焦國盈 裴蘋汀 唐 凱 王 海

(1.重慶科技學院復雜油氣田勘探開發(fā)重慶市重點實驗室，重慶 401331;2.重慶科技學院機械與動力工程學院，重慶 401331;3.川慶鉆探工程有限公司測井公司，重慶 400021)

水平井由于受到井筒條件的限制，一般采用油管傳輸定向射孔工藝，射孔工藝復雜、施工周期長、成本高，因此發(fā)展了泵送射孔工藝。在射孔時，用泵送液將電纜傳輸射孔槍送入水平段射孔位置，然后通電射孔，射孔后將射孔槍提出井筒，這就是泵送射孔工藝［1-2］。水平井泵送射孔工藝的關鍵設計參數為泵送排量，定義為在水平井段能把射孔槍向前推送的最小泵送液排量。影響泵送排量的參數包括泵送液浮力、射孔槍與套管之間的摩阻系數、射孔槍電纜頭、槍斜、泵送液密度、橋塞工具、泵送液沖擊力、液體流速計算方式及射孔槍重量，但各個因素影響程度不同。如果能識別出關鍵影響因素，在現場計算時就可以采用簡化的模型進行施工參數快速計算，節(jié)約施工時間。本文的目的就是采用建立的泵送排量計算模型，分析影響泵送排量的因素的重要程度，以便建立簡化泵送排量計算模型。

1 泵送排量計算模型

泵送射孔時，射孔槍在水平段的受力如圖1所示，依據力的平衡原理，泵送排量為:

式中:Qp— 泵送排量，m3/min;μ— 動摩擦系數，無因次;m — 槍串的質量，kg;g— 常數，9.8 N/kg;ρ— 泵送液密度，kg/m3;V— 槍串體積(排液體積)，m3;dp— 加重桿、定位器、射孔槍外徑，mm;dc— 電纜頭外徑，mm;D — 套管內徑，mm;db—橋塞外徑，mm;dbt— 橋塞工具外徑，mm;θ— 槍串軸線與水平井軸線的夾角，(°)。

圖1 射孔槍串在水平段的受力

2 影響因素分析

2.1 基礎參數

水平井采用5″套管完井，套管內徑108.6 mm，采用φ86 mm射孔槍射孔，槍串長度7 m時，質量為120 kg，槍串長度10 m時，質量為200 kg。電纜頭外徑40 m，電纜頭長度0.4 m;射孔槍(含加重桿和磁性定位器)外徑86 mm，長度4 m;橋塞工具外徑70 mm，長度1.8 m;橋塞外徑94 mm，長度0.8 m。采用密度為1 000 kg/m3的液體泵送，槍串與套管之間的摩擦系數取0.2。

2.2 浮力的影響

浮力對泵送排量的影響見圖2。浮力可使泵送排量降低16.5%和14.5%。

圖2 浮力對泵送排量的影響

2.3 摩阻系數的影響

圖3是不同摩阻系數對泵送排量的影響。隨著摩阻系數的增加，泵送排量大幅增加。

圖3 摩阻系數對泵送排量的影響

2.4 電纜頭的影響

圖4是考慮電纜頭和不考慮電纜頭2種情況下泵送排量的計算結果。電纜頭對泵送排量的影響非常小，可忽略不計。

圖4 電纜頭對泵送排量的影響

2.5 槍斜的影響

圖5是槍斜對泵送排量的影響。

圖5 槍斜對泵送排量的影響

2.6 泵送液密度的影響

圖6為泵送液密度對泵送排量的影響。

圖6 泵送液密度對泵送排量的影響

隨著泵送液密度的增加，泵送排量逐漸減小。對10 m槍，當泵送液密度由1 000 kg/m3增加到1 500 kg/m3時，臨界泵送排量大約降低了26%;泵送液密度由1 000 kg/m3降到800 kg/m3，泵送液密度降低20%，泵送排量大約增加22%。

2.7 橋塞工具的影響

圖7為橋塞工具對泵送排量的影響。在實際射孔時，橋塞工具的外徑比射孔槍外徑要小一點。考慮2種情況，一種與實際情況相符，橋塞外徑比槍外徑小一點;另一種情況為橋塞工具和槍外徑相同。由圖7知，2種情況下的泵送排量幾乎沒有差別。

2.8 沖擊力作用位置的影響

圖8為沖擊力作用位置對泵送排量的影響。在泵送液推動射孔槍串向前運動的過程中，泵送液作用于射孔槍和電纜頭、橋塞工具和橋塞兩處的環(huán)形面上，計算泵送排量時可以根據實際情況分級計算，也可以假設泵送液通過橋塞橫截面推動槍串前進。比較2種情況下計算出的泵送排量的差別。

圖7 橋塞工具對泵送排量的影響

圖8 沖擊力作用位置對泵送排量的影響

橋塞計算出的泵送排量與分級計算出的泵送排量差別非常大，對于7 m槍串，降幅達45.1%;對于10 m槍串，降幅達45.1%。

2.9 流速計算方式的影響

圖9為流速計算方式對泵送排量的影響。3種流速計算方式對泵送排量的影響非常大，環(huán)空計算方式計算出的泵送排量大約降低了45.1%，套管計算方式使泵送排量大約增加48%。

2.10 槍重的影響

為了使槍串順利通過水平井的造斜段，要在槍串上加上加重桿。加重后槍串在水平井筒中的摩擦力增加，從而增加所需的泵送排量。圖10為槍串重量對泵送排量的影響，槍重增加66.6%，泵送排量提高32.4%。

圖9 流速計算方式對泵送排量的影響

圖10 槍串重量對泵送排量的影響

3 結論

(1)采用建立的泵送排量計算模型分析了浮力、摩阻系數、電纜頭、槍斜、泵送液密度、橋塞工具、沖擊力計算方式及槍重對泵送排量的影響。

(2)計算泵送射孔時的泵送排量時，不能忽略浮力、摩阻系數、泵送液密度、沖擊力計算方式和槍重的影響;電纜頭(電纜)、槍串傾斜和橋塞工具的影響可忽略。

(3)影響泵送排量的關鍵因素包括槍串浮力、摩阻系數、泵送液密度和沖擊力計算方式。

［1］呂傳炳，余東合，趙金洲，等.水平井和大位移井壓裂后產能預測模型研究［J］.油氣井測試，2006，15(2):12-13.

［2］Peach S C，Jensen R E，Robertshaw S C.Completion and Evaluation of Cased Horizontal Wells［J］.JCPT，1991，30(5):26-32.