連續油管水平井磨銑打撈技術及應用

張 朔，王方詳，劉德正，王 穎，劉正德

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下技術服務分公司，天津 300283）

隨著石油天然氣工業的發展需要以及新技術的應用需求，連續油管技術應用不斷擴展，除沖洗砂堵、清蠟、壓井、大斜度井電測、負壓射孔、試井、酸化、打撈以及作為生產油管等常規用途外，不斷朝鉆井工藝、完井工藝、采油工藝和修井工藝等作業領域發展，可以有效解決很多常規作業技術難以完成的任務[1-3]。

傳統的電纜或者鋼絲解卡與打撈技術在水平井中難以實現有效打撈的目的，連續油管能夠在打撈作業中循環液體并產生較高的液壓驅動井下液壓裝置以進行有效打撈，使得傳統無法打撈或無成本效益的作業變得可行并具有較高的經濟效益。連續油管打撈可在生產著的水平井中帶壓操作，完成打撈作業后，僅需少量作業即可快速進入到生產環節。與傳統的作業技術相比，該技術具有操作簡單，勞動強度低、作業時間短、事故少等優點，其集成化程度高，這些優勢大大縮短了作業周期，而且增加產量、降低成本[4-6]。采用連續油管進行鉆銑打撈作業時可以循環各種工作液體，這樣就可以利用高壓流體沖洗、溶解落魚附近的巖屑、泥沙等，作業時能夠更好地清洗作業區域[7]。在大斜度井或者水平井中，能夠產生較大的軸向力來振動或者拉出較重的落魚。隨著連續油管技術和井下液壓驅動工具的發展，連續油管的解卡打撈作業也進一步得到推廣和應用，并產生了較高的經濟效益[8]。因此，本文針對連續油管水平井作業中存在的問題，進行了作業管柱受力分析和施工參數的計算，得到了一種水平井連續油管磨銑和打撈作業技術，可為水平井連續油管作業技術提供設計依據。

1 作業管柱受力分析

在進行打撈解卡作業中，首先要分析清楚井下具體情況，在此基礎上選擇相適應的作業工具，根據具體的落魚情況和井身結構特點，選擇對應的打撈工具組合以及打撈工藝進行井下落魚的解卡與打撈作業。打撈解卡技術是利用管具將設計規定的提拉載荷作用在落魚上，達到打撈解卡的目的。在水平井或大斜度井中，管柱單位長度沿井眼軸線方向受力（見圖1）。

由圖1分析知，修井機設備的提拉載荷Fk要克服打撈管柱自身重力Wm及打撈管柱與套管之間的摩擦力fm才能傳遞到落魚。解卡力足夠大是打撈解卡的技術核心，以克服落魚所受的阻力。打撈解卡力Fd為：

式中：Fd-拉力，kN；Fk-修井機提升載荷，kN；Hz-造斜點深度，m；qm-單位長度連續油管在液體中重量，kN；fm-摩擦力，kN；α-魚頂井眼井斜角，°；R-造斜井段的曲率半徑，mm。

由公式（1）可知，解卡力主要受到修井機設備提升能力，井眼軌跡，連續油管強度等因素的影響。

2 施工參數計算

2.1 打撈工具串管柱長度設計

打撈工具串的長度與造斜段曲率半徑相關（見圖2），其長度為：

式中：L-工具串的最大長度，mm；R-曲率半徑，mm；R=360/（2πKba）；Kba-造斜率，°/30m；dci-套管內徑，mm；D-工具串最大外徑，mm。

通過公式（2）可知，要合理控制工具串長度，如工具串過長，需要使用萬向接頭。

2.2 磨銑鉆壓優化

圖1 打撈管柱受力分析

圖2 工具串管柱在造斜段最大尺寸

圖3 鉆壓與磨銑速度和磨鞋損耗的關系曲線

通過對磨鞋損耗和磨銑速度之間的關系進行分析，對施工數據進行分析得到結果（見圖3）。

從圖3可以看出，隨著鉆壓的增加，磨鞋損耗呈現一個逐漸上升的趨勢，磨銑速度呈現一個先上升后下降的趨勢，當鉆壓超過25 kN時，磨銑速度開始下降。鉆壓保持在20 kN～25 kN時，磨銑速度和磨鞋損耗處于一個比較合理的范圍。

2.3 磨銑循環排量優化

在磨銑作業中，只有循環液具備一定的攜帶性能和返排速度，才能將銑屑返排至地面，確保磨銑作業順利進行。其經驗公式為：

式中：va-環空流體返速，m/s；ρm-液體密度，kg/m3；dci-套管內徑，mm。

最小排量為：

式中：Q-排量，L/m3；dpo-鉆具外徑，mm。

由公式（3）和（4）可知，排量與環空液體返速成正比，與液體密度和套管內徑成反比。在連續油管實際作業中，施工排量一般在200 L/min左右，遠大于銑屑所需的最小排量。返屑率與排量直接的關系（見圖4）。

從圖4可以看出，當環空流體返速達到1.0 m/s以后，返屑率達到94.8%，當返速超過1.0 m/s時，其返屑率增加較為緩慢。實際施工排量遠大于1.0 m/s，能夠滿足磨銑作業需求。

2.4 磨銑轉速優化

通過對現場施工數據統計，可以得到磨銑速度和磨鞋轉速之間的關系曲線（見圖5）。從圖5可以看出，轉速達到100 r/min時，磨銑速度達到了0.73 m/h，推薦實際鉆速為100 r/min～120 r/min。

2.5 水平井磨銑打撈工藝

磨銑打撈施工的最終目的是將水平井內卡點解除，或者將其從井內順利起出。水平井打撈方法與常規井打撈方法既有相同之處又有其特殊性。水平井打撈方法在遵循常規井打撈方法的原則上必須還要遵循以下原則：活動解卡的原則，活動前必須緊扣，否則會因扣未上滿而拉脫扣，如果從某一深度拔斷，可根據情況考慮用正扣管柱下帶可退打撈工具緊扣、活動。必須在鉆具和落魚允許強度內進行活動，否則會因拉力過高而將連續油管或落魚拉斷，且考慮在起升設備安全范圍內活動。上提拉力必須逐漸逐次增加，并且上拉與下擊結合。在允許條件下，可用水力沖擊結構配合解卡。

圖4 環空流體返速與返屑率的關系曲線

圖5 磨銑速度和磨鞋轉速的關系曲線

3 現場應用

BZ11-1C井為水平井，井深3 424.2 m，設計水平段558.4 m。最大井斜 84.76°。磨銑鉆具組合為：φ38.1 mm連續油管連接頭+φ38.1 mm安全閥+φ31.75 mm連續油管+φ40.1 mm機械斷脫器+φ44.52 mm連續油管作業裝置+φ42.9 mm井下動力馬達+φ47.625 mm磨鞋。在該井進行了連續管磨銑復合橋塞施工，開泵至排量280 L/min，鉆壓30 kN，轉速為120 r/min，進行磨銑，磨銑用時51 h，進尺35.2 m，平均磨銑速度由0.48 m/h提高到0.69 m/h，提高43.8%，施工順利。

BZ35-1C井為水平井，井深 2 648.7 m，設計水平段 643.8 m。最大井斜 83.76°。井下落物為φ89 mm油管5根，φ89 mm篩管1根。打撈工具組合為：φ38.1 mm連續油管連接頭+φ38.1 mm安全閥+φ38.1 mm萬向接頭+φ40.2 mm加速器+φ38.1 mm連續油管管柱+φ42.5 mm震擊器+φ43.7 mm液力驅動斷脫器+φ44.5 mm扶正器+液壓可退式撈筒/撈矛。打撈16次，歷時24 d，打撈管柱能夠順利下至魚頂位置，打撈工具退出成功率100%。

4 結論

（1）采用連續油管進行鉆銑打撈作業時可以循環各種工作液體，作業時能夠更好地清洗作業區域。在大斜度井或者水平井中，能夠產生較大的軸向力來振動或者拉出較重的落魚。

（2）對水平井磨銑打撈工藝技術進行了研究，并對磨銑作業過程中工作串長度，鉆壓，循環排量，鉆速等參數進行了優化，為連續油管水平井作業提供了理論依據。

（3）連續油管作業效率高、可帶壓作業、使用靈活等優勢，解決高壓、長水平段井內的長工具串落魚的打撈問題。

（4）輔助配套工具能夠克服水平井結構限制，盡可能地降低摩擦阻力，實現磨銑打撈工具安全、可靠。