江蘇油田頁巖油水平井可溶橋塞鉆磨工藝實踐與認識

葉 紅，李漢周，謝善霖

（中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院,江蘇揚州 225009）

HY1HF 井分22 段實施分段壓裂,施工排量為17～18 m3/min,施工壓力為64.5～104.9 MPa,總液量為8 9712.3 m3,總砂量2 356.7 m3。壓后采用2 mm油嘴放噴返排,返排即見油,但壓力下降快。分析認為井筒橋塞未完全溶解,實施鉆磨橋塞作業后,壓力下降變緩,鉆塞前平均每采1 000 m3液壓力下降4.63 MPa,每單位返排率平均壓力下降5.9 MPa,鉆塞后平均每采1 000 m3液壓力下降0.66 MPa,每單位返排率平均壓力下降0.62 MPa；鉆塞后彈性產率增大,由鉆塞前220 t/MPa 增大到1 540 t/MPa；同時,鉆塞后各層段動用相對均衡,因此,頁巖油井壓后放噴投產后期必須采取鉆磨橋塞工藝來提高油井產能。

1 前期鉆磨橋塞存在的問題

統計HY1HF井鉆磨橋塞施工的磨銑時間,該井共鉆磨21 個橋塞,平均綜合單個橋塞磨銑時間為116 min,遠高于其它油田的31 min,磨銑效率偏低。分析認為,一是選用磨鞋直徑偏小,導致橋塞碎塊大,不易沖洗出來；二是螺桿鉆動力不足,磨銑時間增加；三是鉆磨液攜砂不強,產生重復磨銑；四是未使用水力振蕩器,水平段鉆壓無法控制。

針對上述問題,借鑒其它油田施工經驗,優選鉆磨參數、工具,篩選鉆磨液體系,優化鉆塞管柱設計,同時提出鉆塞施工操作規范,為鉆磨水平井橋塞提供切實可行的技術方案。

2 鉆磨橋塞工藝參數優化設計

2.1 鉆具及磨鞋優選

采用的井下動力鉆具組合為：連續油管接頭+雙回壓閥+液壓丟手+雙啟動循環閥+雙向震擊器+螺桿馬達+磨鞋。

螺桿馬達：對比選用大功率（1 490 N·m）、高轉速（250～500 r/min）、能連續工作200 h 以上的高效螺桿馬達。

水力振蕩器：在水平段施工中,針對井深加深,長水平段長、摩阻扭矩大、定向托壓、井底溫度高等復雜情況,采用水力振蕩器,能有效地穩定工具面、降低摩阻,解決長水平井定向托壓難題,提高機械鉆速。

高效磨鞋：田明工作室自行設計的高效雙向防卡磨鞋采用5 翼PDC 鑲齒,切削能力強,研磨性好,本體采用縮徑設計,可通過較大橋塞碎塊,同時具有雙向磨銑功能,避免上提卡鉆的風險。

2.2 鉆壓選擇

連續油管鉆磨橋塞過程中,可根據油管懸重和地面泵壓來確定鉆壓的大小?？偨Y現場作業情況,隨著鉆壓的提高,雖然可短時間內提高鉆磨速度,但是產生的磨屑尺寸較大,不易返排,易形成卡堵；另外容易聚集到磨鞋底部,造成反復鉆磨,引起跳鉆,導致磨鞋底部切削齒掉落,使磨鞋的切削能力減弱,從而撕扯復合橋塞的橡膠,產生更大的磨屑,如此反復,形成惡性循環［1］。對比SD1、QY1HF 及HY1HF 鉆磨施工情況,采用“低鉆壓、高轉速、小進尺”設計思路,將橋塞鉆磨成細小的碎屑,便于鉆磨液攜帶返出井口。結合現場實際工作經驗,綜合推薦鉆壓為0.5～1.5 t［2］。

2.3 排量選擇

排量是連續油管鉆磨橋塞作業最重要的參數之一,不僅關系到螺桿鉆的工作性能,而且關系到鉆磨效率和攜屑效果。在HY1HF 井捕屑器濾網中發現,鉆磨過程中最先上返至地面的是復合材料屑和小尺寸橡膠,隨后是金屬碎屑和砂返出,說明磨屑的返出規律與其密度大小成反比［3］。取可溶橋塞碎塊（2.5 mm×2 mm）及膠皮做沉降實驗,結果如表1。

表1 橋塞碎塊、膠皮沉降速度 m/s

可溶橋塞密度為1.9 g/cm3,石英石堆積密度為1.7 g/cm3,最大粒徑的石英石下沉速度為0.393 m/s,通過實驗證實了橋塞碎屑和壓裂砂具有相同的沉降速度。

采用牛頓-雷廷格計算法分別計算直井段砂粒沉降速度、斜井段環空止動返速和水平段砂粒的瞬時啟動流速,獲得砂粒的瞬時啟動流速,計算直井段、斜井段、水平段不同階段排量［4］,結果表明,直井段最小排量為2AV（2×油套環空截面積×沉降速度）,水平段最小排量為3AV,根據H2CHF 井、HY3HF 井的油套環空容積,計算得出最小排量,如表2所示。

表2 水平段最小排量計算結果 L/min

3 鉆磨液體系篩選

由于水平段鉆磨液的上返方向和碎屑沉降方向近乎呈90°夾角,所以鉆磨液流速不再是攜屑能力的決定因素,鉆磨液的性能起更重要的作用。因此鉆磨液必須具備一定黏度,以達到一定的懸浮能力,同時要具有一定的潤滑性,以降低連續油管的內摩阻［5］。通過多次實驗對比分析,參考其它油田經驗,選用壓裂用聚合物稠化劑體系,質量分數0.07%～0.15%。

4 在線配液及循環利用

根據循環排量,選用2 m3/min 的配液撬,配套1.6 L/min 的點滴泵；增加4 個沉降罐,500 m3水囊,通過沉降隔離,把返出液中的碎屑和原油分離出來,達到循環使用標準［6］。

5 現場應用

在HY1HF 井施工的基礎上,通過優化鉆磨施工參數及配套設施后,H2CHF 井、HY3HF 井單個鉆磨橋塞時間比HY1HF降低45%（見表3）,HY3HF嚴格執行短起下標準,無任何卡鉆事故。

表3 鉆磨橋塞時間對比統計 min

H2CHF 井壓后放噴生產,日產液75 m3,日產油18.7 t。鉆塞后產油量逐漸增加,目前日產油穩定在43 t。

HY3HF 井壓后放噴生產,日產液77 m3,日產油1.4 t,鉆塞后產油量逐漸增加,目前日產油穩定在26 t。

6 結論

（1）根據頁巖油水平井特點及水平井鉆塞工藝原理,對連續油管鉆塞施工參數進行了優化,配套碎屑大小控制技術、碎屑返排技術、鉆塞管柱減阻技術和橋塞碎屑打撈技術。

（2）利用鉆具轉動和上下活動管柱,破壞砂床,使井筒內的攜砂液保持均勻的流變性,改善沖洗效果,同時可以攪動井底沉砂,提高沖洗效率。

（3）采用高效雙向防卡磨鞋和凹面大直徑磨鞋,有效控制碎屑大小,避免上提卡鉆風險。

（4）選用黏度4.5 mPa·s、質量分數0.15%的減阻劑,降低鉆磨液的摩阻,同時提高攜砂能力。

（5）應用鉆塞液閉式循環地面流程,實現高壓連續施工,降低鉆塞液的使用量。

（6）采用高效螺桿鉆具+水力振蕩器,產生縱向振動提高鉆壓,減少摩阻,在鉆塞液中加入金屬減阻劑,降低“自鎖”現象的發生。

（7）確定每鉆磨3 個橋塞后短起下大排量循環洗井的安全操作規范,避免卡鉆風險。