连续油管作业技术应用与探索

连续油管作业技术应用与探索内容摘要：

第 3节 摩阻计算的其它公式 哈里伯顿 Halliburton 推荐  0 . 8 1 . 8 0 . Dp 2 . 5 5 1 0 , M p aρ μ － （ 5－ 5） 式中， ρ＝液体密度， kg/m3； Q＝排量， m3/min。 μ＝动力粘度， ； L＝连续油管长度， m。 第 15 页 共 41 页 D＝连续油管内径， m PTT 和 QT连续油管制造厂家推荐 24 , p s i fL VDp ρ （ 5－ 6） f＝摩阻因子； L＝连续油管长度， ft； ρ＝液体密度 ,lb/ft3； V＝流速， ft/s。 D＝连续油管内径， in。 3 / 21 2 1 / 1 28 1Re ()[ ( ) ]ABf  （ 5－ 7） 这里： 0 . 97 0 . 2 7Re 161( ) ( ){ 2 . 4 5 7 l n [ ] }DA  ε （ 5－ 8）  1637530ReB  （ 5－ 9） 1 0 0 0 D VRe  （ 5－ 10） 取 W＝ ″ 例子 2″ 连续油管（壁厚 ”） 12020ft，下入水平井中作业，泵注液体清水，密度 ， 动力粘度 ，排量 3bpm；计算垂直段压力降、水平段压力降。 从地面到井底的总压力降。 如果井底压力3000psi，则地面泵注压力需要多少。 第 16 页 共 41 页 解答：连续油管内径 D＝ 2－ 2 ＝ ，由 （ 5－ 10）计算 Re＝240824，式 （ 5－ 8）、（ 5－ 9）得出 A、 B，（ 5－ 7）得出 f＝ ，代入（ 5－ 6）得出： Δ p1000ft＝ ；垂直段势能增加 Δ p 势＝ ρgLsinθ＝－ 3461psi；则：  垂直段压力降＝－ 3461＋ 8＝－ 812psi；  水平段压力降＝ 0＋ 4＝1324psi；  总压力降＝ 1324＋（－ 812）＝512psi；  井底压力 3000psi时，地面压力＝ 3000＋ 512＝ 3512psi。  以下是常用连续油管的摩阻损失速查图表： 第 17 页 共 41 页 第 18 页 共 41 页 第五章 连续油管技术研究与应用 第 1节 连续油管作业的特点 作业时间短 井场准备时间短，搬迁及安装时间短、设备少，起下钻快。 作业成本低 减少配套设备费用、降低管柱连接丝扣的维修、保养费用。 作业效率高 快速下入与起出，能在带压条件下作业；整个作业过程中随时可循环，消除了作业过程中连接油管时的井控问题 ； 施工人员少和配备工具少。  连续油管与常规修井机作业比较  连续油管与电缆钢丝绳作业比较 第 2节 冲洗井作业 冲洗作业是最常用的连续油管作业技术，目的是冲洗井底沉砂、解除低 高 成本 不能 可以 水平井作业 不能 可以 井下工具加压 不能 使用井下马达可以 旋转管柱 不能 可以 循环建立 电缆钢丝绳 连续油管 对 比 项 目 需要压井 小，可以负压作业 地层伤害 有接头 没有接头，起下速度快 接头、起下速度 较大 劳动强度小、成本低 劳动强度、成本 难度大 可以 水 平井作业 大 小 推拉力 地面即可 使用井下马达可以 旋转管柱 可以 可以连续循环 循环建立 常规修井机 连续油管 对 比 项 目 第 19 页 共 41 页 压裂砂堵、清除蜡堵及盐堵和解除沥 青有机物等堵塞。 冲洗作业涉及的主要内容是选择合适的冲洗液体系，以便迅速携带出砂子或固体颗粒等污物。 1. 冲洗液的选取 综合考虑以下几个因素：  目前井底压力 准确了解井底压力对于安全冲洗作业十分重要，盐水一般用于正常压力井（压力梯度 ～ ），高压井（压力梯度 ）需要更大密度的液体，低压井（压力梯度）则应选择泡沫液或者氮气冲洗。  泵注排量和环空流速 连续油管流速 QDV  (61) 环 空 流 速 ()cbQDDV  (62) 冲洗井作业时只有环空液体流速大于固体颗粒下沉速度才能将固体颗粒等携带出井筒，这个环空流速就称之为临界流速。  雷诺数 Re（ Reyonld Number）它是惯性力与粘滞力的无因次比值，主要用来确定液体流动时的流态。 液体流动有三种基本流态：层流（ Re2020）、过渡流（ 2020Re4000）和紊流（ Re4000）。 采用现场采用的单位制，雷诺数为： 1 0 0 0 D VRe  (63) 式中， Db 为管子直径， m； υ为流速， m/s；ρ为液体密度， kg/m3。 μ为液体粘度，。 第 20 页 共 41 页 2. 运动中的固体颗粒 除紊流状态外，颗粒在一定流态下随液体运动时，液体对其产生的拖曳力时一致的，不管颗粒在液体中的运动状况如何，因为重力和阻力基本处于平衡，可以以固定的速率在液体中下沉，即临界沉降速率（ TPSV：Terminal Particle Settling Velocity）。 圆球状固体颗粒在不可压缩流体中的沉降阻力系数（ Cd）及雷诺数 Re 的计算如下： p s l2tl4g D (ρ ρ )Cd =3 ν ρ (64) 式中， g－－重力加速度； Dp－－颗粒直径， m；υ t－－流速， m/s； ρ s－－颗粒密度， kg/m3；ρ L－－液体密度， kg/m3； μ－－液体粘度，。 Lapple 等人提出了 Cd ～ Re 的关系曲线，并将液体流动划分为三个区，给出了各个区域的摩阻系数经验公式： ① Stoke 定律区（ Re） logCd=logRe+log24 (65) ② 过渡流定律区（ Re500） logCd=+ (66) ③ 牛顿定律区（ 500Re202000） logCd≈ (67) 3. 固体的冲洗 井筒内砂子包括作业过程加的砂子（比如压裂加砂）和地层出砂。 通过砂子的颗粒参数分析，确定出临界沉 降速度，为施工提高设计依据。 假设用不可压缩牛顿液体冲洗刚性圆球状颗粒，其临界沉降速度可由阻力系数与雷诺数平方的乘积近似给出初值，并通过方程联立求解，确定第 21 页 共 41 页 出合理的雷诺数范围，由此得出临界沉降速度。 示例： US30 目的固体颗粒， Dp＝ ， ρ s＝ 2650kg/m3, ρ L＝1000kg/m3，μ＝ ，则临界沉降速度计算如下： Cd（ Re） 2 = p s l2tl4gD (ρ ρ )3ν ρ （ 1000DV ） 2 两边去对数得： 3624 ( ) 1 03l o g 2 l o g l o g PgDCd  s l lρ ρ ρ xμ logCd＋ 2logRe＝ log4000 （ 6－ 8） 按照不同流态进行试算： Stoke 区（ 6－ 5）与（ 6－ 8）联立求出 Re＝ 4000/24＝ ，显然超出Stoke 区范围； 过渡区（ 6－ 6）与（ 6－ 8）联立求出 Re＝ ，符合过渡区范围，进而求出 Cd＝。 将 Cd＝ 代入（ 6－ 4）式得出 υ t＝。 在上述条件下， 20 目的砂子（ Dp＝ ）计算出 υ t＝ ；10 目的砂子（ Dp＝ 2 mm）计算出 υ t＝。 如果现场使用的砂子有多种类型，则按照最大颗粒直径计算临界沉降速度。 在直井或小斜度井，环空液体流速一般要求达到固体颗粒临界沉降速度的两倍，而在水平井至少要求 10 倍以上才能保证固体颗粒沿流体方向运动。 因此作业时，环空流速必须足够大以便携带固体颗粒上返。 当环空内最大截面处的液体流速不足以推动固体颗粒上升时，则可以考虑高粘度携砂液体系。 4. 冲洗速度 根据冲洗液性能和固体颗粒临界沉降速度，计算出环空所需最小流速，第 22 页 共 41 页 根据此环空流速计算出连续油管下放速度。 但是，井筒内往往有砂桥存 在，地面不容易观察到，几个砂桥之间相互作用，如果没有足够的循环时间，要么因为环空水力压头的增加造成固体颗粒进入地层，要么由于循环不到位造成连续油管和生产油管之间的新的砂卡。 接上例 11/4”连续油管下入 27/8”(内径 Φ 62mm)3048m的油管内， 计算的 US30 目的固体颗粒（基本接近实际生产中所用陶粒规格）： Dp＝， ρ s＝ 2650kg/m3, ρ L＝ 1000kg/m3，μ＝ ，则临界沉降速度计算为υ t＝。 按照环空流速是临界沉降速度 4倍计，则 环空流速υ＝ ＝ ，即下放速度控制在 以内，实际操作还要降低一些（ 10～ 15m/min）。 由此计算出泵注排量 Q＝υ (Dc2Db2)/＝ 40l/min。 5. 冲洗方式 通常采取连续油管注入，环空（连续油管和生产油管之间）排出的循环方式进行作业，是解决卡封井作业的有效手段。 另外，根据连续油管下入深度确定施加于连续油管的额外载荷，由此保证冲洗作业时连续油管应力不得超过其屈服强度。 第 3节 连续油管气举作业 油气井生产过程中，常常出现静水压力大于地层压力的过平衡现象，从而 导致井底流入性能降低，甚至油气井不能正常生产；通过降低静水压力的方法可以使油气井重新激活，恢复生产。 连续油管是理想的气举作业设备，具有不压井、不动管柱、减小对地层的伤害等。 1992 年 NOWCAM 研制的整体式可缠绕气举阀工作筒推动了连续油管气举革命，但是实际生产中，氮气气举是最常用的气举技术。 第 23 页 共 41 页 1. 氮气的物理性能 氮气（ N2）是一种惰性气体，微溶于水，基于安全考虑，目前油气田明确氮气作为首选气体。 空气中含有 78％的氮气，即可以通过空气分离获取氮气或者低温分离获取液氮。  氮气的物理性能 重量密度 临界压力 分子量 28 临界温度 127176。 C 水中溶解度 176。 C ： 100H2O 比热 @ 176。 C， 176。 C N2： 100H2O  液氮的性能 分离温度 196176。 C 密度 808kg/m3 液氮：氮气 1： 696 2. 氮气气举注入方式  连续注入：这种方式是低排量连续注入，氮气连续分散在井筒液体内，环空液面液体密度逐渐降低，便于控制诱发地层的流动。  间歇注入：首先将连续油管下入 到液面以下的预定深度，然后开始气举，这种方式氮气的泵注压力高（大于注入点静水压力）。 3. 气举要点 ：气举的目的是在不产生压力震荡的条件下，诱发地层内的流动，有时也用于不同程度地清除完井井段的表皮伤害；一旦根据计算选定最大生产压差，气举作业过程就在此范围施工。 4. 设备状况 ：连续油管车、制氮装置（额定排量 14 m3/min，最大工作压力 35Mpa）、液氮泵车（额定排量 170 m3/min，最大工作压力 105Mpa）、液氮罐车（ 20m3）等。 5. 实例  吐哈油田台参 xx 井，用 11/4”连续油管从 27/8”生产油管（ 内径Φ 62mm） 内边下边用制氮装置进行气举至 4500m，制氮装置排量14m3/min,最高施工泵压 18Mpa。 第 4节 水力钻进解堵 油气井开发过程中，常常发生油气井结蜡、水合物堵塞，甚至输油管道的堵塞等，使用连续油管带井下工具可以有效地、快速安全地解决这类问题。 1. 地面集输管线解堵 第 24 页 共 41 页  施工设备：连续油管车、水泥车  实例：吐哈油田丘陵 xxx 计量站与某井的 900m 计量管线不通，多次化学解堵不通，并且无法判断哪一段被堵；为此技术部门认真分析后，从被堵管线阀门处入手，模拟油井施工并安装施工井口和防喷设施， 2 天内顺利完成了被堵管线 的疏通。 2. 解除油井堵塞  葡北 xx－ xx、 xx－ xxx 井，测试作业时，工具不能通过；后上连续油管进 行水力钻进作业，解除油管内壁的堵塞，测试工作顺利开展。 第 5节 连续油管除垢作业 1. 作业优点 不需要起下水井内的注水管柱，实行不压井作业，施工时间短，节省作业 费用，提高清洗套管射孔道的效率，并且大大减少了水井停注时间。 2. 连续油管清洗工具 该工具是以常规的方式连接在连续油管柱上 ,沿连续油管清洗工具的径向分布着一系列直径相同的喷嘴，每一圆周上的喷嘴数目不超过 3 个，这些喷嘴分布在。