【文章內容簡介】 第 3節(jié) 摩阻計算的其它公式 哈里伯頓 Halliburton 推薦 ? 0 . 8 1 . 8 0 . Dp 2 . 5 5 1 0 , M p aρ μ － （ 5－ 5） 式中， ρ＝液體密度， kg/m3； Q＝排量， m3/min。 μ＝動力粘度， ； L＝連續(xù)油管長度， m。 第 15 頁 共 41 頁 D＝連續(xù)油管內徑， m PTT 和 QT連續(xù)油管制造廠家推薦 24 , p s i? fL VDp ρ （ 5－ 6） f＝摩阻因子； L＝連續(xù)油管長度， ft； ρ＝液體密度 ,lb/ft3； V＝流速， ft/s。D＝連續(xù)油管內徑， in。 3 / 21 2 1 / 1 28 1Re ()[ ( ) ]ABf ??? （ 5－ 7） 這里： 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″ 連續(xù)油管（壁厚 ”） 12020ft，下入水平井中作業(yè)，泵注液體清水，密度 ， 動力粘度 ，排量 3bpm；計算垂直段壓力降、水平段壓力降？從地面到井底的總壓力降？如果井底壓力3000psi，則地面泵注壓力需要多少？ 第 16 頁 共 41 頁 解答：連續(xù)油管內徑 D＝ 2－ 2 ＝ ，由 （ 5－ 10）計算 Re＝240824，式 （ 5－ 8）、（ 5－ 9）得出 A、 B，（ 5－ 7）得出 f＝ ，代入（ 5－ 6）得出： Δ p1000ft＝ ；垂直段勢能增加 Δ p 勢＝ ρgLsinθ＝－ 3461psi；則： ? 垂直段壓力降＝－ 3461＋ 8＝－ 812psi； ? 水平段壓力降＝ 0＋ 4＝1324psi； ? 總壓力降＝ 1324＋（－ 812）＝512psi； ? 井底壓力 3000psi時，地面壓力＝ 3000＋ 512＝ 3512psi。 ? 以下是常用連續(xù)油管的摩阻損失速查圖表： 第 17 頁 共 41 頁 第 18 頁 共 41 頁 第五章 連續(xù)油管技術研究與應用 第 1節(jié) 連續(xù)油管作業(yè)的特點 作業(yè)時間短 井場準備時間短，搬遷及安裝時間短、設備少，起下鉆快。 作業(yè)成本低 減少配套設備費用、降低管柱連接絲扣的維修、保養(yǎng)費用。 作業(yè)效率高 快速下入與起出，能在帶壓條件下作業(yè)；整個作業(yè)過程中隨時可循環(huán)，消除了作業(yè)過程中連接油管時的井控問題 ； 施工人員少和配備工具少。 ? 連續(xù)油管與常規(guī)修井機作業(yè)比較 ? 連續(xù)油管與電纜鋼絲繩作業(yè)比較 第 2節(jié) 沖洗井作業(yè) 沖洗作業(yè)是最常用的連續(xù)油管作業(yè)技術，目的是沖洗井底沉砂、解除低 高 成本 不能 可以 水平井作業(yè) 不能 可以 井下工具加壓 不能 使用井下馬達可以 旋轉管柱 不能 可以 循環(huán)建立 電纜鋼絲繩 連續(xù)油管 對 比 項 目 需要壓井 小，可以負壓作業(yè) 地層傷害 有接頭 沒有接頭，起下速度快 接頭、起下速度 較大 勞動強度小、成本低 勞動強度、成本 難度大 可以 水 平井作業(yè) 大 小 推拉力 地面即可 使用井下馬達可以 旋轉管柱 可以 可以連續(xù)循環(huán) 循環(huán)建立 常規(guī)修井機 連續(xù)油管 對 比 項 目 第 19 頁 共 41 頁 壓裂砂堵、清除蠟堵及鹽堵和解除瀝 青有機物等堵塞。 沖洗作業(yè)涉及的主要內容是選擇合適的沖洗液體系，以便迅速攜帶出砂子或固體顆粒等污物。 1. 沖洗液的選取 綜合考慮以下幾個因素： ? 目前井底壓力 準確了解井底壓力對于安全沖洗作業(yè)十分重要，鹽水一般用于正常壓力井（壓力梯度 ～ ），高壓井（壓力梯度 ）需要更大密度的液體，低壓井（壓力梯度）則應選擇泡沫液或者氮氣沖洗。 ? 泵注排量和環(huán)空流速 連續(xù)油管流速 QDV ? (61) 環(huán) 空 流 速 ()cbQDDV ?? (62) 沖洗井作業(yè)時只有環(huán)空液體流速大于固體顆粒下沉速度才能將固體顆粒等攜帶出井筒，這個環(huán)空流速就稱之為臨界流速。 ? 雷諾數 Re（ Reyonld Number）它是慣性力與粘滯力的無因次比值，主要用來確定液體流動時的流態(tài)。 液體流動有三種基本流態(tài)：層流（ Re2020）、過渡流（ 2020Re4000）和紊流（ Re4000）。采用現場采用的單位制，雷諾數為： 1 0 0 0 D VRe ??? (63) 式中， Db 為管子直徑， m； υ為流速， m/s；ρ為液體密度， kg/m3。μ為液體粘度， 。 第 20 頁 共 41 頁 2. 運動中的固體顆粒 除紊流狀態(tài)外，顆粒在一定流態(tài)下隨液體運動時，液體對其產生的拖曳力時一致的，不管顆粒在液體中的運動狀況如何，因為重力和阻力基本處于平衡，可以以固定的速率在液體中下沉，即臨界沉降速率（ TPSV：Terminal Particle Settling Velocity）。圓球狀固體顆粒在不可壓縮流體中的沉降阻力系數（ Cd）及雷諾數 Re 的計算如下： p s l2tl4g D (ρ ρ )Cd =3 ν ρ (64) 式中， g－－重力加速度； Dp－－顆粒直徑， m；υ t－－流速， m/s； ρ s－－顆粒密度， kg/m3；ρ L－－液體密度， kg/m3； μ－－液體粘度， 。 Lapple 等人提出了 Cd ～ Re 的關系曲線，并將液體流動劃分為三個區(qū)，給出了各個區(qū)域的摩阻系數經驗公式： ① Stoke 定律區(qū)（ Re） logCd=logRe+log24 (65) ② 過渡流定律區(qū)（ Re500） logCd=+ (66) ③ 牛頓定律區(qū)（ 500Re202000） logCd≈ (67) 3. 固體的沖洗 井筒內砂子包括作業(yè)過程加的砂子（比如壓裂加砂）和地層出砂。通過砂子的顆粒參數分析，確定出臨界沉 降速度，為施工提高設計依據。 假設用不可壓縮牛頓液體沖洗剛性圓球狀顆粒，其臨界沉降速度可由阻力系數與雷諾數平方的乘積近似給出初值，并通過方程聯立求解，確定第 21 頁 共 41 頁 出合理的雷諾數范圍，由此得出臨界沉降速度。 示例： US30 目的固體顆粒， Dp＝ ， ρ s＝ 2650kg/m3, ρ L＝1000kg/m3，μ＝ ，則臨界沉降速度計算如下： Cd（ Re） 2 = p s l2tl4gD (ρ ρ )3ν ρ （ 1000DV?? ） 2 兩邊去對數得： 3624 ( ) 1 03l o g 2 l o g l o g PgDCd ?? s l lρ ρ ρ xμ logCd＋ 2logRe＝ log4000 （ 6－ 8） 按照不同流態(tài)進行試算： Stoke 區(qū)（ 6－ 5）與（ 6－ 8）聯立求出 Re＝ 4000/24＝ ，顯然超出Stoke 區(qū)范圍； 過渡區(qū)（ 6－ 6）與（ 6－ 8）聯立求出 Re＝ ，符合過渡區(qū)范圍，進而求出 Cd＝ 。 將 Cd＝ 代入（ 6－ 4）式得出 υ t＝ 。 在上述條件下， 20 目的砂子（ Dp＝ ）計算出 υ t＝ ；10 目的砂子（ Dp＝ 2 mm）計算出 υ t＝ 。如果現場使用的砂子有多種類型，則按照最大顆粒直徑計算臨界沉降速度。 在直井或小斜度井，環(huán)空液體流速一般要求達到固體顆粒臨界沉降速度的兩倍，而在水平井至少要求 10 倍以上才能保證固體顆粒沿流體方向運動。因此作業(yè)時，環(huán)空流速必須足夠大以便攜帶固體顆粒上返。 當環(huán)空內最大截面處的液體流速不足以推動固體顆粒上升時，則可以考慮高粘度攜砂液體系。 4. 沖洗速度 根據沖洗液性能和固體顆粒臨界沉降速度，計算出環(huán)空所需最小流速，第 22 頁 共 41 頁 根據此環(huán)空流速計算出連續(xù)油管下放速度。但是，井筒內往往有砂橋存 在，地面不容易觀察到，幾個砂橋之間相互作用，如果沒有足夠的循環(huán)時間，要么因為環(huán)空水力壓頭的增加造成固體顆粒進入地層，要么由于循環(huán)不到位造成連續(xù)油管和生產油管之間的新的砂卡。 接上例 11/4”連續(xù)油管下入 27/8”(內徑 Φ 62mm)3048m的油管內， 計算的 US30 目的固體顆粒（基本接近實際生產中所用陶粒規(guī)格）： Dp＝， ρ s＝ 2650kg/m3, ρ L＝ 1000kg/m3，μ＝ ，則臨界沉降速度計算為υ t＝ 。按照環(huán)空流速是臨界沉降速度 4倍計，則 環(huán)空流速υ＝ ＝ ，即下放速度控制在 以內，實際操作還要降低一些（ 10～ 15m/min）。 由此計算出泵注排量 Q＝υ (Dc2Db2)/＝ 40l/min。 5. 沖洗方式 通常采取連續(xù)油管注入，環(huán)空（連續(xù)油管和生產油管之間）排出的循環(huán)方式進行作業(yè)，是解決卡封井作業(yè)的有效手段。另外，根據連續(xù)油管下入深度確定施加于連續(xù)油管的額外載荷，由此保證沖洗作業(yè)時連續(xù)油管應力不得超過其屈服強度。 第 3節(jié) 連續(xù)油管氣舉作業(yè) 油氣井生產過程中，常常出現靜水壓力大于地層壓力的過平衡現象，從而 導致井底流入性能降低，甚至油氣井不能正常生產；通過降低靜水壓力的方法可以使油氣井重新激活，恢復生產。 連續(xù)油管是理想的氣舉作業(yè)設備，具有不壓井、不動管柱、減小對地層的傷害等。 1992 年 NOWCAM 研制的整體式可纏繞氣舉閥工作筒推動了連續(xù)油管氣舉革命，但是實際生產中，氮氣氣舉是最常用的氣舉技術。 第 23 頁 共 41 頁 1. 氮氣的物理性能 氮氣（ N2）是一種惰性氣體，微溶于水，基于安全考慮，目前油氣田明確氮氣作為首選氣體?？諝庵泻?78％的氮氣，即可以通過空氣分離獲取氮氣或者低溫分離獲取液氮。 ? 氮氣的物理性能 重量密度 臨界壓力 分子量 28 臨界溫度 127176。 C 水中溶解度 176。 C ： 100H2O 比熱 @ 176。 C， 176。 C N2： 100H2O ? 液氮的性能 分離溫度 196176。 C 密度 808kg/m3 液氮：氮氣 1： 696 2. 氮氣氣舉注入方式 ? 連續(xù)注入：這種方式是低排量連續(xù)注入，氮氣連續(xù)分散在井筒液體內，環(huán)空液面液體密度逐漸降低，便于控制誘發(fā)地層的流動。 ? 間歇注入：首先將連續(xù)油管下入 到液面以下的預定深度，然后開始氣舉，這種方式氮氣的泵注壓力高（大于注入點靜水壓力）。 3. 氣舉要點 ：氣舉的目的是在不產生壓力震蕩的條件下，誘發(fā)地層內的流動，有時也用于不同程度地清除完井井段的表皮傷害；一旦根據計算選定最大生產壓差，氣舉作業(yè)過程就在此范圍施工。 4. 設備狀況 ：連續(xù)油管車、制氮裝置（額定排量 14 m3/min，最大工作壓力 35Mpa）、液氮泵車（額定排量 170 m3/min，最大工作壓力 105Mpa）、液氮罐車（ 20m3）等。 5. 實例 ? 吐哈油田臺參 xx 井，用 11/4”連續(xù)油管從 27/8”生產油管（ 內徑Φ 62mm） 內邊下邊用制氮裝置進行氣舉至 4500m，制氮裝置排量14m3/min,最高施工泵壓 18Mpa。 第 4節(jié) 水力鉆進解堵 油氣井開發(fā)過程中，常常發(fā)生油氣井結蠟、水合物堵塞，甚至輸油管道的堵塞等，使用連續(xù)油管帶井下工具可以有效地、快速安全地解決這類問題。 1. 地面集輸管線解堵 第 24 頁 共 41 頁 ? 施工設備：連續(xù)油管車、水泥車 ? 實例：吐哈油田丘陵 xxx 計量站與某井的 900m 計量管線不通，多次化學解堵不通，并且無法判斷哪一段被堵；為此技術部門認真分析后，從被堵管線閥門處入手，模擬油井施工并安裝施工井口和防噴設施， 2 天內順利完成了被堵管線 的疏通。 2. 解除油井堵塞 ? 葡北 xx－ xx、 xx－ xxx 井，測試作業(yè)時，工具不能通過；后上連續(xù)油管進 行水力鉆進作業(yè)，解除油管內壁的堵塞，測試工作順利開展。 第 5節(jié) 連續(xù)油管除垢作業(yè) 1. 作業(yè)優(yōu)點 不需要起下水井內的注水管柱，實行不壓井作業(yè)，施工時間短，節(jié)省作業(yè) 費用，提高清洗套管射孔道的效率，并且大大減少了水井停注時間。 2. 連續(xù)油管清洗工具 該工具是以常規(guī)的方式連接在連續(xù)油管柱上 ,沿連續(xù)油管清洗工具的徑向分布著一系列直徑相同的噴嘴，每一圓周上的噴嘴數目不超過 3 個，這些噴嘴分布在