水平井连续油管钻塞配套体系

赵国厚

摘要:随着社会的进步与能源需求不断增大,在石油工业领域如何快速进行井下施工,安全而高效的进行油气田开采日益重要,在修井施工中,连续油管技术解决了一系列工程问题,所以本文从钻塞效率影响因素开展分析,之后给出提高效率的方法,以便于建立其配套体系,为相关工作人员提供参考｡

关键词:水平井;连续油管钻塞;体系

1钻塞效率影响因素分析

1.1螺杆马达的影响

目前,对螺杆马达的性能无法真实检测,只能根据马达工作时长进行简单性能和安全性判断｡由于缺少有效地面检测手段,没有测量其工作效率(按钻井螺杆钻具要求,效率低于40%的螺杆马达视为不合格),无法保证入井螺杆马达的质量和工作效能｡而实际由于桥塞类型､井况､工作液等多个条件差异,在相同工作时长条件下,马达损伤程度和性能会有一定差别,无法保证入井螺杆马达均能达到性能可靠､工作效率达标的要求,因此极可能产生以下结果:①虽能运转,但工作参数未达到有效要求,效率较低;②使用一定时间后部件损坏或定子胶皮老化,导致钻速慢或没有进尺,尤其一趟钻钻磨多个桥塞或复杂井况造成钻磨困难的井,上述情况更易出现｡

1.2磨鞋的影响

在相同的工况及施工参数下,磨鞋的选择是影响钻塞施工的主要因素之一｡磨鞋选型的影响主要表现在切削能力和切削形成碎屑的大小上｡切削能力不足,导致进尺缓慢,切削形成的碎屑大,导致返排困难,易造成卡钻等复杂情况,影响施工的正常进行｡另外,磨鞋水眼尺寸的选择与磨鞋及地层结构､钻磨进尺率等因素有关｡水眼太大,马达轴承不能得到很好的润滑,同时还会使马达承受钻压的能力降低;水眼太小,泵压达到额定值时,流量相对较小,马达的最佳性能就无法发挥出来｡若流量达到额定值,系统压力会偏高,马达推力轴承的寿命就会受到影响｡在磨鞋外径的选择上,过小,易形成较大碎屑或造成桥塞“扒皮现象”;过大,因受套管内径的限制,可能在过射孔炮眼位置遇阻｡

1.3工作液的影响

工作液的清洁与否关系到螺杆马达的是否能够正常工作,现场作业由于污水池太脏,含有一些大颗粒的机械杂质,但地面并未安装高精度过滤器,高压过滤器精度不够,液体中的砂或杂质在进入马达后,极有可能会在螺杆马达中沉淀,造成螺杆马达堵塞,出现压裂泵车压力过高,且出口液量小甚至无返出｡钻磨工作液主要以回收压裂液为主,若未进行现场黏度检测,采取增黏措施,工作液携岩能力很难达到要求｡工作液良好的携岩性将大大减少螺杆马达重复磨铣,降低卡钻风险和频率｡

1.4桥塞的影响

桥塞中的复合材料是比较易磨的,而卡瓦､橡胶件等是桥塞中较难磨铣的部分｡卡瓦是由铸铁制成,在磨铣过程中容易破碎(非粉末状),使磨铣平面造成跳钻､卡钻､夹在磨鞋过水槽｡橡胶件也不易磨碎,若钻头偏小或钻头磨损缩径,加上操作时如未及时进行短距起下､划眼及变换磨铣位置,极可能出现撕裂､掰碎橡胶件､牙块或穿过胶筒,形成较大粒径的碎屑,而不是磨成小碎屑返出,造成钻进进尺慢或无进尺､蹩泵､上提遇卡､下放遇阻等问题｡

1.5施工参数的影响

(1)排量的影响｡螺杆马达转速与排量成正比,若排量太小,马达会时转时停,导致非均匀冲击式倒转,增加工具的摇晃程度,加大马达转子和定子之间的磨损及轴承的损坏｡并造成马达转速和工作压差达不到最佳状态,因为螺杆马达的输出扭矩与螺杆马达所消耗的工作液压降基本成正比,所以可通过压力表数据变化来反映井下螺杆马达的扭矩情况｡

(2)钻压的影响｡在桥塞类型､井况一定的情况下,钻压､转速(排量)与机械钻速之间呈曲线性关系,存在最佳结合点,施工过程中缺乏实时分析和最佳钻压参数优选,造成钻压过高或过低,不能及时调整,从而造成班与班之间机械钻速差别较大｡一定程度上大钻压可提高钻磨效率但也可造成磨鞋合金研磨损坏,会产生较大的连续铁屑,引发循环携带问题｡大量铁屑参与重复磨铣,还使磨铣工况变得不稳定,出现蹩跳钻现象,使合金受到的冲击变大,并被击碎脱落,磨鞋表面形成镜面｡钻磨时应控制钻压,钻压太大,马达会因为蹩泵而停止工作,并会对马达轴承的寿命产生较大影响｡因此钻磨时不能盲目加压,盲目加钻压不仅不能提高钻磨效率,反而会加速导致马达定子脱胶｡

(3)钻速的影响｡试验数据表明,转速增加,磨铣速度将同步增加,磨铣转速不影响循环效果,高转速有利于提高磨铣速度｡即在同样磨铣速度下,提高转速,相应降低钻压,有助于保持良好的磨铣工况｡钻时速度过快,有可能造成马达回转,发生事故｡尤其靠近塞面,下钻速度应尽可小,否则塞面砂子会因为压力激动而被搅起,通过循环阀或磨鞋水眼进入马达内腔｡在超压停泵或停泵处理解卡时,砂子沉积在马达上端,磨损定子和转子,甚至会堵塞使马达无法工作｡

(4)井口压力的影响｡井口压力过高,泵注压力会随之升高,在马达蹩钻引起超压停泵压力上升迅速,技术人员和操作手没有足够的反应时间采取上提措施,导致压裂泵车停泵,而重新起下钻､开泵建立循环,会大大增加整个钻塞周期｡同时,会降低工作液上返速度,影响大钻屑的返排,尤其是桥塞金属卡瓦碎片无法有效快速排出,从而增加了钻塞工作量､卡钻风险､磨鞋磨损速率,由此需要额外的磨铣大碎片､处理卡钻和磨鞋更换时间,对整个钻塞作业而言,将大大降低工作效率｡

2 钻塞复杂情况处理

2.1 久钻无进尺

(1)施加钻压时,悬重下降,泵压无变化｡将工具起出井口,将马达和磨鞋更换为喷嘴｡一是可循环冲洗清除沉砂,二是可推送该桥塞至下一个桥塞面,若推不动桥塞,则通过震击器将桥塞与桥塞底部砂体压实,以稳固桥塞,为后续钻塞做准备｡(2)施加钻压时,悬重下降,泵压急剧上升｡更换为冲洗工具串,打胶液段塞,大排量洗井并充分循环,再更换马达和磨鞋进行后续钻磨｡

2.2 井口压力突增

密切关注井口压力变化,钻磨施工出现异常井口高压(马达被超压憋停),应立即关小返排出口,防止钻磨工具串下部压裂砂大量上返,同时以最小排量起泵,保证管柱及工具一直循环,若泵压允许可以增大排量｡若上提遇卡,则按照解卡步骤进行解卡,若上提正常,应缓慢上提管柱,防止卡管,同时增大排量｡将上部井筒洗净,且井口压力恢复正常后,进行后续桥塞钻磨施工。

2.3 油管自锁

通过泵注金属降阻剂至油套环空,能够降低连续油管与套管内壁金属之间的摩擦系数,以达到通过自锁段的目的｡使用水力振荡器,通过泵车开泵停泵,压力变化产生的激动,带动其产生纵向和径向的抖动力,从而使油管向前移动,效果比较明显｡

3提效措施建议

(1)加强技术研究,完善技术配套｡优化螺杆马达的使用,优化磨鞋､完善地面过滤系统､优化作业参数､改进钻磨工艺流程;开展长水平段下入技术研究;配套螺杆马达效率检测设备和钻磨实验装置,开展螺杆马达失速､临界钻压､工作压差实验,磨鞋和施工参数优化实验｡(2)加强钻塞施工过程操作优化｡作业前制定详细钻塞计划,规范钻具使用,优化加钻压时机和吨位,优化钻进速度,井温较高时循环冷却马达等｡(3)引入第三方机构进行工具的测试和维护,加强施工设备和工具的安全管理｡(4)加强作业标准及规范执行力度｡(5)加强现场作业各方队伍配合､沟通与衔接｡(6)加强安全､质量风险识别和防护措施制定｡

4结束语

综上所述,连续油管钻塞技术虽然有诸多优点,且技术相对成熟,但其设备与施工设计上仍需要大量实践经验与模拟核算进行进一步完善｡该技术与传统技术相比能适应大斜度井及其水平井施工,复杂井眼轨迹或者压裂施工后的井一次性作业成功率高,能在不压井作业前提下进行持续施工,作业速度快,成本低廉,极具经济性｡在连续油管钻塞技术发展方面,能适应当前备受关注的非常规页岩气井的相关施工要求,且在操作上极具优势｡

参考文献

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[3]邹先雄,卢秀德,刘洪彬.连续油管钻磨复合桥塞效率影响因素分析及提效措施研究[J].钻采工艺,2018,41(02):110-112.