頁巖氣開采中上傾井段的分簇射孔與橋塞聯作技術運用

黎瑞

中油測井西南分公司射孔技術分公司 四川隆昌 642150

1 上傾井分簇射孔泵送技術與受力試驗

1.1 管串結構及參數

典型的泵送聚集射孔管柱如圖1所示。它主要包括打撈矛和加重，射孔槍弦，橋塞工具，調整圓柱，橋塞等。由于管串與套管的中心軸平行，導致在殼體的中心軸上，弦的具體參數如表1所示。

表1 分簇射孔管串組成及參數

1.2 泵送管串受力分析

如下圖1所示，上傾斜井的抽水管柱受到重力G，浮力FF，泵送推力FP，流體附著力FS，摩擦力Ff，電纜頭張力FC等，α為井的傾角，Fτ是井液中管柱的重力，切向分量FN是管壁的正常支撐力。

圖1 上傾井泵送管串受力情況

在泵送過程中，泵送推力和流體粘附力的合力必須大于管柱摩擦力和重力切向分量，在泵送到該位置后，如果井角α太大，則管柱重力切向分量Fτ大于弦線靜摩擦力，Ff會導致弦來回滑動。因此，有必要分析泵塞橋塞和聚類射孔的各個階段，并提出具體措施。

2 上傾井泵送排量分析計算

2.1 上傾井泵送推力

向上推進泵送管柱正向動力來自由流過管柱和套筒間隙的泵流體產生的壓差推力FP和由流過管柱表面的泵流體產生的粘附力FS。泵液一般為清水，底部動態粘度小于1mPa·s，管柱表面積也小。因此，粘附力FS可以忽略不計[1]。當泵送時，管柱靠近殼體的內壁，并且泵殼體和管柱之間的間隙中的流體流動偏小，p1-p5和A1-A5是流體壓力和管柱頂部的工作區域，臺階，橋塞的底部和泵送推力FP是：

偏心間隙流的壓降公式為

式中,泵液動力黏度用μ表示；間隙長度用L表示；間隙高度用h表示；偏心率用ε表示,ε=e/h,偏心距用e表示；q表示間隙排量；ρ表示泵液密度。假設已知p1,根據公式(2)可求得p2-p5,進而求出FP,理論推導可知FP與p1大小無關。

2.2 上傾井泵送阻力

泵送阻力主要包括沿弦重力和浮力的組合力的切線方向的分量Fτ，管柱與殼體之間的摩擦力Ff1，電纜頭張力FC等，其中電纜頭 張力主要克服了水平截面電纜的摩擦阻力Ff2和泵送推力。

在公式中，m和V分別是弦的質量和體積; f1和f2分別是弦，索和井筒的摩擦系數; Gc和FFc分別是電纜的重量和浮力;g是重力的加速度。

3 現場應用

XX81-5HF鉆井目標深度3 203m /深度2 819m，B目標深度5 238m /深度2 688m，井眼軌跡上坡，23號泵橋位置3 469m（井傾角102°），射孔位置3 460-3 461m，3 438-3 439m，3 416-3 417m（井傾角102°）。根據本文所述的方法，最大井斜率下的泵送阻力計算為1 572N，推薦的泵送位移為1.5-1.6m3/min。橋塞點火所需的上部頂部力為43-1 403N。頂部位移≤0.98m3/min;射孔所需的上部頂部力為42-1 379N，推薦頂部位移≤0.87m3/min。實際最大泵送位移為1.6m3/min，橋塞和穿孔的上部頂部位移分別為0.6m3/min和0.48m3/min，均在推薦范圍內。根據理論在點燃橋塞之前，泵車的超壓設定為44MPa（比點火前的42MPa的護套壓力高2MPa），在橋塞開始膨脹之后，當壓力上升到過壓值時套筒壓力自動增加，并且橋塞被丟棄，對于頂部位移泵送0.48m3/min的射孔管柱，在上傾部分的構造期間，弦不會發生反沖[2]。

4 結語

針對上傾井段分簇射孔與橋塞連作工藝的需要,從原理上說明了不停排量坐封橋塞，小排量上頂管串進行射孔的可行性,并對各主要環節進行科學計算分析。對上傾井分簇射孔泵送的模擬井下試驗證明了依靠增減排量，改變管串受力大小的方式進行上傾井分簇射孔泵送是可行的。