吳子南，司念亭，龍江橋，唐 兵，陳欽偉，石張澤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

平衡壓差解卡法在渤海油田井下作業(yè)中的應(yīng)用

吳子南，司念亭，龍江橋，唐 兵，陳欽偉，石張澤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

井下作業(yè)中，起管柱提不動時一般采用對防砂段以上管柱進(jìn)行切割，起出切割點以上管柱后再打撈防砂段生產(chǎn)管柱，因打撈的不確定性，導(dǎo)致修井工期延長而增加了費(fèi)用。此文通過對井下狀況的分析，認(rèn)為生產(chǎn)層封隔器上下的壓差產(chǎn)生的吸附力是主要的原因，通過打開井筒與地層通道，解除地層對井筒管柱的吸附壓差，成功打撈，節(jié)省了工期和費(fèi)用，為以后類似解卡的井下作業(yè)提供了借鑒。

解卡；平衡壓差；吸附力

渤海油田大部分油井實行分層開采，且隨著開發(fā)生產(chǎn)的不斷深入，存在著大量地層壓力系數(shù)較低的井，有的井由于管柱深達(dá)三四千米，管柱自身噸位較大，再加上虧空層位產(chǎn)生較大的吸附力，導(dǎo)致生產(chǎn)管柱往往提不動[1]。常規(guī)的做法是對防砂段以上管柱進(jìn)行切割，起出電泵機(jī)組及切割點以上管柱后再打撈防砂段生產(chǎn)管柱[2]。因打撈具有不確定性，耗費(fèi)工期、費(fèi)用往往巨大，同時也限制了油井的及時復(fù)產(chǎn)。本文介紹通過打開井筒與地層通道，巧妙的解除地層對井筒管柱的吸附壓差，節(jié)省了打撈工期和費(fèi)用，讓油井及時復(fù)產(chǎn)，實現(xiàn)了油田降本增效的目的。

1 技術(shù)簡介

1.1 傳統(tǒng)解卡處理技術(shù)

油井生產(chǎn)管柱長期生產(chǎn)，由于水質(zhì)或者微生物影響而產(chǎn)生結(jié)垢沉淀導(dǎo)致管柱卡阻，或者由于油井出砂導(dǎo)致井下作業(yè)時原井管柱提不動，而防砂段分層越多，卡阻的幾率越大[3]。

圖1 QK-2#井原井生產(chǎn)管柱圖

圖2 存在壓差的管柱受力示意圖

由于井筒深度較深，管柱自重較大，受管柱破斷拉力的影響，在活動解卡無效后，傳統(tǒng)的處理思路如圖1所示：

（1）化學(xué)切割。在定位密封以上一根油管中部進(jìn)行化學(xué)切割。這種切割方法簡單快捷，通過電纜下入切割彈到指定位置，然后點火，切割彈噴射定量強(qiáng)酸，將管柱割斷。切割后的管柱切口整齊，便于后期大修對接打撈。

（2）起出原井切割點以上電泵機(jī)組及生產(chǎn)管柱。

（3）震擊打撈。下入“鉆桿+震擊器+撈筒”進(jìn)行震擊、活動嘗試解卡。

（4）分段切割。震擊打撈無效后對防砂段生產(chǎn)管柱進(jìn)行分段切割。

（5）分段打撈。采用倒扣、套銑等打撈方式對卡埋管柱進(jìn)行分段打撈，直至撈出全部防砂段中心管柱。

由于井況的復(fù)雜性，打撈的不確定性，常規(guī)打撈耗費(fèi)工期在20~30天，復(fù)雜井有時候超過60天；化學(xué)切割及打撈所產(chǎn)生的鉆具租賃、服務(wù)費(fèi)、工具費(fèi)常規(guī)打撈井一般在150萬元，復(fù)雜井更多。

1.2 生產(chǎn)管柱吸附卡分析

在防砂段各層間下入隔離密封實現(xiàn)了油井分層開采，在油井生產(chǎn)的同時，有的層位處于生產(chǎn)狀態(tài)，有的層位處于關(guān)井狀態(tài)。關(guān)閉的層位如果地層壓力系數(shù)較低，則井筒液柱壓力與地層壓力產(chǎn)生的不平衡壓差作用在管柱分層密封模塊上，產(chǎn)生向下的作用力即吸附力[4]，如果這個吸附力足夠大，或者管柱自重加吸附力剛好超過管柱破斷拉力，會導(dǎo)致吸附卡阻，影響作業(yè)的順利進(jìn)行，如圖2。

防砂段生產(chǎn)管柱最大外徑位于隔離密封上，該隔離密封與隔離封隔器密封筒緊密配合實現(xiàn)油井各層分層開采。在關(guān)井未生產(chǎn)的層位，井筒與地層之間的壓差則作用于生產(chǎn)管柱最大外徑的隔離密封處。

1.3 吸附力的計算

通過對吸附力的計算，可以明確作用在管柱上的吸附力的大小，以便于決定下步措施。由壓力計算公式可以計算出吸附力的大小，這對于后續(xù)解卡作業(yè)具有非常重要的意義[5]。

由壓力計算公式F=P·S得出

式中：F為作用在密封模塊上的吸附力，N；ΔP為隔離密封上下的壓差，Pa；S為生產(chǎn)管柱上密封模塊的最大外徑處橫截面積，m2。

以QK-2#井為例，由圖1可知，F(xiàn)=ΔPA·SA+ ΔPB·SB+ΔPC·SC+ΔPD·SD+ΔPE·SE。因第一、二、三防砂段滑套打開，與地層連通，A、B、C密封模塊上下壓差為0，即ΔPA=ΔPB=ΔPC=0；第四、五防砂段壓差相同，ΔPE=0，故只考慮ΔPD的大小，ΔPD=PⅢ-PⅣ，故圖1管柱吸附力F=ΔPD·SD=（PⅢ-PⅣ）·πdD2/4。

對于打開的第一、二、三防砂段，如果地層連通性好，則ΔPD如上所述，為第三、四防砂段地層壓差值。但是在實際的井下作業(yè)中，從井控安全考慮，為了保持井筒液面在井口，大漏失井會采取地層封堵措施或者持續(xù)補(bǔ)液，故圖1中D隔離密封上端面壓力實際上為井筒液柱壓力，下端面壓力為第四、五防砂段油層中部靜壓。為了計算方便，將上端面液柱壓力深度考慮到第四、五防砂段油層中部垂深h，由第四、五防砂段油層靜壓P靜得ΔPD=h/100-P靜，故F =ΔPD·SD= (h/100-P靜)·πdD2/4 （2）

圖3 QK-1#井原井生產(chǎn)管柱圖

2 平衡壓差解除吸附卡的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 在QK-1#井中的應(yīng)用

QK-1#井于2015年11月檢泵作業(yè)。如圖3所示，該井為Y管分采管柱生產(chǎn)II+III油組，即第一、四防砂段關(guān)閉，第二、三防砂段打開生產(chǎn)，4"定位密封垂深2 936 m。2014年分層壓力測試Ⅱ+Ⅲ油組，射孔中部（垂深3 240 m）靜壓為18.06 MPa；Ⅰ+Ⅳ油組射孔中部（垂深3 132 m）靜壓為21.75 MPa。查閱井史，該井無出砂結(jié)垢史，生產(chǎn)油樣不含砂。

該井在洗壓井作業(yè)時，因Ⅱ+Ⅲ油組虧空較大，地層漏失嚴(yán)重，采用暫堵藥劑封堵。封堵后漏失量為0，作業(yè)時井筒液面保持在井口。在解封原井管柱時，上提至管柱所能承受的最高安全負(fù)荷80 t，反復(fù)活動管柱無法解卡，測量計算卡點在防砂段內(nèi)。

由圖3知F =ΔPA·SA+ΔPB·SB+ΔPC·SC+ΔPD·SD，其中，A為4"定位密封；B、C、D為3.25"隔離密封；故SB=SC=SD。因ΔPA=P定-PⅠ，ΔPB=PⅠ-PⅡ，ΔPC= PⅡ-PⅢ，ΔPD= PⅢ-PⅣ；且第二、三防砂段連通，PⅡ=PⅢ，故ΔPC=0，所以F = ( P定-PI)·SA+ ( PⅠ-PⅡ)·SB+ ( PⅢ－PⅣ）·SD= ( P定-PⅠ)·SA= ( h定/100-PⅠ)·πd定2/4；

h定=2 936 m，PⅠ=21.75 MPa，d定=4×25.4 =101.6 mm = 0.101 6 m，代入上式中，得上提管柱過程中第一、四防砂段地層產(chǎn)生的吸附力：F=59 738 N = 6.09 t。

因該井無出砂結(jié)垢史，生產(chǎn)取樣也無砂，現(xiàn)場排除管柱存在砂卡可能；鑒于地層對第一、四防砂段產(chǎn)生6.09 t吸附力，現(xiàn)場決定打開這兩層生產(chǎn)滑套，使得井筒與地層連通，減除吸附力的影響。

后續(xù)作業(yè)步驟：

（1）鋼絲作業(yè)下入滑套移位工具，打開第一、四防砂段生產(chǎn)滑套，連通地層與井筒，平衡管柱密封模塊上下壓差；

（2）上提原井管柱試解封，最大上提至80 t，多次活動后成功解卡；

（3）起出原井生產(chǎn)管柱及電泵機(jī)組；

（4）按照原設(shè)計繼續(xù)后續(xù)作業(yè)。

該井通過平衡地層壓力解除第一、四防砂段吸附卡，在管柱破斷拉力受限的情況下，成功解卡原井管柱；累計節(jié)省化學(xué)切割費(fèi)及打撈費(fèi)用100萬元，節(jié)省工期18天。

2.2 在QK-2#井中的應(yīng)用

QK-2#井于2015年12月檢泵作業(yè)。如圖1所示，該井為Y管分采管柱生產(chǎn)I+II+III油組，即第一、二、三防砂段打開生產(chǎn)，第四、五防砂段關(guān)閉，生產(chǎn)管柱采用3.88"隔離密封；2014年壓力測試第四、五防砂段油層中部深度3 320 m，中部靜壓24.4 MPa。查閱井史，該井無出砂結(jié)垢史，生產(chǎn)油樣無砂。

作業(yè)洗井時發(fā)現(xiàn)該井打開的第一、二、三防砂段漏失量少，拆井口后通過間歇補(bǔ)液液面保持在井口。上提原井生產(chǎn)管柱，最大上提至管柱允許的安全負(fù)荷80 t，多次活動解卡無效。井下作業(yè)項目組通過QK-1#井消除地層吸附力成功解卡的經(jīng)驗，分析兩口井具有相似之處：油井無出砂結(jié)垢史、關(guān)閉層位地層虧空嚴(yán)重，分析得出第四、五防砂段存在壓差不平衡，所產(chǎn)生的吸附力對管柱解卡有影響。

由公式（2）得該井吸附力F =ΔPD·SD= (h/100 -P靜)·πdD2/4，其中，h=3 320 m，P靜=12.8 MPa，dD= 3.88×25.4 = 98.55 mm = 0.985 5 m，代入上式得：F = 67 007.6 N = 6.83 t。

后續(xù)通過鋼絲作業(yè)打開第四、五防砂段滑套，平衡井筒與地層之間的壓差，消除地層對生產(chǎn)管柱的吸附力，然后上提原井生產(chǎn)管柱最高至80 t，多次活動成功解卡。

該井通過平衡壓差消除地層吸附力，成功解卡原井管柱，累計節(jié)省工期25天，節(jié)省化學(xué)切割及打撈費(fèi)用150萬元。

3 結(jié)論

通過對地層與井筒存在壓差產(chǎn)生吸附力的分析與計算，以及在QK油田兩口井的成功應(yīng)用，該平衡壓差解卡法在滿足以下條件時，可以使用：

（1）原井生產(chǎn)管柱受管柱破斷拉力以及井架載荷影響，無法繼續(xù)上提更高的解卡噸位；

（2）原井無出砂、結(jié)垢史；

（3）生產(chǎn)管柱分層開采，關(guān)閉層位地層壓力系數(shù)較低，虧空嚴(yán)重。

該平衡壓差解卡法采用簡單的鋼絲作業(yè)打開關(guān)閉生產(chǎn)層位滑套，使井筒與地層連通，壓力平衡，成功解除地層對生產(chǎn)管柱吸附卡的復(fù)雜情況；通過此方法，單井節(jié)省了大量的切割、打撈耗費(fèi)的工期和費(fèi)用，讓油井及時復(fù)產(chǎn)。在渤海油田以及整個石油行業(yè)類似井，尤其在目前石油行業(yè)低油價“寒冬”時期，值得大力推廣應(yīng)用。

[1]張鈞. 海上油氣田完井手冊[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社，1998.

[2]葉慶峰. 深井大修打撈解卡工藝技術(shù)與應(yīng)用[J]. 工業(yè)， 2015，26（12）： 226.

[3]聶海光， 王新河. 油氣田井下作業(yè)修井工程[M]. 北京： 石油工業(yè)出版社， 2002.

[4]謝鑫. 壓差卡鉆的控制方法[J]. 國外油田工程， 2010， 26（12）：45-47.

[5]劉曉波. 降壓解除壓差卡鉆在海上某井中的應(yīng)用[J]. 石化技術(shù)，2015（1）：10.

Application of the Balanced Differential Pressure Method in the Downhole Operation of Bohai Oilfeld

WU Zinan, SI Nianting, LONG Jiangqiao, TANG Bing, CHEN Qinwei, SHI Zhangze
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tianjin 300459, China）

When a fshing operation is needed for a well in which the production string is stuck, the frst step is cutting the string above the sticking point and then fshing the left production string in the screen. Due to the uncertainty in fshing operation, the increase in working duration will result in the increase in the cost for a well. Based on the analysis of the down-hole condition, the authors speculated the main cause was the absorption force produced by the differential pressure above and below the production packer. The fshing was successfully completed in a short time by opening the wellhole with the reservoir and releasing the differential pressure between the formation and the string, which reduced the working duration and cost and provides the valuable reference for the similar down-hole operation in the future.

Stuck freeing; balanced differential pressure; absorption force

TE28

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.01.054

1008-2336（2017）01-0054-04

2016-07-29；改回日期：2016-12-02

吳子南，男，1979年生，井下作業(yè)總監(jiān)，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：油氣井井下作業(yè)、油氣層保護(hù)、工藝措施及機(jī)采井管理等。E-mail：wuzn@cnooc.com.cn。