張浩，盛擁軍，楊邦貴，宋衛(wèi)東，邢世陽(yáng)，孫偉，范雪麟

(1.勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司；3.勝利油田檢測(cè)評(píng)價(jià)研究有限公司；山東 東營(yíng) 257001)

廢棄井是油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的必然產(chǎn)物，開(kāi)發(fā)井會(huì)因技術(shù)條件、地面建設(shè)未及時(shí)跟上，而暫時(shí)不能投產(chǎn)。有些井因開(kāi)采枯竭停止生產(chǎn)，但在井筒中不同深度的高壓水層、殘余油、氣仍然會(huì)因種種原因危及井筒、井口和地面環(huán)境，井控風(fēng)險(xiǎn)較大。為此，勝利油田對(duì)灘海地區(qū)、高壓注水區(qū)塊、人員密集區(qū)、水源地等敏感區(qū)域加大治理力度，投入大量資金集中治理。廢棄井治理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分廢棄井疏于管理，導(dǎo)致井口丟失、井筒內(nèi)被各種雜物充填，井口塞下部壓力集聚，存在管柱上頂風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。為此，對(duì)廢棄井治理展開(kāi)研究，研制適合廢棄井井口塞鉆塞特點(diǎn)的裝備，以提高作業(yè)時(shí)效，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，非常必要。

1 廢棄井井口塞處理現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

廢棄井大多長(zhǎng)期停產(chǎn)，井口配件老化缺損嚴(yán)重，特別是地處偏僻區(qū)域的井，不僅井口遭到盜割等嚴(yán)重破壞，長(zhǎng)時(shí)間敞井導(dǎo)致井內(nèi)充填了各種雜物。而一些存在自溢能力的井，為防止造成地面污染，在靠近井口位置的井筒內(nèi)充填了水泥實(shí)施暫堵。也有部分長(zhǎng)停井在封井時(shí)注入了水泥塞，但水泥塞厚度、位置沒(méi)有達(dá)到廢棄井治理標(biāo)準(zhǔn)要求，需要鉆掉重新擠注。而這些臨時(shí)被雜物充填或水泥漿暫時(shí)封堵的井內(nèi)，在長(zhǎng)期棄置過(guò)程中，積聚起不明壓力。處于異常高壓區(qū)域或高壓注水區(qū)塊的，部分井內(nèi)壓力會(huì)達(dá)到幾十兆帕，在對(duì)這些井口堵塞物處理過(guò)程中，存在管柱上頂，井噴失控等重大施工風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，隨著城市建設(shè)步伐的加快及油田安全標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，廢棄井治理年工作量千余口，而這些遴選出的廢棄井大多地處敏感區(qū)域，數(shù)量多，風(fēng)險(xiǎn)大，一旦發(fā)生井噴，即可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和一定的社會(huì)負(fù)面影響。

鉆塞時(shí)，鉆頭所需鉆壓通常在10～30kN，由于堵塞物靠近井口，單根鉆柱的重量無(wú)法滿足鉆壓需求，導(dǎo)致鉆塞進(jìn)尺極為緩慢。為提高鉆壓，現(xiàn)場(chǎng)通常在井口安裝動(dòng)一個(gè)動(dòng)滑輪，在鉆柱接箍處反扣油管吊卡，然后，用游動(dòng)滑車提拉穿過(guò)井口四通兩翼的鋼絲繩，為鉆具施壓，鉆具在下壓力作用下，受發(fā)生彎曲，一旦發(fā)生別鉆，加壓鋼絲繩會(huì)快速纏繞鉆具并繃斷，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。管柱防頂措施大多采取油管接箍上反扣吊卡后，將其用鋼絲繩固定在井口上，由于鉆塞管柱多采用整根油管，控制節(jié)點(diǎn)高度超過(guò)9m，存在管柱頂翻滑車等風(fēng)險(xiǎn)。為此，對(duì)廢棄井封井條件及小修修井設(shè)備現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，研發(fā)了井口控制裝置，消除了廢棄井治理過(guò)程中的安全隱患非常必要。

2 鉆塞管柱井口控制裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

借鑒帶壓修井成熟技術(shù)，研發(fā)能適應(yīng)小修作業(yè)的井口條件，安全、穩(wěn)妥、方便、實(shí)用的井口控制裝備，徹底消除廢棄井井口鉆塞施工安全隱患。

2.2 井口控制裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置主要由支架、關(guān)井及動(dòng)態(tài)密封部分、管柱加載及復(fù)位機(jī)構(gòu)和防管柱上頂機(jī)構(gòu)等組成（圖1）。關(guān)井及動(dòng)態(tài)密封部分：防噴器通過(guò)螺栓安裝在井口上，防噴器具有半封、全封和剪切閘板，完成鉆塞管柱不同工況條件下的關(guān)井。防噴器上端安裝高壓自封封井器。管柱加載及復(fù)位機(jī)構(gòu)：游動(dòng)卡管器上端裝置游動(dòng)梁，承托游動(dòng)梁加壓儲(chǔ)能彈簧，彈簧上端為加壓液缸。游動(dòng)梁下端裝置有復(fù)位彈簧。固定卡管器通過(guò)過(guò)渡法蘭與自封封井器連接。底梁裝置在過(guò)渡法蘭上。管柱防上頂機(jī)構(gòu)：井內(nèi)管鉆塞管柱由游動(dòng)卡管器和固定卡管器動(dòng)態(tài)控制，達(dá)到預(yù)防上頂?shù)哪康?，固定卡管器裝置在高壓自封封井器上，游動(dòng)卡管器安裝在管柱上。

（2）聯(lián)接方式設(shè)計(jì)。防噴器安裝在井口法蘭上，用標(biāo)準(zhǔn)井口螺栓緊固，無(wú)須匹配特種接頭，以有效降低井口操作高度。

圖1 鉆塞井口控制裝置示意圖

防噴器與固定卡管器通過(guò)過(guò)渡法蘭連接，用井口螺栓緊固。管柱加載部分裝置在過(guò)渡法蘭上。依照《勝利油田井下作業(yè)防噴器配套選型技術(shù)規(guī)范》之規(guī)定，額定壓力35MPa法蘭應(yīng)為6B型。與KY25/65采油井口連接時(shí)，其法蘭盤(pán)外徑φ380mm，螺孔為φ33mm（圖2）。

圖2 工作壓力為35MPa的6B型法蘭示意圖

（3）關(guān)井及動(dòng)態(tài)密封部分。井口2FZ18-35雙閘板液控防噴器，最大通徑186mm，保證鉆塞過(guò)程中鉆頭通過(guò)。當(dāng)井內(nèi)有管柱時(shí)，通過(guò)半封閘板關(guān)井。當(dāng)井內(nèi)鉆塞管柱起出，空井狀態(tài)時(shí)，可用全封閘板關(guān)井。異常高壓區(qū)塊施工中，對(duì)可能鉆遇異常高壓或鉆通瞬間壓力突升時(shí)，通過(guò)剪切閘板，對(duì)鉆柱應(yīng)急剪斷后實(shí)施應(yīng)急關(guān)井。防噴器內(nèi)嵌入式安裝高壓自封封井器，實(shí)現(xiàn)油、套環(huán)形空間的動(dòng)態(tài)密封，確保在鉆進(jìn)過(guò)程中，修井液循環(huán)攜帶出井內(nèi)鉆屑，同時(shí)，對(duì)鉆塞鉆柱起到輔助居中功能，且最大限度降低井口操作高度。

（4）管柱加載、復(fù)位及管柱防上頂機(jī)構(gòu)。管柱鉆進(jìn)過(guò)程中的恒定鉆壓由加壓儲(chǔ)能彈簧提供。液缸下壓儲(chǔ)能彈簧時(shí)，彈簧力作用在游動(dòng)橫梁上，并沿門(mén)柱下行，通過(guò)游動(dòng)卡管器將鉆壓傳遞到管柱上。當(dāng)?shù)谝汇@進(jìn)行程結(jié)束后，回收液缸，并調(diào)整游動(dòng)卡管器位置，則可實(shí)施第二行程鉆進(jìn)操作。在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，游動(dòng)卡器頂部彈子盤(pán)實(shí)現(xiàn)鉆柱在鉆壓下旋轉(zhuǎn)。鉆塞過(guò)程中，始終保持一個(gè)卡管器卡住鉆柱，從而起到防頂作用。

（5）作用原理。裝置通過(guò)螺栓固定在2FZ18-35液控雙閘板防頂器上，對(duì)防噴器進(jìn)行密封性試壓。依次將防噴器和液缸管線與液壓工作站連接，調(diào)試防噴器半封、全封及閘板閘板動(dòng)作和雙液缸同步功能可靠性。將螺桿鉆具及鉆頭通過(guò)裝置內(nèi)腔下入井內(nèi)，探塞后，安裝旋塞閥及水龍帶，循環(huán)修井液至出口返液正常。當(dāng)復(fù)位彈簧處于上限位置時(shí)，將游動(dòng)卡管器卡住鉆塞管柱。此時(shí)，松開(kāi)固定卡管器，啟動(dòng)加壓液缸下壓儲(chǔ)能彈簧，即可提供鉆進(jìn)所需鉆壓。隨著進(jìn)尺增加，儲(chǔ)能彈簧逐步釋放，鉆壓不足時(shí)，停鉆。用固定卡管器卡住管柱，收回加壓液缸，游動(dòng)梁沿門(mén)柱上行，調(diào)整游動(dòng)卡管器位置實(shí)施第二行程鉆進(jìn)操作。若井內(nèi)出現(xiàn)異常高壓，井內(nèi)管柱出現(xiàn)頂彎等突發(fā)狀況時(shí)，可對(duì)井內(nèi)管柱實(shí)施剪切，操作全封閘板關(guān)井。

2.3 裝置主要技術(shù)指標(biāo)（表1）

表1 裝置主要技術(shù)參數(shù)表

3 鉆塞管柱井口控制裝置的應(yīng)用試驗(yàn)

2018年11月，勝利油田完成裝置的選材加工，對(duì)裝置的密封、管柱防頂及加載等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)合格，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2018年12月，進(jìn)行了鉆塞施工工況條件下的動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)（表2），驗(yàn)證裝置鉆塞過(guò)程中的井口控制性能。

表2 裝置動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

鉆塞管柱井口控制裝置在勝利油田廢棄井井口塞處理施工進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。鉆塞深度0.5～9500m。應(yīng)用證實(shí)：井口控制有效，管柱加壓快捷方便，管柱防上頂效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提高了作業(yè)時(shí)效，取得了較好的應(yīng)用效果。

截至2020年3月，鉆塞管柱井口控制裝置共實(shí)施廢棄井井口鉆塞施工50余井次，其中，對(duì)8口出現(xiàn)井口溢流的井實(shí)施了有效控制，杜絕了安全及環(huán)保事故的發(fā)生，降低了鉆塞施工風(fēng)險(xiǎn)及由此造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響，累計(jì)創(chuàng)效213萬(wàn)余元，規(guī)范了油田廢棄井鉆塞操作，保障了油田正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）分析了廢棄井井口塞現(xiàn)狀，找到了鉆塞過(guò)程中存在的主要問(wèn)題；（2）井口鉆塞控制裝置的研制，滿足了廢棄井井口鉆塞技術(shù)需求；（3）管柱加載及復(fù)位機(jī)構(gòu)，解決了廢棄井井口鉆塞中異常高壓導(dǎo)致管柱上頂問(wèn)題；管柱加載及復(fù)位機(jī)構(gòu)，確保鉆塞管柱恒定鉆壓，井口防噴器部分解決了鉆塞施工液體循環(huán)和關(guān)井問(wèn)題；（4）廢棄井鉆塞井口控制裝置，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)時(shí)效，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。