頁巖氣井帶壓作業完井管柱技術探討

毛慶春

摘 要：頁巖氣田開發一段時間，因地層能量的下降，引起產量的下降，需要下油管生產。下油管需要采用帶壓作業施工。通過對當前井生產、井深和井身軌跡等綜合因素以及完井管柱進行系統受力分析，并考慮井況、完井管柱理論與實際生產情況，結合頁巖氣開發的實際，提出帶壓作業關鍵參數計算，設計帶壓作業完井管柱結構，達到延長管住有效使用壽命和頁巖氣井生產時間的目的。

關鍵詞：頁巖氣;帶壓作業;完井;采氣管柱

基于采氣工程理論，氣井臨界攜液流量受油管直徑的影響最明顯，所以在低產氣井內采用較小通徑的油管生產，是提高氣井攜液能力的首選。采用油管完井有以下優勢：

1、避免天然氣中攜帶的砂粒沖蝕套管;

2、可有效地預防和控制井筒積液，發揮頁巖氣井最大的產能;

3、發生緊急情況時，可提供壓井通道。

一、帶壓作業下油管關鍵參數計算

（一）、天然氣成分分析

施工前，需要了解施工井的井口壓力，并且要根據生產井況類似井推算施工井的氣層中部壓力，施工前需要取樣了解該井天然氣的成分，確定其是否含有H2S。（二）、對帶壓下油管的關鍵參數進行計算。

1、根據當前井口壓力計算平衡點

平衡點計算：F截面力=P井口×0.785d2

平衡點位置：β= F截面力/油管單位長度管柱浮重

F最大下推力=F上頂力+F摩擦力

2、計算最大無支撐長度

彎曲載荷計算：

—細長比;E—彈性模量;Fy—管柱的屈服應力。

有效細長比：;SR—有效細長比;L—最大無支撐長度;

r—旋轉半徑。

As=π（D-d）2/4

I=π（D-d）4/64

As—油管截面積;I—力矩。

因為有效細長比SR大于管柱細長比Cc，因此會發生管柱的整體彎曲（彈性彎曲），并且臨界彎曲負荷計算如下：

彎曲負荷：F1=As×30316/SR2

最大下壓力F2，若F2>F1，則管柱會發生彎曲。

SR2=As×30316/F上頂力

最大無支撐長度：L=SR×r/K

因此在井口壓力恒定時，剛開始下管柱施工中最大無支撐長度小于L，管柱不會發生彎曲。

二、頁巖氣井油管完井管柱設計

（一）、油管完井管柱結構原理

1、油管鋼級及扣型選擇

根據XX區塊已投產氣井天然氣組分分析，該井天然氣不含H2S，低含CO2，根據SY/T 6194-2003 石油天然氣工業油氣井套管或油管用鋼管，N80 EUE扣油管可滿足龍馬溪組頁巖氣開發。

2、帶壓施工井身結構

根據施工井當前產量、井深、井身結構以及考慮生產過程中需要帶壓裂液體等綜合因素，選用合適的油管下入，入井油管需要考慮將來可以下入或起出連續油管，封堵連續油管內部空間，避免井內介質進入連續油管內部，便于帶壓下入油管，主要由堵塞桿工作筒、堵塞器、篩管、導錐等組成。

3、管柱抗拉強度校核

N80油管的抗內外壓屈服強度均大于82MPa，以安全系數1.25計算，地層壓力應小于65MPa，而某龍馬溪頁巖氣儲層地層壓力小于40MPa，故在這里不需要計算油管抗壓和抗擠強度，只計算抗拉強度。

（二）、帶壓作業施工步驟

當前頁巖氣開發中使用的帶壓作業設備只要有180K、225K、240K等系列。根據要求，帶壓下入EU N80油管作為主要生產管柱。下入管柱時，管柱安裝雙工作筒，后期方便管柱投堵及管柱施工作業。油管內堵采用破裂盤和定壓接頭相結合方式，確保內堵的安全可靠。定壓接頭下連接3m長篩管，保證滿足生產需求，又可以把打掉的堵頭回收在篩管里，防止井內落物。

典型帶壓作業設備組成如圖1所示，225K帶壓作業設備的基本參數如表1所示。

帶壓作業的施工步驟：

1、拆卸采氣樹，安裝安全防噴器組。

2、安裝井口穩定器。

3、安裝不壓井作業設備。

4、管匯連接。

5、試壓。

6、下完井生產管柱。

7、導入油管懸掛器。

8、拆卸帶壓作業設備和防噴器組。

9、安裝采氣樹。

10、憋破裂盤、定壓接頭，完工收尾。

川東某頁巖氣田一期產建方案部署總井數253口，截止目前已投產近180口井。因為帶壓作業需要一定的施工周期，在已投產的井中，有120口井下入油管生產，主要采用帶壓作業下入光油管生產。根據計劃，其它生產井也將逐步下入油管進行完井。

結 ?論

帶壓作業可最大限度保持儲層狀態，避免常規作業過程中對儲層造成的傷害。該措施在該頁巖氣田實施效果顯著，能夠有效避免或減緩水進、減少井底積液，延長氣井的自噴周期，是保持地層壓力、提高并穩定單井日產量的一個重要手段，具有巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]王海濤等.氣井CT速度管柱完井技術理論研究[J].石油鉆采工藝，2009.31（3）：41-45.

[2]楊貴興等.帶壓作業技術研究與應用[J].石油機械，2011.39：59-61.

[3]白曉弘等.速度管柱排水采氣技術的應用及改進[J].石油機械，2011.39（12）： 60-62.

[4]謝君佳等.油管尺寸選擇及應用[ J].中國石油和化工標準與質量，2011.10（上）： 91.

[5]趙彬彬等. 速度管柱排水采氣效果評價及應用新領域[J]. 石油機械，2012.40（11）：62-65.