張殿勝，馮光彬，占煥校，陳文征，陳 鑫

(1.中國石油伊拉克公司魯邁拉項目作業(yè)部，北京 100120;2.中國石油技術開發(fā)公司，北京 100028)

魯邁拉油田位于伊拉克南部，是一個已開發(fā)50多年的老油田，隨著油田開發(fā)時間推移，面臨棄井的老齡井逐年增多。部分老井由于固井質(zhì)量不合格或后期自然因素的影響，油套管腐蝕嚴重，環(huán)空出現(xiàn)竄流，無法實現(xiàn)滲透層之間的封隔。尤其個別油井的地下含硫水或有害氣體從環(huán)空竄到地面，污染環(huán)境，危害人身安全［1－4］。為了合理布局油田開發(fā)，保障鄰井安全生產(chǎn)和保護周邊生態(tài)環(huán)境，需要對隱患老井進行有效封堵作業(yè)，實現(xiàn)安全棄井［5－8］。在作業(yè)過程中，如果棄井方案不完善，可能導致井噴、硫化氫 (H2S)中毒、火災或者環(huán)境污染等事故［9－11］，合理的棄井技術方案和完善的施工措施對老井臨時或永久棄井甚至重新利用意義重大。

R222井是一口重點隱患老井，該井完鉆于1982年，發(fā)生環(huán)空竄流多年，含硫水竄出地面，曾多次修井未能徹底解決問題。方井周圍的含硫水不斷增加，井口H2S檢測濃度一度達到100mg/L，對環(huán)境造成了污染，也給現(xiàn)場作業(yè)人員帶來了安全隱患。

中國石油和BP聯(lián)合作業(yè)體接管油田后，通過對R222井進行專項技術研究和安全風險評價，動用連續(xù)油管通井和壓井，使用了多種測井手段來診斷井下復雜情況，初步了解井內(nèi)情況和可能的竄流路徑，用連續(xù)油管在953m處打了一個酸溶水泥塞，使溢流暫時得到控制。作業(yè)部根據(jù)該井最終狀態(tài)，制訂了后期棄井設計方案，并根據(jù)實際施工過程中出現(xiàn)的異常情況，及時分析和調(diào)整方案，克服了一些作業(yè)難題，最終實現(xiàn)了安全棄井。

本文對魯邁拉油田R222井棄井作業(yè)技術方案及現(xiàn)場安全施工過程進行了介紹和分析。該井棄井作業(yè)成功案例為油田棄井作業(yè)積累了安全、可行的技術經(jīng)驗，對同類井的治理具有借鑒意義。

1 井筒基本情況

根據(jù)井史，R222井前期井下作業(yè)后有7in套管修整器卡死在7in尾管頂部 (1879m);在本次鉆機作業(yè)前，動用連續(xù)油管設備在1412～1511m井段的9in套管層內(nèi)打了個水泥塞以阻止油氣流動，但很快觀察到有地層水從井口13in套管頭處的腐蝕孔洞溢出。

圖1 R222井井口示意圖Fig.1 R222 wellhead

(2)光譜噪聲溫度測井 (SNL)、多指成像工具測井 (MIT)和電磁套管測厚儀測井 (MTT)表明，距井口約18～20m處油管環(huán)空和9in套管環(huán)空之間存在竄通，32in生產(chǎn)油管在114m左右斷開。電磁感應測井 (EME)結果表明，在565m處9in套管管壁存在腐蝕孔洞。

(4)油管壓力表及套管壓力表讀數(shù)均為零。

圖2 R222井棄井前的井身結構示意圖Fig.2 Configuration of Well R222 Before being abandoned

2 棄井方案設計

初步制訂的棄井方案是動用一部40D鉆機，打撈出井內(nèi)落井油管后在9in套管上進行段銑作業(yè)，段銑井段包括兩個50m的套管段 (按照魯邁拉油田的層間封隔標準，分別位于UER層和DM層)，打水泥塞封隔TY層、DM層和地表，達到永久棄井的目的。技術方案要點如下:

(1)配卡瓦打撈筒鉆具組合，打撈落井油管，打撈至原井水泥塞#1頂部 (1412m)。

(2)下5in鉆桿至大致1411m處，在原水泥塞#1上方1331～1412m井段再打一個平衡塞#2，在UER層即段銑井段以下20m處起到進一步封隔作用。

(3)段銑UER層，封隔TY層。

②在1331～1160m井段打一個171m的平衡水泥塞#3。

③在1160～890m井段打一個270m的平衡水泥塞#4。

(4)段銑DM層，打水泥塞。

②水泥膠結成像測井，若測井結果顯示套管外有足夠的水泥，進行以下步驟③。如果套管外無水泥顯示，則用割刀割斷并起出9in套管，在620～400m打一個水泥塞，試壓并進行流入測試，替壓井液后完井。

③在620～440m井段打一個水泥塞#5。按照魯邁拉油田的試壓標準對水泥塞試壓，進行流入測試，然后替壓井液。

④從440m至井口打水泥塞#5，將方井填滿水泥完井。

3 棄井施工過程

2014年7月，鉆機ZJ40DB搬家就位，開始鉆前作業(yè)。鉆井隊嚴格按照魯邁拉油田H2S管理程序進行作業(yè)，作業(yè)人員勞保用品穿戴齊全，配備正壓式呼吸器，確保進入井場的所有人員都接受H2S培訓。

R222井于8月19日開鉆，向井內(nèi)泵入密度為1.2g/cm3的壓井液，觀察到壓井液從井口13in套管腐蝕孔處返出地面。安裝套管頭支撐架，灌入水泥漿，封堵13in套管腐蝕孔，候凝。拆采油樹及油管掛，拔出11根油管。安裝13in雙頭載絲法蘭、13in升高法蘭和13in環(huán)形防噴器，安裝遠程液控系統(tǒng)。向井內(nèi)灌入密度為1.2g/cm3的鹽水，發(fā)現(xiàn)鹽水仍從方井返出，表明地表水泥封堵無效，使用砂泵將方井內(nèi)的鹽水排到振動篩。

H2S氣體很快消失，但流體竄出地面給施工帶來新的風險，可能會沖刷井場、破壞井架地基;如果含硫水從此豁口返出，后期作業(yè)風險將難以控制。鑒于情況緊急，決定不循環(huán)繼續(xù)打撈落魚，下入8in卡瓦打撈筒，撈獲出余下的2in油管，撈獲的油管總長對應至酸溶水泥塞面的953m，表明油管在水泥塞以上腐蝕斷脫。下強磁打撈器打撈井內(nèi)水泥塞上面殘留的碎片，共打撈出1.1kg腐蝕碎屑。下噪聲和溫度測井儀尋找潛在的套管漏點和竄流路徑，測井解釋表明，無竄流發(fā)生。分析認為:

(1)如果繼續(xù)進行段銑作業(yè)，1.2g/cm3的鹽水會沖刷井場、破壞井場井架地基，存在安全隱患。

(2)竄流已被連續(xù)油管在953m處所打的水泥塞所封堵，如果鉆開這個塞，含硫水可能會從豁口竄出地表，很難控制并壓死。

(3)在DM層底以下有92m空間，可以通過射孔和打水泥塞來實現(xiàn)層間封隔。

(4)幾種測井結果均未有竄流顯示，證明原井眼暫時相對穩(wěn)定。

綜合以上因素，決定取消移除953m處酸溶水泥塞后段銑套管的計劃。從實際出發(fā)，在DM層以下射孔后打水泥塞，在U形管效應下，水泥漿在重力作用下經(jīng)射孔段進入環(huán)空，最終建立平衡塞，從而實現(xiàn)封隔。由于DM層裂縫溶洞發(fā)育，鉆井時漏失嚴重，如果一次注入大量水泥漿，環(huán)空水泥漿液柱的增高使靜液壓力增大，會導致大量水泥漏失到地層中，起不到較好的環(huán)空封堵。因此，最終制訂了打多個小體積平衡塞的方案，一方面避免大量水泥在該層漏失，另一方面還可以通過探塞來進行檢測和評估。

采用電纜輸送射孔作業(yè)，考慮到射孔槍在井眼內(nèi)開火時產(chǎn)生的震蕩波可能破壞953m處的水泥塞，在第一次射孔作業(yè)時，先下5in光鉆桿至射孔段，然后再下入外徑2in的射孔槍，射孔彈穿過5in鉆桿內(nèi)部，減小了對原水泥塞的影響。每次射孔后打兩個平衡水泥塞，使用G級水泥，每個水泥塞泵入5.5m3水泥漿并候凝24小時。

總共進行了3次射孔作業(yè)，共打了6個水泥塞，地面竄流通道完全被封住 (表1、圖3)。最后掏空方井，配1.9g/cm3水泥漿填充方井，實現(xiàn)了永久棄井。

表1 射孔井段及水泥塞施工數(shù)據(jù)表Table 1 Perforation interval and cement plug data

圖3 實際棄井施工圖Fig.3 Schematic diagram of actual abandonment

4 現(xiàn)場施工風險控制措施

4.1 H2S風險防控措施

因R222井地下含硫水曾竄流至地面，井口H2S探測濃度一度高達100mg/L，潛在的H2S中毒是該井作業(yè)面臨的最大風險。現(xiàn)場施工采取的主要措施如下:

(1)施工鉆井隊的營房區(qū)與井場區(qū)通過鐵絲網(wǎng)和圍墻分開，井場區(qū)配備全套Total Safety公司提供的固定式H2S探測監(jiān)控設備和報警器，以保證工作和救援。在井口、鉆臺面、鉆臺下和出水口等處都安裝了固定H2S探頭和可燃氣探頭。營房區(qū)安裝了一套Total Safety公司的H2S探測設備和報警器，施工前要給全隊人員進行H2S培訓。

(2)所有的現(xiàn)場作業(yè)過程嚴格執(zhí)行魯邁拉油田H2S預防控制管理程序，直到棄井作業(yè)結束。所有井場作業(yè)人員必須穿戴完整的勞保用品和便攜式個人H2S探測儀 (設定報警值為10mg/L)，在每項作業(yè)前召開安全會，明確作業(yè)步驟及強調(diào)潛在風險，并指定專人負責監(jiān)督。

(3)在井場入口處，設有H2S警示牌。鉆井隊執(zhí)行嚴格的入場控制，所有入場人員 (包括倒班人員和來訪者)，都要在大門入口處登記，并進行如何預防H2S中毒及正確使用正壓式呼吸器的培訓，才允許進入井場。

(4)井隊成立專門救援組，制訂完善救援計劃，配備足夠救援用的30min正壓式呼吸器。

(5)在井口方井旁安裝一臺鼓風機，一旦有H2S氣體涌出，可將之驅(qū)散。

(6)井場區(qū)和主營區(qū)均裝多個風向標，設有兩個不同方向的集合點，確保所有井場人員都能通過風向標確定逃生方向。

(7)每周分別在井場區(qū)和主營區(qū)進行一次H2S救援和逃生演練。

4.2 火災和爆炸防控措施

棄井作業(yè)過程中可能會發(fā)生火災和爆炸的風險，這主要是由于油氣泄漏而引起的。針對火災和爆炸可能發(fā)生的風險，要求棄井作業(yè)現(xiàn)場管理人員一定嚴格按照如下操作規(guī)程執(zhí)行，加強管控。

(1)按照程序施工。施工前進行技術交底，加強施工作業(yè)者的安全意識;井場嚴禁動明火，除必要的設備工作外，其他設備、車輛一律熄火;禁止吸煙;井上施工人員一律穿戴好勞保用品;現(xiàn)場備好消防器材，規(guī)定專人負責，組織好消防隊伍。

(2)射孔作業(yè)處理任何井場爆炸藥品時，要求所有操作者一起參與工前安全會，明確作業(yè)目的及安全風險，并且簽字確認。整個射孔過程中除了必要的供電設備，其他電機及通信設備要關停。未經(jīng)授權任何人不允許在射孔槍附近停留。

4.3 環(huán)境污染管控

落實環(huán)境保護責任制度，妥善處理在棄井作業(yè)過程中所產(chǎn)生的固體或液體廢棄物，杜絕作業(yè)過程中形成的落地油、井液和因“跑、冒、滴、漏”所形成的污染物。在棄井作業(yè)過程中，作業(yè)隊伍必須嚴格執(zhí)行廢棄物的處置和管理規(guī)定。

5 結束語

(1)預防H2S中毒是R222井棄井作業(yè)考慮的主要因素，在R222井施工過程中采取的預防和控制措施十分有效，最大程度保護了施工人員免受傷害。

(2)完善的棄井方案是棄井作業(yè)成功的前提。在實際施工中，當大量流體竄出地面時，利用噪聲和溫度測井等綜合技術手段，可全面分析風險因素，并及時調(diào)整方案，以達到最終棄井目的。

(3)實踐證明，分段射孔后打多個平衡水泥塞的封井方案在環(huán)空形成竄流通道的情況下十分有效。

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