井下动力钻具滑动钻进钻桥塞钻头加压技术

于振东徐月强李子丰

（1.大庆油田有限责任公司试油试采分公司，黑龙江大庆 163412；2.燕山大学石油工程研究所，河北秦皇岛 066004）

井下动力钻具滑动钻进钻桥塞钻头加压技术

于振东1徐月强1李子丰2

（1.大庆油田有限责任公司试油试采分公司，黑龙江大庆 163412；2.燕山大学石油工程研究所，河北秦皇岛 066004）

在定向井和水平井钻桥塞时，为了减少磨损，可以采用井下动力钻具滑动钻进，钻头加压技术成了关键。应用钻柱拉力扭矩模型向司钻提供了包含桥塞深度、不同摩擦因数下的下钻到底时的大钩负荷和加不同钻压时的大钩负荷的钻压控制参考表。司钻根据下钻到底时的大钩负荷从表中找到所加钻压对应的大钩负荷，然后下放钻具，让大钩负荷与设计值一致，加上钻压。现场4口井钻桥塞过程中，没有观察到明显的托压现象。

钻桥塞；井下动力钻具；滑动钻进；钻压控制

在定向井和水平井增产措施中，经常要在井筒内打桥塞，施工完毕还要把它们钻掉或拆掉，以恢复井筒的畅通。用井下动力钻具钻桥塞采用的是滑动钻进，如何加钻压是关键。加钻压的方法是下放钻具。由于油管与井壁间存在摩擦力，且摩擦力有时是静摩擦力有时是动摩擦力，摩擦因数都在变化，大钩负荷的下降值与钻压不一致。大钩负荷下降值过小，可能钻头上没压力，大钩负荷下降值被油管与井壁间的摩擦力平衡掉；大钩负荷下降值过大，易将井下动力钻具压死，没有转速，也可能将油管压屈曲甚至破坏。如何加合适的钻压保证井下动力钻具和钻头正常工作，是本文要解决的问题。

1 滑动钻进钻头加压原理

定向井和水平井稳态拉力-扭矩模型［1］，解决了大钩负荷与钻压和摩擦因数的关系问题。当井筒轨道、作业管柱组合、井壁套管组合、作业管柱与井壁套管之间的滑动摩擦因数、钻井液性能已知时，就可以计算出大钩负荷与钻压的对应关系。在这些参数中，井筒轨道、作业管柱组合、井壁套管组合和钻井液性能比较确定，而作业管柱与井壁套管之间的滑动摩擦因数是时变参数。如何确定和利用这个时变参数成为关键。根据现场大钩实测负荷，技术人员可以用计算机反求摩擦因数，然后计算钻压对应的大钩负荷值，最后告诉司钻按此操作，这样处理太耽误时间，建立自动化系统直接控制大钩负荷，目前还不具备现场条件，因此研究了在现有条件下快速、简便、准确地给钻头加压的方法。

滑动钻进钻头加压的技术原理如下：（1）针对每个桥塞，计算不同摩擦因数下钻具下放到底时大钩负荷、不同钻压值对应的大钩负荷，将计算结果以表格的形式打印；（2）司钻下放钻具到底时，观察下放过程中（钻头没有触底）的大钩负荷（注意大钩负荷与指重表读数的差别），然后在表中“下放大钩负荷”栏中找与现场最接近的数值，该数值对应的摩擦因数值就是现在油管与井壁的摩擦因数，依次找出所需加钻压对应的大钩负荷值。

2 应用分析

依据上述理论，用Visual Baisc 2008、Teechart和Office编写了试油试采管柱力学分析软件。

以远平1井为例，根据该井的井眼轨道（图1），油层套管内径0.121 4 m，直径0.073 m、内径0.06 m的N-80油管作为钻杆，液体密度1 050 kg/m3，滑动钻进，钻压3~12 kN。计算出该井钻桥塞时，钻压控制参考表（表1）。

表1 远平1井钻桥塞钻压控制参考值

图1 远平1井井眼轨道

表1的使用方法：下放到底时，在表中“下放大钩负荷”栏中找与现场大钩负荷最接近的数值，该数值右边的2个数，就是钻压在3~12 kN时大钩负荷的数值范围。

此套工具，在本井内摩擦因数很小（0.25）时，才能完成任务（图2）。摩擦因数增大，工具下不到底（图3）。如果施工中存在下入困难，建议在直井段和小斜度段，采取加重措施。只要能下入，取出就没有问题。

图2 远平1井钻桥塞管柱力学分析（可实现）

图3 远平1井钻桥塞管柱力学分析（不可实现）

现场施工简况：远平1井压裂结束后，余留井内6个复合桥塞。钻磨桥塞管柱采用五刃磨鞋+螺杆泵+止回阀的工具组合，井口防喷装置采用双闸板液压防喷器+环形液压防喷器的组合。钻磨期间地面动力泵采用千型泵以0.35~0.55 m3/min的排量、7.58~12.45 MPa的泵压，12~70 kN的大钩负荷进行活动性钻桥塞，动力液采用压裂液，平均每个桥塞钻磨用时110 min。以钻磨第5个桥塞为例：下放负荷55 kN， 查对表1，摩擦因数应该是0.25~0.3，用42 kN的大钩负荷进行活动性钻桥塞，钻头施加桥塞上的钻压3~12 kN。

研究结果在启平1井、启平2井和普平1井也进行了应用，均顺利完成。其中启平1井压裂结束后余留井内11个复合桥塞钻磨顺利完成，每个桥塞钻通平均用时80 min；启平2井压裂结束后余留井内的9个复合桥塞钻通平均用时90 min；普平1井压裂结束后余留井内的7个复合桥塞钻通平均用时80 min。

按照钻压控制参考表的数据和实施方法，所有桥塞都顺利钻掉。因为桥塞长度较短，并且在钻进过程中钻压减小的同时，油管弹性伸长，尽管没有加水力推进器［2-3］，也没有发生明显的托压现象［3］。

3 结论

（1）定向井和水平井钻桥塞必须进行管柱拉力扭矩分析。

（2）司钻按照钻压控制参考表，根据下放到底时的大钩负荷，找到所加钻压对应的大钩负荷来给钻头加压是一个有效的方法。

（3）钻桥塞时，一般不发生明显的托压现象。

［1］李子丰.油气井杆管柱力学及应用［M］.北京：石油工业出版社， 2008.

［2］苏义脑， 窦修荣.钻压推进器及其应用［J］.石油钻采工艺， 2005， 27（3） ：79-81.

［3］石崇东， 党克军， 张军， 等.水力振荡器在苏36-8-18H井的应用［J］.石油机械， 2012， 40（3）：35-38.

（修改稿收到日期 2014-09-07）

〔编辑 付丽霞〕

Compression technique for drilling bit of drillable bridge plug during downhole motor slide drilling

YU Zhendong1, XU Yueqiang1, LI Zifeng2
（1.Oil Testing and Early Production Test Branch Company,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing163412,China;2.Petroleum Engineering Institute of Yanshan University,Qinhuangdao066004,China）

While drilling out bridge plugs in directional wells or horizontal wells, the downhole motor can be used for slide drilling in order to reduce wear and tear;in this case, technique of putting press on drilling bit becomes a critical factor.A drill string pull-torque model was used to provide the driller with a reference table containing bridge plug depth, hook load under different friction coefficients when drilling to the bottom and press control of hook load when adding different presses on bit.The driller will find the corresponding press of hook load from the table when drilling to the bottom, then lower the drilling tools, keeping the hook load consistent with the designed value, and then put on press on bit.Drilling out the plugs in four wells on site, no evident backing pressure was observed.

drillable bridge plug;downhole motor;slide drilling;drilling pressure control

于振东，徐月强，李子丰.井下动力钻具滑动钻进钻桥塞钻头加压技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：36-38.

TE242

：A

1000–7393（2014） 06–0036– 03

10.13639/j.odpt.2014.06.009

于振东，1964年生。1986年毕业于大庆石油学院石油机械工程专业，2006年获哈尔滨工程大学固体力学专业博士学位，主要从事试油工艺研究。电话：0459-5686011。E-mail：sc_yuzhendong@petrochina.com.cn。