连续油管水平井磨铣打捞技术及应用

张 朔，王方详，刘德正，王 颖，刘正德

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下技术服务分公司，天津 300283）

随着石油天然气工业的发展需要以及新技术的应用需求，连续油管技术应用不断扩展，除冲洗砂堵、清蜡、压井、大斜度井电测、负压射孔、试井、酸化、打捞以及作为生产油管等常规用途外，不断朝钻井工艺、完井工艺、采油工艺和修井工艺等作业领域发展，可以有效解决很多常规作业技术难以完成的任务[1-3]。

传统的电缆或者钢丝解卡与打捞技术在水平井中难以实现有效打捞的目的，连续油管能够在打捞作业中循环液体并产生较高的液压驱动井下液压装置以进行有效打捞，使得传统无法打捞或无成本效益的作业变得可行并具有较高的经济效益。连续油管打捞可在生产着的水平井中带压操作，完成打捞作业后，仅需少量作业即可快速进入到生产环节。与传统的作业技术相比，该技术具有操作简单，劳动强度低、作业时间短、事故少等优点，其集成化程度高，这些优势大大缩短了作业周期，而且增加产量、降低成本[4-6]。采用连续油管进行钻铣打捞作业时可以循环各种工作液体，这样就可以利用高压流体冲洗、溶解落鱼附近的岩屑、泥沙等，作业时能够更好地清洗作业区域[7]。在大斜度井或者水平井中，能够产生较大的轴向力来振动或者拉出较重的落鱼。随着连续油管技术和井下液压驱动工具的发展，连续油管的解卡打捞作业也进一步得到推广和应用，并产生了较高的经济效益[8]。因此，本文针对连续油管水平井作业中存在的问题，进行了作业管柱受力分析和施工参数的计算，得到了一种水平井连续油管磨铣和打捞作业技术，可为水平井连续油管作业技术提供设计依据。

1 作业管柱受力分析

在进行打捞解卡作业中，首先要分析清楚井下具体情况，在此基础上选择相适应的作业工具，根据具体的落鱼情况和井身结构特点，选择对应的打捞工具组合以及打捞工艺进行井下落鱼的解卡与打捞作业。打捞解卡技术是利用管具将设计规定的提拉载荷作用在落鱼上，达到打捞解卡的目的。在水平井或大斜度井中，管柱单位长度沿井眼轴线方向受力（见图1）。

由图1分析知，修井机设备的提拉载荷Fk要克服打捞管柱自身重力Wm及打捞管柱与套管之间的摩擦力fm才能传递到落鱼。解卡力足够大是打捞解卡的技术核心，以克服落鱼所受的阻力。打捞解卡力Fd为：

式中：Fd-拉力，kN；Fk-修井机提升载荷，kN；Hz-造斜点深度，m；qm-单位长度连续油管在液体中重量，kN；fm-摩擦力，kN；α-鱼顶井眼井斜角，°；R-造斜井段的曲率半径，mm。

由公式（1）可知，解卡力主要受到修井机设备提升能力，井眼轨迹，连续油管强度等因素的影响。

2 施工参数计算

2.1 打捞工具串管柱长度设计

打捞工具串的长度与造斜段曲率半径相关（见图2），其长度为：

式中：L-工具串的最大长度，mm；R-曲率半径，mm；R=360/（2πKba）；Kba-造斜率，°/30m；dci-套管内径，mm；D-工具串最大外径，mm。

通过公式（2）可知，要合理控制工具串长度，如工具串过长，需要使用万向接头。

2.2 磨铣钻压优化

图1 打捞管柱受力分析

图2 工具串管柱在造斜段最大尺寸

图3 钻压与磨铣速度和磨鞋损耗的关系曲线

通过对磨鞋损耗和磨铣速度之间的关系进行分析，对施工数据进行分析得到结果（见图3）。

从图3可以看出，随着钻压的增加，磨鞋损耗呈现一个逐渐上升的趋势，磨铣速度呈现一个先上升后下降的趋势，当钻压超过25 kN时，磨铣速度开始下降。钻压保持在20 kN～25 kN时，磨铣速度和磨鞋损耗处于一个比较合理的范围。

2.3 磨铣循环排量优化

在磨铣作业中，只有循环液具备一定的携带性能和返排速度，才能将铣屑返排至地面，确保磨铣作业顺利进行。其经验公式为：

式中：va-环空流体返速，m/s；ρm-液体密度，kg/m3；dci-套管内径，mm。

最小排量为：

式中：Q-排量，L/m3；dpo-钻具外径，mm。

由公式（3）和（4）可知，排量与环空液体返速成正比，与液体密度和套管内径成反比。在连续油管实际作业中，施工排量一般在200 L/min左右，远大于铣屑所需的最小排量。返屑率与排量直接的关系（见图4）。

从图4可以看出，当环空流体返速达到1.0 m/s以后，返屑率达到94.8%，当返速超过1.0 m/s时，其返屑率增加较为缓慢。实际施工排量远大于1.0 m/s，能够满足磨铣作业需求。

2.4 磨铣转速优化

通过对现场施工数据统计，可以得到磨铣速度和磨鞋转速之间的关系曲线（见图5）。从图5可以看出，转速达到100 r/min时，磨铣速度达到了0.73 m/h，推荐实际钻速为100 r/min～120 r/min。

2.5 水平井磨铣打捞工艺

磨铣打捞施工的最终目的是将水平井内卡点解除，或者将其从井内顺利起出。水平井打捞方法与常规井打捞方法既有相同之处又有其特殊性。水平井打捞方法在遵循常规井打捞方法的原则上必须还要遵循以下原则：活动解卡的原则，活动前必须紧扣，否则会因扣未上满而拉脱扣，如果从某一深度拔断，可根据情况考虑用正扣管柱下带可退打捞工具紧扣、活动。必须在钻具和落鱼允许强度内进行活动，否则会因拉力过高而将连续油管或落鱼拉断，且考虑在起升设备安全范围内活动。上提拉力必须逐渐逐次增加，并且上拉与下击结合。在允许条件下，可用水力冲击结构配合解卡。

图4 环空流体返速与返屑率的关系曲线

图5 磨铣速度和磨鞋转速的关系曲线

3 现场应用

BZ11-1C井为水平井，井深3 424.2 m，设计水平段558.4 m。最大井斜 84.76°。磨铣钻具组合为：φ38.1 mm连续油管连接头+φ38.1 mm安全阀+φ31.75 mm连续油管+φ40.1 mm机械断脱器+φ44.52 mm连续油管作业装置+φ42.9 mm井下动力马达+φ47.625 mm磨鞋。在该井进行了连续管磨铣复合桥塞施工，开泵至排量280 L/min，钻压30 kN，转速为120 r/min，进行磨铣，磨铣用时51 h，进尺35.2 m，平均磨铣速度由0.48 m/h提高到0.69 m/h，提高43.8%，施工顺利。

BZ35-1C井为水平井，井深 2 648.7 m，设计水平段 643.8 m。最大井斜 83.76°。井下落物为φ89 mm油管5根，φ89 mm筛管1根。打捞工具组合为：φ38.1 mm连续油管连接头+φ38.1 mm安全阀+φ38.1 mm万向接头+φ40.2 mm加速器+φ38.1 mm连续油管管柱+φ42.5 mm震击器+φ43.7 mm液力驱动断脱器+φ44.5 mm扶正器+液压可退式捞筒/捞矛。打捞16次，历时24 d，打捞管柱能够顺利下至鱼顶位置，打捞工具退出成功率100%。

4 结论

（1）采用连续油管进行钻铣打捞作业时可以循环各种工作液体，作业时能够更好地清洗作业区域。在大斜度井或者水平井中，能够产生较大的轴向力来振动或者拉出较重的落鱼。

（2）对水平井磨铣打捞工艺技术进行了研究，并对磨铣作业过程中工作串长度，钻压，循环排量，钻速等参数进行了优化，为连续油管水平井作业提供了理论依据。

（3）连续油管作业效率高、可带压作业、使用灵活等优势，解决高压、长水平段井内的长工具串落鱼的打捞问题。

（4）辅助配套工具能够克服水平井结构限制，尽可能地降低摩擦阻力，实现磨铣打捞工具安全、可靠。