页岩气井复杂井眼轨迹泵送射孔作业难点分析及应对措施

页岩气井复杂井眼轨迹泵送射孔作业难点分析及应对措施

李晖

中石化经纬有限公司中原测控公司 河南濮阳 457001

摘要：作为非常规油气资源的典型——页岩气已经成为我国实现端稳“天然气”能源饭碗的重要组成部分，已经成为国内各油气田重点关注和涉及的领域，已经在国内相关油气田取得了相当规模的进展，尤其是在相关页岩气勘探开发工艺方面取得了长足进步。然而由于国内页岩气储层普遍具有低孔隙、特低渗透物性特征且岩层薄、埋藏较深的特点,主要开采页岩气的方法为水平井旋转导向、随钻测井（LWD）、随钻测量（MWD）以及水力泵送桥塞-射孔联作分段压裂技术,真正、有效地提高了单井产能。但是在实际现场工作中,复杂井眼轨迹作为不可避免的客观影响因素,给水力泵送带来了施工困难。基于此,本文重点对复杂井眼轨迹中的泵送阶段出现的难点进行分析,并提出合理、有效的处理措施,在降低施工风险和节约时效的同时,有效解决困扰开发生产的技术难点。

关键词：页岩气井；复杂井眼轨迹；泵送射孔作业；难点分析；应对措施

0前言

页岩气开发过程中应用最普遍的一种方法进行通过水力泵送桥塞-射孔联作分段压裂技术，它能够快速为连续分段压裂施工和采气提供通道，缩短试气周期，降低施工成本，风险可控性强于其他方法。但是在实际泵送过程中，特别是遇到复杂井眼轨迹井时，也会出现一些工程事故，迫切需要解决。

1 井下工具及运动轨迹

1.1 井下工具

电缆入井作业管串从上至下结构组合为：电缆＋加重杆＋ CCL ＋射孔枪簇＋坐封工具＋适配器＋复合桥塞，外径变化从小到大。

水力泵送是在井筒和地层有效沟通的前提下，利用电缆将管串输送到一定斜度后，启动地面泵送装置，按照预先设计好的泵送程序，通过调节排量，控制泵送压力的方式向井筒注入泵送液，利用作业管串头尾形成压差产生推力，推动管串输送到目的层，完成多簇射孔作业，泵送过程中泵送液将被挤入前次压裂的地层中。

1.2 运动轨迹

整个管串入井后，运动轨迹可以分为直井段自由下放和水平段水力泵送两个阶段，直井段依靠管串自身重力完成输送，而造斜及水平段主要依靠井口泵送液推力完成，水平段井眼轨迹变化情况的复杂程度是施工困难主要部分。

复杂井眼轨迹井具有井斜变化率较快，井身曲率大，泵送距离较长，一般介于1 000～1 500 m左右的主要特点，造成管串在输送的过程中始终呈上、下坡、水平变化状态。

2 难点分析及影响因素

2.1难点分析

（1）水力泵送射孔采用电缆输送式，在泵送阶段由于管串长度过长，无法像管柱传输射孔可以依靠硬连接通过井身曲率大的井段，导致管串在泵送至最大井身曲率时遇阻，如遇阻未及时发现，电缆仍在下放运行，会导致电缆打扭。

（2）复杂井眼轨迹井的井斜在不断发生变化，在恒定的水力泵送过程中，不断处于加速、减速、匀速的阶段，控制不当会导致管串泵脱，管串落井。

（3）部分井眼轨迹上翘井，压裂后的地层返砂和部分砂未压进地层，在井筒中形成悬浮砂，通过自然沉降，形成砂桥，泵送阶段出现中途遇阻，重而导致桥塞受力后中途坐封。

（4）对于复杂井眼轨迹井，压裂加砂相对于纯水平井比较，砂需要克服更大自身重力才能进入地层，井筒残留砂量会增加，同时电缆携砂量也会增加，导致出现电缆遇卡。

2.2 影响因素

（1）运行速度、泵注控制：当枪串在井内移动的过程中，电缆头具有一定的张力，如果泵注排量过大或者电缆移动过慢都会导致电缆头张力突然增加，致使张力突增量大于电缆头弱点拉力，电缆崩断，管串落井。

（2）井斜变化、垂深：管串泵送过程中，泵注排量会随着井斜角的变化而发生变化。在具体的施工作业过程中，当井斜角发生增大时，泵注排量也需要相应增大以克服自身重力分量，井斜角发生减小时，泵注排量也相应减小，另外随着垂深增加，井压增大，对坐封工具的抗压性提出要求。

（3）环空间隙：套管内径与管串外径之差称为环空间隙。对泵注排量产生影响，采用不同尺寸的套管，泵注排量的差别就非常大，环空间隔越大，需要的泵注排量也就相应增加。

（4）管串重量和长度：在井口压力较大时，为将管串能够顺利下入井筒中进行施工，在实际作业的过程中需要配接加重杆，加重后的管串在水平段运动过程中摩擦力会增大，从而增加摩擦阻力，增加泵注排量。

（5）浮力与摩擦系数 ：不同的浮力对排量有着一定影响。在不考虑其他流体阻力及管串电缆头受力的情况下，管串受力为： F＝ F1 - F2   F2 ＝ μ×（G - F3）

其中，F1 为泵送推力，F2 为摩擦力，F3 为管串浮力。

理想状态下，如果考虑浮力等于自重，则摩擦力为 0，泵送推力不变的情况下，管串受力将最大化，所以管串浮力对泵送排量的影响较大。在浮力影响的基础上考虑摩阻系数，可以发现随着摩阻系数的增大，临界泵注排量也随之提高。

（6）电缆头：同样在考虑浮力条件的基础上，考虑电缆头对泵注液流速和作用面积的影响时，计算出的泵注流量相比，与不考虑电缆头的影响发现两者之间对泵注排量没有多大影响。

（7）泵送液密度：其他因素不变的情况，泵送液密度增加，推动枪串的液体排量也在逐渐下降。

（8）井筒附着物：主要附着物包括油基泥浆、残留砂和顶替胶液等，对管串的运动增大阻力，泵注排量提高的同时，影响泵送过程。

3实例分析 

3.1施工情况

对 D 井第 3 段进行施工时，该井完钻井深 5 052 m，水平段长 1 502 m，最大井斜 87.1°，井眼轨迹呈下坡型，管串水力泵送至4320 m 处时，发现井口张力突然增大，采取紧急加速电缆运行方式避免，仍出现 CCL信号消失，判断管串落井，回收电缆后进行连续油管打捞。

3.2原因分析

主要原因是从打捞出的管串检查发现砂和油基泥浆附着较多，环空间隙过流体时，形成一堵一通的状态，另外井眼轨迹属于下坡型，管串运动依靠自身的惯性，容易造成泵脱。

3.3处理方法

每口井施工时，刚从钻井作业转试气工程，需要对每口井前几段施工采取必要的通井、洗井作业，保证泵送通道的清洁、顺畅，另外采取将外径 105 mm 桥塞更换成 100 mm 桥塞，依靠减小管串外径，达到增加环空间隙的方法，再就是留电缆冗余量，给管串突然飞出去留有缓冲时间，

避免突然使电缆头受力，泵脱。

4 结束语

（1）客观上，复杂井眼轨迹、残留砂的存在是不可避免的因素，泵送施工比平缓轨迹施工难度大，其中 S 型、下坡型施工时，要特别注意防止管串泵脱，建议使用满足泵送要求的最小排量和电缆运行速度 ；附着物的存在，是造成泵送施工困难的主要因素，压裂后顶替过量的滑溜水加高黏液体是必不可少的施工步骤，保证泵送通道的干净和砂桥堆积，防范管串遇阻和中途坐封。

（2）硬件上，管串最容易出问题、较为薄弱的环节是桥塞，可钻式复合桥塞抗遇阻、遇阻后不坐封能力是关键因素，另外，坐封工具的密封性能也极其重要，在巨大的井下压力作用下，失封会造成活塞杆提前位移，容易造成中途坐封。

（3）设计上，泵送施工前要考虑最小、最大泵送排量、泵送液液性、管串长度、管串重量、最大井身曲率等参数，防止管串中途遇阻。

（4）操作上，随着泵送排量和泵压值的变化，电缆下放速度也要同步协调变化，张力增大时，提高电缆运行速度，避免管串泵脱 ；张力减小时，降低电缆运行速度，防止电缆加速发生缠绕，管串在井眼轨迹复杂情况运动时，对于造斜点、井身曲率大、大斜度段、水平段，适当调节电缆速度和排量也是防止管串出问题的关键。

参考文献 ：

[1] 王海东，陈锋，欧跃强，等.页岩气水平井分簇射孔配套技术分析及应用[J].长江大学学报(自科版)，2016,33(08):40～45+4.

[2] 李玉飞，佘朝毅，刘念念，张华礼，张林，朱达江.龙王庙组气藏高温高压酸性大产量气井完井难点及其对策[J].天然气工业，2016,27(04):60～64.

[3] 张士彬，杨高.塔里木油田连续油管技术应用现状及前景分析[J].科技创新导报，2015,38(16):99～101+103.

[4] 王中华.国内页岩气开采技术进展[J].中外能源，2013,17(02):23～32.