劉正連

(1中國石油集團川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院 2中國石油井控應(yīng)急救援響應(yīng)中心)

冷凍暫堵技術(shù)是一種在井口或管柱帶壓狀態(tài)下，利用冷凍暫堵裝置注入暫堵介質(zhì)封堵井口或管路，暫時隔斷壓力的一種技術(shù)。許多學(xué)者對冷凍暫堵技術(shù)原理、施工特征等方面進行了研究[1-5]，但針對作業(yè)過程中井口壓力變化規(guī)律的研究則較少被提及?；诖?，以長慶油田冷凍暫堵作業(yè)11口井的井口壓力記錄數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了冷凍暫堵作業(yè)過程中的井口壓力變化規(guī)律與暫堵橋塞狀態(tài)的關(guān)系。應(yīng)用研究成果指導(dǎo)3井次的冷凍暫堵作業(yè)施工，單井節(jié)約冷凍劑近50%，縮短冷凍作業(yè)時間約40%，首次提出根據(jù)井口壓力變化曲線判斷暫堵橋塞形成的準則，具有推廣應(yīng)用價值。

一、冷凍暫堵井口壓力變化機理分析

冷凍暫堵技術(shù)在長慶油田應(yīng)用10余井次，成功解決了該地區(qū)井口隱患治理中“小井口、大通徑油管”的難題。施工中記錄冷凍暫堵作業(yè)的井口壓力變化、暫堵劑使用量、冷凍時間等數(shù)據(jù)，如表1。

表1 X1-X11口井冷凍暫堵作業(yè)統(tǒng)計表

在作業(yè)過程中每隔10 min記錄油壓和套壓的變化情況，并繪制油套壓與冷凍時間的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖1～圖2所示。

圖1 X1井冷凍暫堵作業(yè)過程中井壓變化圖

圖2 X2井冷凍暫堵作業(yè)過程中井壓變化圖

從圖1～圖2看出，在冷凍暫堵作業(yè)過程中油壓和套壓均表現(xiàn)出先降低，中間保持一定時間后壓力回升的變化規(guī)律。

經(jīng)過研究分析，在作業(yè)過程中井口的壓力降低是因在冷凍橋塞的形成過程中，隨著溫度的不斷降低，暫堵劑體積不斷膨脹，干冰盒附近的暫堵劑首先凝固形成暫堵橋塞的凝結(jié)核，隨著低溫的傳遞，逐漸向凝結(jié)核的兩端擴展形成橋塞，凝結(jié)核上端空間全部填滿暫堵劑，下端面為天然氣。受溫度差影響，凝結(jié)核兩端介質(zhì)的壓縮比相差較大，凝結(jié)核向井下緩慢移動，當凝結(jié)核能夠承受一定壓差時橋塞已基本形成，此時的移動使得橋塞上部空間增大，井口壓力開始減小。

隨著橋塞強度的增加，承壓能力逐漸加強，橋塞移動速度逐漸變慢，最后靜止。此時溫度的傳遞仍在繼續(xù)，離干冰盒較遠的暫堵劑也開始膨脹、橋塞強度逐漸到達最高值，橋塞與井口之間形成圈閉壓力，井口壓力上升。

在井身結(jié)構(gòu)相同的情況下，壓力變化曲線與作業(yè)時間基本一致，井口壓力和暫堵劑的注入量對曲線變化基本無影響?；诖耍徽撌怯吞坠墉h(huán)空或者是油管內(nèi)，均可根據(jù)井口壓力變化曲線得出冷凍橋塞形成的判斷標準：井口壓力開始下降對應(yīng)的折點表示橋塞的凝結(jié)核已形成并具備一定強度；井口壓力降至最小值對應(yīng)的折點表示暫堵橋塞已形成并與管壁結(jié)合緊密，移動停止；水平段是暫堵橋塞強度穩(wěn)定增加的階段；井口壓力開始回升對應(yīng)的折點表示橋塞的強度已能達到更換井口作業(yè)的條件。根據(jù)壓力變化的折點對應(yīng)的時間和管徑可準確計算出不同管徑冷凍暫堵作業(yè)的最優(yōu)時間。

二、現(xiàn)場試驗

冷凍暫堵作業(yè)，精準掌握橋塞狀態(tài)，準確計算出帶壓更換井口作業(yè)的最佳時機至關(guān)重要，根據(jù)上述結(jié)果，將井口壓力開始回升對應(yīng)的折點作為帶壓更換井口作業(yè)的最佳時機，現(xiàn)場3口井的實驗結(jié)果如表2 所示。

表2 Y1-Y3井冷凍暫堵作業(yè)工況統(tǒng)計表

Y1井和Y2井冷凍作業(yè)10 h后Y1井套壓和Y2井油套壓開始上漲，此時分別對油管內(nèi)和油套環(huán)空內(nèi)冷凍橋塞反向試壓35 MPa驗證，橋塞暫堵成功(見圖3～圖4)。具備了帶壓更換井口的條件。

應(yīng)用研究成果在Y1等3井次的冷凍暫堵作業(yè)施工，充分證實井口壓力變化曲線與冷凍暫堵橋塞形成的關(guān)系，避免了過度冷凍，減少了冷凍劑的使用量，縮短了冷凍作業(yè)周期，在Y1、Y2和Y3井現(xiàn)場應(yīng)用來看，與X1等井對比，冷凍作業(yè)周期平均縮短約40%，冷凍劑使用量也減少約50%。Y1等3口井的順利實施，證明了冷凍暫堵作業(yè)過程中壓力變化規(guī)律研究的重要意義，具有推廣應(yīng)用價值。

圖3 Y1井冷凍暫堵作業(yè)過程中井壓變化圖

圖4 Y2井冷凍暫堵作業(yè)過程中井壓變化圖

三、結(jié)論

(1)通過冷凍暫堵技術(shù)在長慶油田應(yīng)用10余井次的成功應(yīng)用實例，歸納出了冷凍暫堵作業(yè)井口壓力變化的規(guī)律：在冷凍暫堵作業(yè)過程中，油壓和套壓均表現(xiàn)出現(xiàn)先降低，中間保持一定時間后壓力回升的變化規(guī)律。

(2)提出冷凍暫堵作業(yè)時間隨套管直徑的增大而增加。

(3)形成了井口壓力變化曲線判斷暫堵橋塞形成的準則：井口壓力開始下降對應(yīng)的折點表示橋塞的凝結(jié)核已形成并具備一定強度；井口壓力降至最小值對應(yīng)的折點表示暫堵橋塞已形成并與管壁結(jié)合緊密，移動停止；水平段表示暫堵橋塞強度穩(wěn)定增加；井口壓力開始回升對應(yīng)的折點表示橋塞的強度已能達到更換井口作業(yè)的條件。

(4)應(yīng)用研究成果在Y1等3井次的冷凍暫堵作業(yè)施工，充分證實井口壓力變化曲線與冷凍暫堵橋塞形成的關(guān)系，避免了過度冷凍，減少了冷凍劑的使用量，縮短了冷凍作業(yè)周期。 Y1等3口井的順利實施，證明了冷凍暫堵作業(yè)過程中壓力變化規(guī)律研究的重要意義，具有推廣應(yīng)用價值。

[1]劉忠飛,何世明,黃楨,等.四川地區(qū)氣井井口隱患治理技術(shù)與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2014,37(3):1-4.

[2]李艷豐,盛勇,謝意湘,等.冷凍暫堵技術(shù)在灌31井的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2009,32(1):11-13.

[3]黃楨,王銳,杜娟.冷凍暫堵帶壓換閥技術(shù)及應(yīng)用前景[J].天然氣工業(yè),2009,29(2):79-80.

[4]郭南舟,秦本良,王美潔,等.新疆油田冷凍暫堵技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].非常規(guī)油氣,2016,3(3):96-100.

[5]彭小強,劉先印,吳虎.新疆油田冷凍井口帶壓換閘技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].新疆石油科技,2014,24(2):36-41.