浅谈连续油管水力振荡器在页岩气水平井中的应用

摘要：针对目前连续油管在页岩气井开发过程中遇到的在水平井中经常发生锁定的现象，通过摩阻成因分析、连续油管水力振荡器作用机理、结合其在页岩气井YSX井的现场应用情况，得出了连续油管水力振荡器在解决连续油管锁定现象方面取得了显著的效果，以及在页岩气勘探开发过程中有着巨大潜力这一结论。该结论为连续油管水力振荡器在页岩气藏储层改造中的规模应用奠定了基础，为连续油管水力振荡器在长水平段及井眼轨迹复杂井的环境作业积累了宝贵的经验。

关键词：连续油管；水力振荡器；页岩气；水平井；锁定

随着油气田的开发和能源的耗竭，非常规油气将成为未来石油天然气能源的重要接替者。据统计2015年美国页岩气产量约合4.3×1011m3，是其2010年产量的3倍，预测到2035年页岩气产量将占到美国天然气总产量的46%。在我国，2016年中国页岩气产量约为8.5×109m3，2017年国家能源局发布《石油天然气发展“十三五”规划》，指出2020年我国页岩气产量力争达到3×1010m3[1]。连续油管作业机[2]可建立独立循环通道、带压作业等特点，使得连续油管在页岩气藏储层改造中能够提供通、洗井，传输射孔、传输桥塞、冲砂解堵、钻磨桥塞、清扫井筒障碍等各种服务。但是连续油管在页岩气井的开发过程中也遇到了一些难题，特别是因为其在水平井中经常发生锁定现象，很难下至指定深度等。本文通过在YSX井中使用NOV公司生产的连续油管水力振荡器顺利钻磨完该井在长水平段中的9个桥塞，说明了连续油管水力振荡器在解决连续油管锁定现象方面的必要性以及其在页岩气开发中的重要性。

1 什么是连续油管锁定现象？

当连续油管的轴向压缩力超过其螺旋弯曲载荷时，连续油管就弯曲成螺旋形，引起附加的径向接触力，使油管与井壁的摩擦力增加，轴向力越大其摩擦力越大，增加的任何附加力都将由于该点的摩擦而损失殆尽。此种现象就称做螺旋锁定，螺旋锁定直接影响到连续油管在水平段推进的深度[3]。

2 连续油管水力振荡器简介

连续油管水力振荡器以泵注的液体作为动力源，驱动振荡器轴向运动带动井下管柱沿轴向往复振动。它通过泵注液体产生周期性的振动载荷，将管柱与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，进而降低井下管柱在前进中的摩擦阻力和扭矩，从而有效传递钻压，提高连续油管的下入深度。

连续油管水力振荡器由动力部分、阀门和轴承系统、振荡短节三个部分组成（如图1）。动力部分由液体驱动内在螺杆做旋转运动，从而带动其下端阀片做往复运动。阀门和轴承系统，通过一对阀门做周期性的相对运动，将流经动力部分的部分液体的能量转化为压力脉冲。振荡短节有一个对外密封的芯轴，芯轴在压力脉冲作用下上下运动，从而带动工具产生轴向振动[4]。这个轴向振动使连续油管所遇到的静摩擦变成动摩擦，使其继续前进中受到的摩擦阻力大大降低，进而加深连续油管的下入深度。

3 现场应用

3.1 施工井的基本情况及任务

YSX井为浙江油田的一口重点井，计划采用速钻桥塞分21段进行压裂改造。连续油管在本井中承擔压裂前通洗井、射孔和压裂后钻磨桥塞两部分工作。因其在电缆泵送第9个桥塞时遇阻，又无法解卡，所以原地座封，最后判断造成这种情况的原因为疑似套管变形。为避免继续压裂可能导致的套变加剧，因此提前使用连续油管钻磨前期的9个桥塞。该井水平段长1550m，最大井斜98.85°，水平段井斜变化大，井斜角度由88.4↗98.22↘91.26↗98.41↘88.24↗95.49，呈波浪状多次起伏，井眼轨迹相当复杂。

3.2桥塞参数

本井桥塞为马格纳姆桥塞，外径99.6mm，总长510mm；总重4.78kg，卡瓦重0.68kg，卡瓦占总重的14.2%。

3.3施工情况

本井采用连续油管进行前期的通洗井作业时，在没有使用水力振荡器的情况下，连续油管下至离人工井底382m时发生锁定，反复上提下放无任何进尺，最后泵注了20m3金属降阻液后才下至人工井底。

在后期的钻磨桥塞作业过程中，加装了NOV公司生产的水力振荡器。其外径73mm，长1.75m，重45.3kg。推荐排量151～302L/min，工作频率15HZ@1511/min，最大承拉38.5t。在钻磨至长水平段末端时又遇到连续油管锁定现象，但在水力振荡器起作用的情况下，并且在没有泵注金属降阻液的前提下，尽管进尺缓慢，但最终解决了连续油管锁定现象的发生，成功钻完所有9个桥塞并清扫井筒障碍至人工井底。

整个施工过程用时36.2小时，纯钻用时520分钟（8.67小时），每个桥塞平均钻磨用时57.78分钟（0.96小时）。

4 结论与建议

（1）水力振荡器在页岩气开发中使用效果显著，对于降低钻进过程中井下管柱与井壁间摩阻有着有着明显的作用；

（2）使用水力振荡器可以加深连续油管的下入深度，解决连续油管在水平段较长或者井眼轨迹复杂井中发生的锁定现象。

（3）使用水力振荡器能降低摩阻和扭矩，提高机械钻速；可减少连续油管钻磨时的蹩泵现象及延长连续油管钻磨工具管串的使用寿命。

参考文献

[1] 曹明.连续油管作业技术在页岩气井中的应用[J].中国矿业，2017，（5）.

[2] 何东升，徐克彬，魏广森等.连续油管在水平井中作业的力学分析[J].石油钻采工艺，1999，21（3）：61-64

[3].李宗田.连续油管技术手册[M].北京：石油工业出版社，2003

[4] 许京国，陶瑞东等.水力振荡器在大位移井张海29-38L井的应用[J].断块油气田，2014，21（4）：528-529endprint