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        儲氣庫注采井帶壓安全投產(chǎn)技術(shù)

        2021-08-26 08:42:30劉宏偉
        石油石化綠色低碳 2021年3期
        關(guān)鍵詞:噴器短節(jié)卡瓦

        劉宏偉

        (中國石化中原油田分公司,河南濮陽 457001)

        1 概述

        目前國內(nèi)儲氣庫多為枯竭型儲氣庫,注采井的儲層壓力系數(shù)低,以文23儲氣庫為例,地層壓力低至4 MPa左右,為了最大程度保護(hù)儲層,氣庫建設(shè)采用鉆采一體化的設(shè)計(jì)理念,即從鉆井完井采用微泡泥漿低壓循環(huán)、欠平衡快速鉆井、生產(chǎn)完井中盡量減少入井液體,從而實(shí)現(xiàn)整個完井過程最大程度保護(hù)儲層。生產(chǎn)完井過程中為減少入井液體對儲層的傷害,主要面臨以下困難:

        一是地層虧空嚴(yán)重,壓井液將會大量漏失,入井液返排困難,個別井甚至沒有返排能力,既增加了壓井液的總量費(fèi)用,又易對儲層造成傷害。

        二是地層污染嚴(yán)重[1],氣層傷害難以解除。作業(yè)過程中的大量入井液體對儲層造成永久性傷害。根據(jù)文23氣田開發(fā)歷史經(jīng)驗(yàn),壓井檢管后氣井產(chǎn)能降低近一半,挖潛新層時會嚴(yán)重污染老層,措施效果難以體現(xiàn),部分井措施無效甚至減產(chǎn),措施風(fēng)險大大提高。

        三是井下作業(yè)施工難度加大。由于入井液漏失快,常規(guī)作業(yè)無法建立循環(huán),壓井液將容易漏失,增加了井控風(fēng)險。

        2 儲氣庫帶壓作業(yè)存在問題

        處理井筒和更換管柱時,如果采用常規(guī)壓井作業(yè)方法會污染儲層,且部分漏失井不壓就噴,存在井控風(fēng)險;一壓就漏,對儲層的污染更嚴(yán)重,造成注采能力的大幅下降,儲層保護(hù)難度大。射孔生產(chǎn)一體化完井管柱雖然可以解決該問題,但其施工難度大、無法測產(chǎn)剖、無法丟槍、槍串腐蝕等問題又使其存在一定的技術(shù)缺陷,導(dǎo)致存在很多安全隱患。

        目前儲氣庫井不壓井作業(yè)存在以下兩個難題:一是長井段射孔槍內(nèi)部有彈架、外部存在射孔孔眼、毛刺,無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部封堵。二是為保證儲氣庫的安全性和實(shí)時監(jiān)測功能,其注采井完井管柱都帶有安全閥液控管線或監(jiān)測管線,在投產(chǎn)作業(yè)過程中,存在無法實(shí)現(xiàn)下帶液控管線的管柱帶壓作業(yè)難題。文章重點(diǎn)從工藝上論述如何從工藝技術(shù)上解決帶壓起待液控管線管柱和起長井段射孔槍的問題,從而有效解決 “高壓層井控” 和“低壓儲層保護(hù)”的難題。

        3 常規(guī)帶壓作業(yè)裝置設(shè)備

        帶壓起下作業(yè)井口裝置是實(shí)施帶壓作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備[2],包括動力源、液壓系統(tǒng)、油管起下液缸、液壓卡瓦、液壓防噴器、儲能器等。按運(yùn)載方式分為車載式和橇裝式,按配套方式分為獨(dú)立式和輔助式。按作業(yè)時環(huán)空密封方式分為動密封和靜密封,按一次提升管柱行程分為長沖程和短沖程。車載自走式不壓井作業(yè)設(shè)備的機(jī)動性優(yōu)于橇裝式。獨(dú)立式不壓井作業(yè)設(shè)備不需其他設(shè)備配合即可獨(dú)立進(jìn)行作業(yè),而輔助式不壓井作業(yè)設(shè)備需其他設(shè)備配合。長沖程不壓井作業(yè)設(shè)備的沖程大于10.98 m,一次可提升下壓1根管柱,作業(yè)效率較高;短沖程不壓井作業(yè)設(shè)備的沖程為3~5 m.需要幾次才可起升或下壓l根管柱,作業(yè)效率較低,勞動強(qiáng)度高。動密封不壓井作業(yè)設(shè)備[4]的防噴器膠心與管柱之間是相對滑動密封,對防噴器要求較高,對管柱要求180斜坡接箍,同時作業(yè)時防噴器膠心損壞較快,作業(yè)成本較高;靜密封不壓井作業(yè)設(shè)備的防噴器膠心與管柱之間是無相對滑動的密封。目前國內(nèi)不壓井修井作業(yè)設(shè)備的整機(jī)結(jié)構(gòu)均為橇裝輔助式短沖程,主要由動力系統(tǒng)、井控裝置系統(tǒng)、提升/下壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部件組成,還沒有整機(jī)集成的先例。經(jīng)過前期對國內(nèi)5個油田數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,注水井、油氣井井壓小于21 MPa的井占總井?dāng)?shù)80%以上,提升管柱載荷一般在784 kN以內(nèi),具體數(shù)據(jù)見表1。

        表1 國內(nèi)5個油田井口壓力和井深狀況

        通過對各種方式不壓井作業(yè)設(shè)備的優(yōu)劣對比以及不壓井作業(yè)在國內(nèi)各大油田的應(yīng)用,文23儲氣庫地層壓力低,只有4 MPa,且中國石化帶壓作業(yè)裝置在氣井上已應(yīng)用較為成熟。普通的不壓井裝置就可以滿足文23氣井的工況,結(jié)合國內(nèi)油田對修井作業(yè)設(shè)備性能的主要需求,下面的不壓井作業(yè)設(shè)備性能能滿足文23儲氣庫建設(shè)的需要,其主機(jī)參數(shù)見表2。

        表2 不壓井作業(yè)技術(shù)參數(shù)

        4 注采井帶壓安全投產(chǎn)工藝

        不壓井作業(yè)基本工作原理是利用堵塞工具封堵管柱內(nèi)部通道,利用井口防噴器封堵管柱與井筒環(huán)形空間外部通道,在加壓裝置控制下強(qiáng)行起下管柱,依靠防噴器膠芯抱住管柱本體實(shí)現(xiàn)密封,從而實(shí)現(xiàn)在不壓井、不放噴條件下起下管柱的目的。

        4.1 帶壓作業(yè)配合封隔器回插管柱工藝

        4.1.1 工藝特點(diǎn)

        儲氣庫注采井和監(jiān)測井完井管柱因設(shè)計(jì)有井下安全閥,外壁帶1/4″的液控管線,見圖1,這種不規(guī)則形狀,難以實(shí)現(xiàn)密封,與不壓井裝置不配套。對于這種帶有液控管線的完井管柱,在完井過程中,液控管線以下的管柱,按照普通的不壓井程序下井,帶有液控管線部分的管柱通過優(yōu)化工藝在現(xiàn)有的條件下實(shí)施不壓井作業(yè),該工藝特點(diǎn)是作業(yè)工藝簡單,無需更換不壓井作業(yè)設(shè)備,同時井控風(fēng)險低,可有效解決投產(chǎn)作業(yè)過程中無法實(shí)現(xiàn)下帶液控管線的管柱帶壓作業(yè)難題,同時入井液用量少,最大程度減少儲層污染,提高注采能力。

        圖1 油管外面的液控管線

        4.1.2 主要工藝設(shè)備

        井內(nèi)油管能否實(shí)施封堵是決定成功進(jìn)行下一步帶壓作業(yè)的關(guān)鍵,在起油管前堵塞底部油管內(nèi)腔,防止井內(nèi)高壓流體從油管內(nèi)噴出,主要包括堵塞器、油管橋塞、旋塞閥、單流閥、特殊油管壓力控制工具。圖2是比較常見的油管堵塞器[5],主要由丟手頭、卡瓦系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、自封啟動機(jī)構(gòu)等部分組成。

        圖2 堵塞器

        堵塞器長度為530 mm,承受上下壓差70 MPa,耐溫135℃,下井前將油管堵塞器自封啟動機(jī)構(gòu)調(diào)整到合適位置,將丟手頭與堵塞工具用特殊銷釘連接。堵塞工具的密封系統(tǒng)外徑小于58 mm(用于內(nèi)徑為73 mm的油管),用液壓繩索絞車(也可用其他方式)將其下入預(yù)定深度,慢提鋼絲使卡瓦系統(tǒng)與油管充分接觸。利用特殊機(jī)械震擊器將銷釘震斷。送人的繩索工具則可起出地面,井下堵塞工具在自封啟動機(jī)構(gòu)的作用下預(yù)封。當(dāng)井口泄壓后堵塞器上下壓差所產(chǎn)生的推力使第二級高強(qiáng)度密封膠筒工作,達(dá)到堵塞油管的目的。堵塞器上下壓差所產(chǎn)生的推力作用在卡瓦系統(tǒng)上,推力越大卡得越緊。

        文23儲氣庫完井管柱比較特殊,其配有專門的坐落短節(jié),見圖3,該坐落短節(jié)與鋼絲繩下入的堵塞器配合使用,可以密封井內(nèi)的油管,給封隔器提供坐封壓力。

        圖3 坐落接頭

        4.1.3 工藝流程

        主要施工工藝流程如下:

        1)帶壓作業(yè)下入永久式封隔器下面的完井管柱,封隔器下方坐落短接處定位一個油管堵塞裝置。

        2)封隔器插入密封處上部安裝與封隔器尺寸相當(dāng)?shù)钠胀ㄓ凸?,用普通油管帶著封隔器下入到坐封位置?/p>

        3)打壓坐封,確保驗(yàn)封合格。

        4)上部普通油管從封隔器插入密封處倒開,取出,見圖4。

        圖4 封隔器回插管柱工藝

        重新下入帶有液控管線工具的生產(chǎn)管柱,回接到插入密封處,最后由鋼絲作業(yè)打撈出堵塞器投產(chǎn)。安裝井口及采油樹,然后使用鋼絲作業(yè)配備工具打撈出堵塞器,進(jìn)行生產(chǎn)。

        4.2 研發(fā)了起長段射孔槍裝置及工藝

        4.2.1 工藝特點(diǎn)

        現(xiàn)有的不壓井作業(yè)工藝是利用不壓井作業(yè)裝置的環(huán)形防噴器動密封油管,游動卡瓦和固定卡瓦交替工作,并配合舉升系統(tǒng)液缸,在井口起下管柱。而在油氣井射孔作業(yè)過程中,槍與槍之間由于需要傳爆,上下接頭內(nèi)部相通,槍內(nèi)部還有不規(guī)則的槍架填充,射完孔后槍體又布滿孔眼,這就造成射孔槍串內(nèi)部和外部均不易封堵,導(dǎo)致油氣井的油氣泄漏,存在施工安全隱患。另外由于射孔工藝需要對射孔層位自下而上連續(xù)射開,對射孔的精準(zhǔn)度和質(zhì)量又有嚴(yán)格的要求,以保證射孔效果。這就導(dǎo)致對射孔槍串進(jìn)行任何改造,如槍與槍間增加盲管、槍身外增加密封工具等,都造成部分油氣層會避射,影響氣井產(chǎn)量。因此要實(shí)現(xiàn)不壓井起射孔槍工藝難度大?,F(xiàn)有不壓井起射孔槍工藝,只能起較短的射孔槍,一般射孔槍串只有幾米到幾十米。對于幾米的射孔槍串,通常采用井口放壓或少量液體壓井,快速提槍出井口的變通方法,完成起槍作業(yè)。對于幾十米的射孔槍串,通過調(diào)研國外一些完井服務(wù)公司,采用井口安裝防噴管,配合吊車將射孔槍一次提出井口。由于受防噴管安全施工和吊車起吊高度的影響,最多也只能起幾十米的射孔槍串。但對于通常利用枯竭油氣藏建的儲氣庫井,完井工藝要求既要最大程度保護(hù)低壓儲層,又要提高單井生產(chǎn)能力,因此通常一次性射開井段高達(dá)幾百米,這就導(dǎo)致現(xiàn)有的不壓井作業(yè)工藝均無法解決該問題,只能采用壓井的方式起長井段射孔槍,不利于完井過程中油氣層的保護(hù)。

        因此,研發(fā)了起長段射孔槍裝置及工藝[3],該裝備充分利用目前帶壓作業(yè)設(shè)備的特點(diǎn),在原有設(shè)備基礎(chǔ)上,通過調(diào)整參數(shù),優(yōu)化設(shè)計(jì),在確保井控安全條件下,從根本上實(shí)現(xiàn)帶壓起長井段射孔槍作業(yè),該工藝在起長井段射孔全過程中無入井液,減少儲層污染,同時利用井控設(shè)備可實(shí)現(xiàn)每個環(huán)節(jié)井控可控,技術(shù)人員在作業(yè)過程中需操作精準(zhǔn),確保作業(yè)質(zhì)量。起長井段射孔槍裝置包括井口不壓井作業(yè)裝置及專用油管短節(jié)工具串。

        4.2.2 主要工藝設(shè)備

        井口不壓井作業(yè)裝置由游動卡瓦、上固定卡瓦、環(huán)形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節(jié)、下固定卡瓦、三閘板防噴器和升降系統(tǒng)組成。游動卡瓦安裝在升降系統(tǒng)的上橫梁中心,上固定卡瓦、環(huán)形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節(jié)、下固定卡瓦、三閘板防噴器自上至下依次通過法蘭連接,見圖5。

        圖5 起長井段射孔槍裝置

        油管短節(jié)工具串由絲堵、油管短節(jié)、打撈工具組成,油管短節(jié)上端與絲堵螺紋連接,其下端與打撈工具反扣螺紋連接。

        平衡泄壓四通一側(cè)通過平衡壓力管線與油管頭四通連接,另一側(cè)與地面放噴管線連接。

        升降系統(tǒng)由上橫梁、下橫梁和升降液缸組成,升降液缸通過上橫梁和下橫梁固定連接,上橫梁在升降液缸的液壓作用下做軸向升降運(yùn)動。

        4.2.3 工藝流程

        不壓井起射孔槍的主要工藝流程如下:

        1)不壓井作業(yè)裝置安裝:通過井口不壓井作業(yè)裝置下部的三閘板防噴器將不壓井作業(yè)裝置安裝在井口油管頭四通上。

        2)起油管:通過鋼絲作業(yè)將油管封堵工具下到井下管柱的射孔槍上部的末根油管內(nèi),采用常規(guī)不壓井作業(yè)方法在井口起出末根油管以上的油管柱;利用環(huán)形防噴器動密封油管,游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管,直至射孔槍接頭位于不壓井作業(yè)裝置的升高短節(jié)缸體內(nèi),關(guān)閉下固定卡瓦,使其卡住射孔槍,拆卸末根油管,游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作將其起出全封防噴器上部后,關(guān)閉全封防噴器,打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側(cè)閘門,泄掉全封防噴器以上缸內(nèi)壓力,開環(huán)形防噴器,將末根油管提出井口。

        3)撈射孔槍:井口下油管短節(jié)工具串,其自上而下依次為絲堵、油管短節(jié)、卡瓦打撈筒,游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作將油管短節(jié)工具串下至全封防噴器上部,關(guān)環(huán)形防噴器,打開平衡泄壓四通與壓力平衡管線相連的一側(cè)閘門,重新平衡全封防噴器以上缸內(nèi)壓力,開全封防噴器,繼續(xù)下油管短節(jié)工具串,使其下部卡瓦打撈筒打撈住射孔槍接頭后,游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管短節(jié)工具串,直至下節(jié)射孔槍接頭位于下固定卡瓦上端面,同時使上節(jié)射孔槍位于升高短節(jié)至平衡泄壓四通之間的缸體內(nèi),關(guān)閉下固定卡瓦,使其卡住射孔槍。

        4)卸起射孔槍:轉(zhuǎn)動井口油管短節(jié)工具串,使上下兩節(jié)射孔槍脫扣后,游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起上節(jié)射孔槍至全封防噴器上部,關(guān)閉全封防噴器,打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側(cè)閘門,泄掉全封防噴以上缸內(nèi)壓力,開環(huán)形防噴器,提油管短節(jié)工具串及與其相連射孔槍出井口。

        5)循環(huán)步驟3)、4)直至射孔槍串全部起出。

        5 結(jié)論

        針對儲氣庫注采井不能實(shí)現(xiàn)帶壓下帶液控管線管柱、無法帶壓起長井段射孔槍的、無法實(shí)現(xiàn)完全井控的安全風(fēng)險的問題,創(chuàng)新形成了帶壓作業(yè)配合封隔器回插管柱工藝,解決無法帶壓下液控管線的難題,研發(fā)了起長射孔槍裝置及工藝,解決了無法帶壓起長射孔槍的難題。這兩種儲氣庫帶壓作業(yè)工藝可行性已經(jīng)過多次專家論證,可操作性強(qiáng),工藝成熟,可有效解決儲氣庫井投產(chǎn)作業(yè)過程中井控安全和低壓儲層保護(hù)的難題。目前研究人員在衛(wèi)城儲氣庫、文13西儲氣庫、文24儲氣庫等可研方案上進(jìn)行論證,待儲氣庫建設(shè)投產(chǎn)可進(jìn)一步探索應(yīng)用,同時為國內(nèi)同類儲氣庫建設(shè)提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

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