陳和平，申君，管斌，王小軍，方夢(mèng)莉

（1．中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035；2．中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430035）

江漢油田帶壓作業(yè)配套井下工具研究及應(yīng)用

陳和平1，申君2，管斌1，王小軍1，方夢(mèng)莉1

（1．中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035；2．中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430035）

結(jié)合江漢油田油水井帶壓作業(yè)施工的實(shí)際需求，開展了帶壓作業(yè)配套井下工具研究，設(shè)計(jì)出不同類型的油管內(nèi)密封工具、帶壓沖砂洗井工具、完井工具等，基本解決了江漢油田各類型油水井帶壓作業(yè)施工井下工具配套問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)施工中取得了較好應(yīng)用效果。

江漢油田；油水井；帶壓作業(yè)；內(nèi)密封工具

前 言

江漢油田江漢油區(qū)及坪北油區(qū)注水井常規(guī)作業(yè)時(shí)均存在不同程度的溢流問(wèn)題。其中江漢油區(qū)部分區(qū)塊存在著地層物性差、注水壓力高、停注后壓力擴(kuò)散慢、作業(yè)時(shí)施工溢流大的問(wèn)題。而坪北油區(qū)屬特低滲油藏，地層吸水能力差，區(qū)塊內(nèi)注水井普遍存在著作業(yè)時(shí)注入水回吐的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，江漢油區(qū)高壓注水井作業(yè)前平均關(guān)井和放壓時(shí)間達(dá)50天，單井平均放噴污水量達(dá)400方。坪北油區(qū)注水井作業(yè)時(shí)單井平均放噴污水量達(dá)110方。

注水井作業(yè)前關(guān)井放壓不僅時(shí)間長(zhǎng)，而且還會(huì)影響到周邊井甚至整個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)量；放壓后還要面臨污水處理等問(wèn)題。原井注入水大量返出地層，會(huì)造成地層應(yīng)力變化導(dǎo)致套管變形。此外，由于注入水的回吐，作業(yè)開注后必須重新補(bǔ)充地層能量，將大大影響注水效率。

2009年江漢油田開始引進(jìn)打壓作業(yè)技術(shù)，并于2010年購(gòu)置了第一套帶壓作業(yè)施工設(shè)備，組建了自己專業(yè)施工隊(duì)伍，同時(shí)開展了帶壓作業(yè)油管內(nèi)密封工具及配套井下工具的研究，形成了江漢油田帶壓作業(yè)油管內(nèi)密封技術(shù)，先后在江漢油區(qū)和坪北油區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 帶壓作業(yè)技術(shù)

帶壓作業(yè)技術(shù)就是利用井控設(shè)備控制井口壓力，對(duì)高壓油水井在不泄壓狀態(tài)下，進(jìn)行油水井維護(hù)和事故處理的修井作業(yè)。主要解決施工作業(yè)過(guò)程中油套環(huán)形空間動(dòng)密封及管柱防噴問(wèn)題，克服流體作用于管柱的上頂力，實(shí)現(xiàn)安全起下管柱等問(wèn)題。帶壓作業(yè)設(shè)備由井控密封系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）、加壓動(dòng)力系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等三大部分組成。井控密封系統(tǒng)主要由閘板防噴器、環(huán)形防噴器等組成，主要是密封環(huán)形空間或關(guān)井，保證井內(nèi)液體不外溢。加壓動(dòng)力系統(tǒng)由雙向雙作用液壓缸、游動(dòng)卡瓦、固定卡瓦等組成，用于當(dāng)油管自身重量小于井內(nèi)流體作用于油管的上頂力時(shí)，進(jìn)行提放管柱。提升系統(tǒng)主要由修井機(jī)構(gòu)成。

帶壓作業(yè)首先對(duì)作業(yè)井油管進(jìn)行通管，根據(jù)通管情況選擇合適的油管堵塞器封堵油管壓力。油管封堵成功后，將油管內(nèi)壓力放空，拆除井口。再將帶壓作業(yè)井控設(shè)備及作業(yè)機(jī)安裝好。施工時(shí)利用井控設(shè)備的防噴器組控制油套環(huán)空壓力，在帶壓環(huán)境中倒出油管掛，再將井內(nèi)生產(chǎn)管柱起出。下入工藝管柱前，在油管末端連接專用的完井工具封堵油管壓力，利用井控設(shè)備密封油套環(huán)空壓力，在帶壓環(huán)境下將工藝管柱下入井內(nèi)。管柱下至設(shè)計(jì)深度，連通管柱通道后進(jìn)行下步措施。如需直接完井，則倒入油管掛，拆除帶壓作業(yè)輔助機(jī)，裝好井口，完成封隔器坐封等步驟后，打開管柱通道完井。

帶壓作業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵就是要解決油管內(nèi)部堵塞，在整個(gè)帶壓作業(yè)過(guò)程中，無(wú)論是施工前對(duì)油管壓力的封堵，還是施工中帶壓通井、刮管、沖砂、洗井等工序，以及下完井管柱恢復(fù)生產(chǎn)，實(shí)施上述步驟時(shí)都必須配套使用專用井下工具才能完成。這些配套工具的性能及指標(biāo)直接決定了施工的效率和效果，因此帶壓作業(yè)配套井下工具是開展帶壓作業(yè)施工的必備條件，也是決定施工成敗的最關(guān)鍵組成部分之一。

圖1 井控密封系統(tǒng)

2 帶壓作業(yè)配套井下工具研究

2009年至今，圍繞帶壓作業(yè)油管內(nèi)密封技術(shù)及配套井下工具技術(shù)開展了多方面技術(shù)研究和應(yīng)用，提升了帶壓作業(yè)能力，提高了修井作業(yè)時(shí)效，形成了適合江漢油田的帶壓作業(yè)技術(shù)。目前已完成固定式油管堵塞器、活動(dòng)式油管堵塞器、帶壓正洗閥、多功能沖砂洗井閥、防溢流球座、分層注水井不壓井循環(huán)閥、定壓滑套等配套工具的研究工作。上述工具可實(shí)現(xiàn)油水井帶壓起管、換封和帶壓酸化壓裂，以及帶壓刮管、沖砂、洗井等中間工序。

2．1 固定式油管堵塞器

（1）結(jié)構(gòu)：主要由工作筒、堵塞器本體組成。

（2）工作原理：該類型堵塞器需配套工作筒使用，工作筒安裝于注水管柱底端，需要起管柱作業(yè)時(shí)直接從井口投放堵塞器至工作筒處封堵油管。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：最大外徑90mm，最小內(nèi)徑30mm，工作溫度120℃，反向最大承受壓差35MPa。

2．2 卡瓦式活動(dòng)堵塞器

（1）結(jié)構(gòu)：主要由丟手連接桿、中心管、錐體、密封件、推動(dòng)頭、限位塊等部分組成。

（2）工作原理：使用鋼絲投送入井，到達(dá)預(yù)定位置時(shí)上提鋼絲，使堵塞器座卡，繼續(xù)上提鋼絲直至銷釘剪斷，完成堵塞器坐封，油管泄壓確認(rèn)堵塞器封堵成功后方可起管。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。

表1 卡瓦式堵塞器主要技術(shù)指標(biāo)。

2．3 彈簧爪式活動(dòng)堵塞器

（1）結(jié)構(gòu)：主要由丟手連接桿、中心管、錐體、卡瓦、密封件、推動(dòng)頭、連接銷、推動(dòng)頭等部分組成。

（2）工作原理：同上。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表2）。

表2 活動(dòng)式油管堵塞器主要技術(shù)指標(biāo)

2．4 帶壓正洗閥

（1）結(jié)構(gòu)：主要由上接頭、鋼球、擋板、下接頭等部分組成。

（2）工作原理：帶壓正洗閥為反向單流閥結(jié)構(gòu)，正向連通，起下管柱時(shí)生產(chǎn)層位反向壓力推動(dòng)鋼球上行至上接頭處錐面處形成密封，實(shí)現(xiàn)正洗井和防溢流功能。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：最大外徑94mm，最小內(nèi)徑32mm，密封壓力（0－35）MPa。

2．5 多功能沖砂洗井閥

（1）結(jié)構(gòu)：主要由鋼球、擋球套、擋塊、扭簧、連桿和下接頭等部分組成。

（2）工作原理：將該沖砂洗井閥配接于管柱底部，并帶接球籃。在下管柱的過(guò)程中，鋼球與上接頭密封面形成密封，封堵井底壓力，使管柱實(shí)現(xiàn)帶壓下放。當(dāng)下放至指定位置之后，進(jìn)行正洗井，洗井液的沖力可將球沖離扭簧和連桿，掉至接球籃，連通管柱實(shí)現(xiàn)沖砂洗井功能。該工具與常規(guī)球座配套使用，還能作為坐封完井工具使用。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：最大外徑92mm，最小內(nèi)徑30mm，密封壓力（0－35）MPa。

2．6 防溢流坐封球座

（1）結(jié)構(gòu)：主要由上接頭、密封盤根、球座芯子、剪釘?shù)炔糠纸M成。

（2）工作原理：上接頭處設(shè)計(jì)有限位臺(tái)階用于固定球座芯子，下管柱時(shí)依靠密封盤根和球座芯子防止溢流。管柱下至設(shè)計(jì)位置后，油管加液壓至設(shè)計(jì)壓力打掉球座芯子，連通注水通道。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：最大外徑94mm，開啟壓力（5－10）MPa，工作溫度120℃。

2．7 分層注水井不壓井底部閥

（1）結(jié)構(gòu)：主要由工作筒、連接短節(jié)、皮碗總成、堵頭、緩沖套等部分組成。

（2）工作原理：下管柱時(shí)依靠其底部堵頭密封油管，注水前憋壓打掉堵頭后起到坐封封隔器和循環(huán)反洗的作用。需要起管柱作業(yè)時(shí)先封堵分層注水配水器，再?gòu)挠凸芡度肱涮锥氯髦恋撞垦h(huán)閥工作筒處封堵油管。

（3）主要技術(shù)指標(biāo)：總長(zhǎng)1500mm，最大外徑90mm，最小內(nèi)徑30mm，底部堵頭正向開啟壓力20MPa，配套堵塞器工作溫度120℃，堵塞器工作壓力35MPa。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

江漢油田從2009年底開始引進(jìn)帶壓作業(yè)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，于2010年購(gòu)置第一套帶壓作業(yè)設(shè)備，在全油田推廣應(yīng)用，截止2011年9月，帶壓作業(yè)累計(jì)完成41口井次，工藝成功率100%，最大井深達(dá)到3000米，最大井口壓力達(dá)到20MPa，累計(jì)減少溢流約14000m3。帶壓作業(yè)技術(shù)在江漢油田的成功應(yīng)用，對(duì)保持油層壓力、改善低滲透油田注水開發(fā)效果、滿足環(huán)保需要等發(fā)揮了重要作用，為進(jìn)一步提高注水效果創(chuàng)造了條件（見(jiàn)表3）。

表3 江漢油田部分注水井帶壓作業(yè)效果統(tǒng)計(jì)表

3．1 帶壓作業(yè)縮短了作業(yè)鉆井周期

江漢油田部分高壓注水井，由于放壓溢流量大，作業(yè)前只能通過(guò)關(guān)井?dāng)U散降低井口壓力，部分井關(guān)井?dāng)U散周期過(guò)長(zhǎng)，平均約50天，最長(zhǎng)達(dá)178天，壓力僅從30MPa降到18MPa，常規(guī)作業(yè)仍無(wú)法開展修井作業(yè)，現(xiàn)有帶壓作業(yè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)井口壓力小于20MPa帶壓修井，減少了高壓注水井關(guān)井?dāng)U散時(shí)間（見(jiàn)表4），一定程度上縮短了作業(yè)鉆井周期。

表4 江漢油區(qū)部分高壓注水井壓力擴(kuò)散情況統(tǒng)計(jì)表

3．2 實(shí)現(xiàn)20MPa以內(nèi)不泄壓小修作業(yè)

帶壓作業(yè)能減少泄壓水量，提高注入水的有效利用，減少對(duì)周圍油井產(chǎn)量的影響。目前江漢油田帶壓作業(yè)可實(shí)現(xiàn)20MPa以內(nèi)不泄壓修井，可以進(jìn)行注水井檢管、換封、沖砂及措施作業(yè)等施工作業(yè)，最大井深達(dá)到3000米，最大井口壓力達(dá)到20MPa，帶壓作業(yè)能力和施工效果顯著提高。

3．3 帶壓作業(yè)實(shí)現(xiàn)了坪北油田注水井作業(yè)零溢流量

坪北油田屬于低滲透油田，井口壓力在（6－9）MPa之間，常規(guī)作業(yè)存在關(guān)井壓力擴(kuò)散慢、放壓周期長(zhǎng)、溢流量大等問(wèn)題，平均單井溢流量約110m3左右（見(jiàn)表5）。

表5 坪北油區(qū)部分注水井作業(yè)時(shí)套管溢流情況統(tǒng)計(jì)表

針對(duì)該油田注水井井口壓力低這一特點(diǎn)，應(yīng)用帶壓作業(yè)的技術(shù)可以省去放壓環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了注水井作業(yè)零溢流量。

4 結(jié)論及建議

（1）帶壓作業(yè)井下配套工具的研究與應(yīng)用，解決了油田注水井常規(guī)放噴泄壓作業(yè)所帶來(lái)的負(fù)面影響，在增加油井產(chǎn)能、實(shí)施油藏保護(hù)、防止環(huán)境污染和減少水資源浪費(fèi)等方面都起到了十分重要的作用，為油田注水開發(fā)、注水井維護(hù)性作業(yè)以及事故處理提供了有力的技術(shù)支持。

（2）經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，形成了完善的帶壓作業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了注水井全過(guò)程不泄壓作業(yè)施工。提高了注水井修井作業(yè)效率，占井周期縮短，大幅度降低了注水開發(fā)成本。

（3）對(duì)于江漢油田結(jié)鹽結(jié)垢較為嚴(yán)重的井，鋼絲提放通井規(guī)通管已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，建議加快油管刮管器的研究進(jìn)度，采用抽油桿連接油管刮管器進(jìn)行硬通管，同時(shí)要求井控設(shè)備提供與抽油桿相匹配的卡瓦和封井器。

（4）目前江漢油田注水井帶壓作業(yè)工藝已日趨成熟，氣井油管內(nèi)密封工具尚屬空白，應(yīng)加快氣井堵塞器的研究步伐，以滿足氣井帶壓作業(yè)需要。

［1］崔斌．帶壓作業(yè)修井裝置的研制［J］．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（1）：63－65．

On the Study and Application of Equipments for Underground Operations under Pressure in Jianghan Oil Field

CHEN He－ping1，SHEN Jun2，GUAN Bin1，WANG Xiao－jun1，F(xiàn)ANG Meng－li1

（1．Oil Production Technology Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China；2．Exploration ＆Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China）

In this paper，the authors study the underground tools for operation under increasing pressures according to the actual needs during oil－water well operations in Jianghan Oil Field and come up with diversified tools such as sealing tools inside oil pipes，well cleaning and sand washing tools under pressure and well completion equipment which can meet the needs of various oil－water well operations under pressure in Jianghan Oil Field and prove to be efficient in practices．

Jianghan Oil Field；Oil－Water Wells；Operations under Pressure；Inner Sealing Tools

TE35

A

1009—301X（2012）01—0051—04

2011－11－21

陳和平（1979－），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)工作于中國(guó)石化江漢油田分公司采油工藝研究院，主要從事采油工藝技術(shù)研究。

［責(zé)任編輯 郭華玉］