性；

5、結合馬達壓降及扭矩輸出性能曲線，控制馬達扭矩是磨鉆復合橋塞的技術關鍵；

6、動力液回收再利用是磨鉆多級復合橋塞經濟有效的施工方法。

參考文獻

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