淺談連續(xù)油管水力振蕩器在頁巖氣水平井中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前連續(xù)油管在頁巖氣井開發(fā)過程中遇到的在水平井中經(jīng)常發(fā)生鎖定的現(xiàn)象，通過摩阻成因分析、連續(xù)油管水力振蕩器作用機(jī)理、結(jié)合其在頁巖氣井YSX井的現(xiàn)場應(yīng)用情況，得出了連續(xù)油管水力振蕩器在解決連續(xù)油管鎖定現(xiàn)象方面取得了顯著的效果，以及在頁巖氣勘探開發(fā)過程中有著巨大潛力這一結(jié)論。該結(jié)論為連續(xù)油管水力振蕩器在頁巖氣藏儲(chǔ)層改造中的規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，為連續(xù)油管水力振蕩器在長水平段及井眼軌跡復(fù)雜井的環(huán)境作業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：連續(xù)油管；水力振蕩器；頁巖氣；水平井；鎖定

隨著油氣田的開發(fā)和能源的耗竭，非常規(guī)油氣將成為未來石油天然氣能源的重要接替者。據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年美國頁巖氣產(chǎn)量約合4.3×1011m3，是其2010年產(chǎn)量的3倍，預(yù)測到2035年頁巖氣產(chǎn)量將占到美國天然氣總產(chǎn)量的46%。在我國，2016年中國頁巖氣產(chǎn)量約為8.5×109m3，2017年國家能源局發(fā)布《石油天然氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，指出2020年我國頁巖氣產(chǎn)量力爭達(dá)到3×1010m3[1]。連續(xù)油管作業(yè)機(jī)[2]可建立獨(dú)立循環(huán)通道、帶壓作業(yè)等特點(diǎn)，使得連續(xù)油管在頁巖氣藏儲(chǔ)層改造中能夠提供通、洗井，傳輸射孔、傳輸橋塞、沖砂解堵、鉆磨橋塞、清掃井筒障礙等各種服務(wù)。但是連續(xù)油管在頁巖氣井的開發(fā)過程中也遇到了一些難題，特別是因?yàn)槠湓谒骄薪?jīng)常發(fā)生鎖定現(xiàn)象，很難下至指定深度等。本文通過在YSX井中使用NOV公司生產(chǎn)的連續(xù)油管水力振蕩器順利鉆磨完該井在長水平段中的9個(gè)橋塞，說明了連續(xù)油管水力振蕩器在解決連續(xù)油管鎖定現(xiàn)象方面的必要性以及其在頁巖氣開發(fā)中的重要性。

1 什么是連續(xù)油管鎖定現(xiàn)象？

當(dāng)連續(xù)油管的軸向壓縮力超過其螺旋彎曲載荷時(shí)，連續(xù)油管就彎曲成螺旋形，引起附加的徑向接觸力，使油管與井壁的摩擦力增加，軸向力越大其摩擦力越大，增加的任何附加力都將由于該點(diǎn)的摩擦而損失殆盡。此種現(xiàn)象就稱做螺旋鎖定，螺旋鎖定直接影響到連續(xù)油管在水平段推進(jìn)的深度[3]。

2 連續(xù)油管水力振蕩器簡介

連續(xù)油管水力振蕩器以泵注的液體作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)振蕩器軸向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)井下管柱沿軸向往復(fù)振動(dòng)。它通過泵注液體產(chǎn)生周期性的振動(dòng)載荷，將管柱與井壁之間的靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，進(jìn)而降低井下管柱在前進(jìn)中的摩擦阻力和扭矩，從而有效傳遞鉆壓，提高連續(xù)油管的下入深度。

連續(xù)油管水力振蕩器由動(dòng)力部分、閥門和軸承系統(tǒng)、振蕩短節(jié)三個(gè)部分組成（如圖1）。動(dòng)力部分由液體驅(qū)動(dòng)內(nèi)在螺桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)其下端閥片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。閥門和軸承系統(tǒng)，通過一對(duì)閥門做周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將流經(jīng)動(dòng)力部分的部分液體的能量轉(zhuǎn)化為壓力脈沖。振蕩短節(jié)有一個(gè)對(duì)外密封的芯軸，芯軸在壓力脈沖作用下上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工具產(chǎn)生軸向振動(dòng)[4]。這個(gè)軸向振動(dòng)使連續(xù)油管所遇到的靜摩擦變成動(dòng)摩擦，使其繼續(xù)前進(jìn)中受到的摩擦阻力大大降低，進(jìn)而加深連續(xù)油管的下入深度。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 施工井的基本情況及任務(wù)

YSX井為浙江油田的一口重點(diǎn)井，計(jì)劃采用速鉆橋塞分21段進(jìn)行壓裂改造。連續(xù)油管在本井中承擔(dān)壓裂前通洗井、射孔和壓裂后鉆磨橋塞兩部分工作。因其在電纜泵送第9個(gè)橋塞時(shí)遇阻，又無法解卡，所以原地座封，最后判斷造成這種情況的原因?yàn)橐伤铺坠茏冃巍楸苊饫^續(xù)壓裂可能導(dǎo)致的套變加劇，因此提前使用連續(xù)油管鉆磨前期的9個(gè)橋塞。該井水平段長1550m，最大井斜98.85°，水平段井斜變化大，井斜角度由88.4↗98.22↘91.26↗98.41↘88.24↗95.49，呈波浪狀多次起伏，井眼軌跡相當(dāng)復(fù)雜。

3.2橋塞參數(shù)

本井橋塞為馬格納姆橋塞，外徑99.6mm，總長510mm；總重4.78kg，卡瓦重0.68kg，卡瓦占總重的14.2%。

3.3施工情況

本井采用連續(xù)油管進(jìn)行前期的通洗井作業(yè)時(shí)，在沒有使用水力振蕩器的情況下，連續(xù)油管下至離人工井底382m時(shí)發(fā)生鎖定，反復(fù)上提下放無任何進(jìn)尺，最后泵注了20m3金屬降阻液后才下至人工井底。

在后期的鉆磨橋塞作業(yè)過程中，加裝了NOV公司生產(chǎn)的水力振蕩器。其外徑73mm，長1.75m，重45.3kg。推薦排量151～302L/min，工作頻率15HZ@1511/min，最大承拉38.5t。在鉆磨至長水平段末端時(shí)又遇到連續(xù)油管鎖定現(xiàn)象，但在水力振蕩器起作用的情況下，并且在沒有泵注金屬降阻液的前提下，盡管進(jìn)尺緩慢，但最終解決了連續(xù)油管鎖定現(xiàn)象的發(fā)生，成功鉆完所有9個(gè)橋塞并清掃井筒障礙至人工井底。

整個(gè)施工過程用時(shí)36.2小時(shí)，純鉆用時(shí)520分鐘（8.67小時(shí)），每個(gè)橋塞平均鉆磨用時(shí)57.78分鐘（0.96小時(shí)）。

4 結(jié)論與建議

（1）水力振蕩器在頁巖氣開發(fā)中使用效果顯著，對(duì)于降低鉆進(jìn)過程中井下管柱與井壁間摩阻有著有著明顯的作用；

（2）使用水力振蕩器可以加深連續(xù)油管的下入深度，解決連續(xù)油管在水平段較長或者井眼軌跡復(fù)雜井中發(fā)生的鎖定現(xiàn)象。

（3）使用水力振蕩器能降低摩阻和扭矩，提高機(jī)械鉆速；可減少連續(xù)油管鉆磨時(shí)的蹩泵現(xiàn)象及延長連續(xù)油管鉆磨工具管串的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹明.連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在頁巖氣井中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè)，2017，（5）.

[2] 何東升，徐克彬，魏廣森等.連續(xù)油管在水平井中作業(yè)的力學(xué)分析[J].石油鉆采工藝，1999，21（3）：61-64

[3].李宗田.連續(xù)油管技術(shù)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003

[4] 許京國，陶瑞東等.水力振蕩器在大位移井張海29-38L井的應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2014，21（4）：528-529endprint