吳國州 劉海明 吳峻安

(1．中國石化江蘇油田分公司井下作業(yè)處，江蘇 江都 225265;2．長(zhǎng)江大學(xué)，河北 武漢 430100)

連續(xù)油管是一根無螺紋連接、能夠纏繞在滾筒上、在油井內(nèi)連續(xù)起下的長(zhǎng)油管，具有良好的撓性、剛性、靈活性，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中連續(xù)油管技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)。連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備引進(jìn)后，江蘇油田井下作業(yè)以常規(guī)鉆磨除污、沖砂工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，在用好原有連接工具和沖洗工具的同時(shí)，研究配套了系列微型螺桿鉆具、系列微型磨銑工具:平底磨鞋、梨形磨鞋、魚尾式刮刀鉆頭，以及輔助工具等，形成油管內(nèi)連續(xù)油管沖洗解堵工具系列。

1 摩阻的計(jì)算

1.1 沿程摩阻計(jì)算

受液體粘性摩擦的影響，流體在連續(xù)油管中、油套環(huán)空流動(dòng)時(shí)會(huì)有沿程能量損失，通過對(duì)施工中流體雷諾數(shù)的計(jì)算分析，判定流體的流動(dòng)處于紊流的水力光滑區(qū)，推導(dǎo)出直管的沿程摩阻公式:

式中:△p，沿程摩阻，MPa;Q，流量，L/min;D，油管內(nèi)徑，mm;γ，流體的運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s;L，管線的長(zhǎng)度，m;ρ，流體的密度，g/cm3。

從上式可以看出，沿程摩阻與流體的密度、粘度、排量以及管線的長(zhǎng)度成正比，與管線的內(nèi)徑成反比，受管徑的變化影響最大。

1.2 射流壓力損失計(jì)算

連續(xù)油管沖洗、磨銑工具，由于存在縮徑，引起流體速度急增，產(chǎn)生射流作用，根據(jù)伯努利方程，推導(dǎo)出由于射流作用，產(chǎn)生的壓力損失:

式中:△p，射流壓力損失，MPa;Q，流量，L/min;d，節(jié)流孔當(dāng)量直徑，mm。

2 沖洗排量的計(jì)算

根據(jù)某油田地層產(chǎn)出的砂粒，形狀系數(shù)為0.925，通過理論分析和在井液中沉降規(guī)律研究，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，統(tǒng)計(jì)出砂粒在流體中沉降速度的計(jì)算公式:

式中:u，砂粒在流體中沉降的速度，m/s;uso，實(shí)測(cè)砂粒沉降的末速(在阻力和動(dòng)力平衡時(shí)，砂粒在液體中均勻下沉的速度)，m/s;ul，攜粒流體的速度，m/s。

當(dāng)砂粒處于懸浮狀態(tài)，即u=0時(shí)，ul=2．92uso，攜粒流體的流速達(dá)到最小，為實(shí)測(cè)砂粒沉降的末速的2.92倍。

現(xiàn)場(chǎng)施工很難實(shí)測(cè)砂粒沉降的末速，由于流體流動(dòng)狀態(tài)一般處于紊流的水力光滑區(qū)，根據(jù)Allen相關(guān)公式，可計(jì)算出圓度系數(shù)為1.0的不同直徑顆粒的沉降末速:

式中:us砂粒沉降的末速，m/s;ρs，砂粒的密度，kg/m3;ρl，流體的密度，kg/m3;d，砂粒粒徑，m;μ，流體的動(dòng)力粘度，pa·s;g，重力加速度，m/s2;

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 永7井

3.1.1 基本情況

永7井是永安構(gòu)造頂部的1口注水井(圖1)，下 73 mm平式油管封層注水， 139.7 mm油層套管下深3 075.72 m，最大井斜3°45'×2 900 m，人工井底3 051.24 m。2013年試井隊(duì)投撈測(cè)試在518 m遇阻，決定下連續(xù)油管疏通注水管柱內(nèi)腔，達(dá)到測(cè)試工具下井的要求。

3.1.2 理論計(jì)算

通過公式(1)、(2)，計(jì)算達(dá)到最大洗井深度時(shí)不同流量下洗井摩阻，包括 38.1 mm連續(xù)油管內(nèi)腔的摩阻、 38.1 mm連續(xù)油管與 73 mm油管環(huán)空的摩阻;通過公式(3)，旋轉(zhuǎn)沖洗工具的5個(gè) 3 mm噴嘴當(dāng)量直徑 6.7 mm，計(jì)算出不同流量下射流壓力損失(如表1所示)，因此設(shè)計(jì)施工排量200 L/min左右，配備700型水泥車一臺(tái)進(jìn)行沖洗施工。

圖1 永7井井身結(jié)構(gòu)

磨銑施工時(shí)，施工排量200 L/min左右，小螺桿鉆具工作壓力3～5 MPa，700型水泥車一臺(tái)可以符合施工的要求。

表1 永7井洗井壓力計(jì)算

3.1.3 施工步驟

(1)施工準(zhǔn)備后，下旋轉(zhuǎn)沖洗工具，管柱結(jié)構(gòu): 44 mm旋轉(zhuǎn)噴嘴+雙瓣閥+連續(xù)油管，邊沖邊洗通井至注水管柱球座位置2 969 m，0～600 m返出液帶大量塊狀垢，正洗井至進(jìn)出口水色一致，泵壓29 MPa，排量220 L/min，起出沖洗管柱。

(2)試井隊(duì)投撈測(cè)試在498 m處遇阻，更換下井管串，管柱結(jié)構(gòu): 57 mm梨形磨鞋+ 43 mm螺桿鉆具+雙瓣閥+連續(xù)油管，邊循環(huán)沖洗邊下管柱磨銑至652.16 m，反復(fù)劃眼2次，泵壓29～32 MPa，排量210 L/min，返出大量塊狀垢。

(3)為防止水垢下沉，堵塞水眼，更換 44 mm連續(xù)油管旋轉(zhuǎn)沖洗工具，邊沖邊洗通井至注水管柱球座位置2 969 m，正洗井至進(jìn)出口水色一致，泵壓31～32 MPa，排量210 L/min，起出沖洗管柱。交試井隊(duì)投撈測(cè)試。

3.2 許淺1－14井

3.2.1 基本情況

許淺1－14井位于高郵凹陷北斜坡沙埝構(gòu)造許淺1斷塊東翼，下 73 mm平式油管籠統(tǒng)注水(圖2)， 139.7 mm油層套管下深1 276.49 m，人工井底為1 263.53 m，最大井斜30.25°×1 045.6 m，油補(bǔ)距4.21 m。該井同位素測(cè)試在1 202 m遇阻，注水時(shí)套壓16 MPa，油壓15 MPa;停注后套壓7 MPa，油壓6 MPa，壓井效果不明顯，因此決定不動(dòng)注水管柱，用連續(xù)油管過油管沖砂至人工井底。

圖2 許淺1－14井井身結(jié)構(gòu)

3.2.2 理論計(jì)算

許淺1區(qū)塊地層砂粒徑 0.1～0.4 mm，砂粒的密度2.650 g/cm3，使用清水沖砂，假設(shè)清水的溫度為20℃，密度ρ為1 g/cm3;動(dòng)力粘度為1 mPa·s，通過公式(5)，計(jì)算出 0.4 mm砂粒的沉降末速0.073(m/s);通過公式(4)，計(jì)算出攜粒流體的最小速度ul為0.212(m/s)。

根據(jù)排量Q=60ulA，計(jì)算出38.1 mm油管與137.9 mm套管環(huán)空，最小攜砂排量144.3(L/min)，根據(jù)公式(1)，計(jì)算達(dá)到最大洗井深度時(shí)200 L/min流量下洗井摩阻20.63 MPa，附加出口節(jié)流壓力8 MPa，合計(jì)28.63 MPa，可以滿足沖砂要求。

為降低摩阻，決定不連接工具，直接用連續(xù)油管過油管沖砂，配備700型水泥車1臺(tái)進(jìn)行沖洗施工，解除井筒砂埋。

3.2.3 施工步驟

(1)在連續(xù)油管下井施工準(zhǔn)備，地面試壓完成后，下放連續(xù)油管至500 m，啟動(dòng)水泥車，控制排量在150～160 L/min，泵壓為24 MPa，調(diào)節(jié)截流壓井管匯上的針形閥，控制出口壓力為8.0 MPa之間(大于關(guān)井時(shí)套管壓力)，邊循環(huán)邊下放，以沖洗油管內(nèi)壁。

(2)下放至砂面以上50 m位置，減緩下放速度，邊循環(huán)邊下放連續(xù)油管，控制排量在200 L/min，泵壓為32～34 MPa，調(diào)節(jié)控制出口壓力為8.0 MPa之間，沖砂到井底1 263 m后，沖出地層砂1 000 L，上下活動(dòng)連續(xù)油管，等沉砂全部帶出井口后，起出連續(xù)油管，恢復(fù)井口。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

在使用連續(xù)油管作業(yè)之前，注水井修井一般需上帶壓設(shè)備，例如永7井搬遷施工，起分注管柱，套管磨銑除垢，下分注管柱，費(fèi)時(shí)20多天，費(fèi)用26.5萬元;連續(xù)油管清洗除垢作業(yè)，搬遷及施工共7天時(shí)間，費(fèi)用15萬元，大幅節(jié)約時(shí)間，降低施工成本。

4 結(jié)論

(1)用于理論計(jì)算的流體密度、動(dòng)力粘度與實(shí)際入井液體有一定的差異，局部摩阻的存在，油管結(jié)垢縮徑、表面粗糙度增加等原因，導(dǎo)致在一定的排量下，計(jì)算的泵壓與實(shí)際施工的泵壓存在約10%的誤差，但理論計(jì)算為實(shí)際施工框定了的范圍，避免盲目施工。

(2)小直徑磨銑配套工具的研制及應(yīng)用，為油管內(nèi)沖洗解堵提供了方便，有利于施工井快速高效完成。

(3)連續(xù)油管疏通井筒，大幅縮短施工周期，節(jié)約施工成本。

［1］ 陳家瑯.水力學(xué)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1991:91－93

［2］ 薛勝雄，黃汪平，陳正文，等.高壓水射流技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998:25－26

［3］ 李明忠，王衛(wèi)陽，何巖峰，等.垂直井筒攜砂規(guī)律研究.石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2000，24(2):33－35