孫艷妮，馮 青，李勝勝

（1.廣東南油服務(wù)有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油服油田生產(chǎn)研究院，天津 300459）

油田經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)，進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段，許多油水井陸續(xù)出現(xiàn)超高含水、套管損壞、穿孔、變形錯(cuò)斷等現(xiàn)象，部分井需要報(bào)廢處理，按照廢棄井處置標(biāo)準(zhǔn)，要求對(duì)這些報(bào)廢的廢棄井井下油水層進(jìn)行層內(nèi)擠注水泥封堵[1-4]，然后再封堵井筒。而目前在擠封封層施工過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：（1）光油管籠統(tǒng)擠注無(wú)法對(duì)所有油層進(jìn)行有效封堵；（2）采用擴(kuò)張封隔器擠封管柱不能承受深井高溫高壓，存在施工過(guò)程中密封失效風(fēng)險(xiǎn)；（3）采用機(jī)械座封封隔器在深斜井中存在座封困難、密封不可靠等問(wèn)題；（4）擠水泥過(guò)程中不能及時(shí)反洗，存在擠注不進(jìn)水泥大量存留管內(nèi)“灌香腸”或者水泥竄漏后凝固管柱“插旗桿”等現(xiàn)象，增加了大修難度。針對(duì)這些問(wèn)題，為了提高封堵效果、提高擠注水泥成功率和封堵有效率、降低施工風(fēng)險(xiǎn)，因此研究了既能座封丟手一體、帶壓擠注，又可防返吐、可反洗井的安全可靠處置廢棄井的管柱及配套工具[4-11]，經(jīng)過(guò)一年來(lái)的研究、試驗(yàn)與改進(jìn)完善，形成了廢棄井水泥擠封管柱及工具配套技術(shù)。

1 水泥擠封管柱

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

水泥擠封管柱由油管、安全接頭、插管反洗閥、防返吐插管橋塞組成[5-6]。

1.2 工作原理

（1）座封及丟手：下入由油管、防返吐插管橋塞組成丟手管柱后，油管內(nèi)憋壓20 MPa，座封橋塞，油管內(nèi)繼續(xù)憋壓至25 MPa 或壓力突降或套管返水，座封工具與插管橋塞之間連接銷釘被剪斷脫開(kāi)，實(shí)現(xiàn)丟手，然后上提管柱，起出油管及座封工具。

（2）下入插管管柱：下入由安全接頭、插管反洗閥組成的擠水泥管柱，至插管橋塞上方時(shí)，緩慢下放管柱至密封插管橋塞內(nèi)，并下壓10 t 預(yù)壓力。

（3）橋塞驗(yàn)封：油管內(nèi)加液壓試擠，逐步提高至設(shè)計(jì)擠注壓力，并保持30 min 以上，在測(cè)油層吸收量的同時(shí)，觀察套管無(wú)漏失為驗(yàn)封合格。

（4）擠水泥：驗(yàn)封合格后，根據(jù)吸收量設(shè)計(jì)水泥用量，然后按設(shè)計(jì)向油管內(nèi)擠注水泥，水泥經(jīng)油管、插管、頂開(kāi)插管橋塞底部防返吐單流閥進(jìn)入封堵層，水泥擠注完成后用清水頂替至橋塞位置。擠注結(jié)束后，由于插管橋塞底部單流閥在底部壓力和彈簧的作用下自動(dòng)關(guān)閉，防止水泥返吐。然后反洗井并起出插入擠水泥管柱。

（5）反洗井：在擠水泥過(guò)程中，如果出現(xiàn)壓力過(guò)高難以施工，或擠水泥過(guò)程中水泥由管外竄漏至橋塞上部時(shí)，可立即進(jìn)行反洗井開(kāi)啟反洗閥，將水泥反洗出地面，然后起出插入施工管柱。如果管柱出現(xiàn)拔不動(dòng)等異常現(xiàn)象，可正轉(zhuǎn)油管，安全接頭倒扣丟手，起出施工管柱。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

座封壓力：15 MPa；丟手壓力：25 MPa；工作壓差：50 MPa；工作溫度：150 ℃；反洗壓力：8 MPa。

2 配套工具

2.1 插管橋塞

（1）結(jié)構(gòu)：插管橋塞由座封、密封、錨定、丟手、密封中心管、導(dǎo)向防撞等部分組成[7]（見(jiàn)圖1）。

（2）工作原理：插管橋塞下入時(shí)由下部導(dǎo)向防撞接頭進(jìn)行導(dǎo)向，并擋住來(lái)自下部的撞擊和摩擦力，保護(hù)膠筒和卡瓦，防止橋塞中途座封；座封時(shí)高壓液體通過(guò)丟手球座上端的進(jìn)液孔推動(dòng)座封活塞、外套、座封套下行，剪斷座封銷釘，帶動(dòng)上錐體下行壓縮膠筒，座封套繼續(xù)下行剪斷固定銷釘，推動(dòng)卡瓦下行隨錐體斜面張開(kāi)錨定在套管內(nèi)壁，兩端卡瓦雙向錨定并相互鎖緊在套管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)橋塞的座封和錨定；繼續(xù)提高壓力剪斷丟手剪釘，丟手球座與橋塞中心管脫開(kāi)丟手，此時(shí)座封活塞下行至底端，露出座封進(jìn)液孔實(shí)現(xiàn)油套連通，油管壓力突降，完成座封和丟手。

（3）技術(shù)特點(diǎn)：①底部導(dǎo)向防撞接頭錐形設(shè)計(jì)，既便于下入導(dǎo)向，又可保護(hù)膠筒和卡瓦，防止中途座封；②橋塞底部單流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擠注水泥施工后可快速自動(dòng)反向關(guān)閉，防止水泥返吐凝固插管，避免造成大修事故；③雙向分瓣卡瓦設(shè)計(jì)，錐體小角度整體錐進(jìn)撐開(kāi)，雙向自鎖錨定，錨定可靠、雙向密封；④液壓座封并丟手，操作簡(jiǎn)單、安全可靠；⑤中心管上部大角度導(dǎo)向、內(nèi)徑高精度設(shè)計(jì)，便于密封插管進(jìn)入和密封。

（4）主要技術(shù)參數(shù)：座封壓力：15 MPa；工作壓差：50 MPa；工作溫度：150 ℃；丟手壓力：25 MPa。

2.2 插管反洗閥

（1）結(jié)構(gòu)：由上接頭、中心插管、外套、反洗活塞、銷釘、“O”型密封圈組成（見(jiàn)圖2）。

圖2 插管反洗閥

（2）工作原理：反洗閥中心插管下部設(shè)計(jì)多組密封圈，下井時(shí)，將中心插管下部緩慢插入插管橋塞密封中心管內(nèi)，依靠密封圈密封插管間隙，然后繼續(xù)緩慢下放管柱直至插管全部進(jìn)入并加壓一定負(fù)荷。施工中如果水泥擠注異常，可實(shí)施反洗井，反洗時(shí)套管加液壓推動(dòng)反洗活塞上行，剪斷銷釘后打開(kāi)反洗通道，大排量反洗將油管內(nèi)的水泥洗出地面，防止管內(nèi)水泥凝固事故。施工結(jié)束后直接上提即可抽出插管。

（3）技術(shù)特點(diǎn)：①反洗閥中心插管下部采用多級(jí)組合式密封，保證密封的有效性和可靠性；②反洗閥和插管一體化設(shè)計(jì)，縮短反洗通與橋塞距離，可將橋塞上部反洗徹底。

（4）主要技術(shù)參數(shù)：外徑：100 mm；內(nèi)徑：50 mm；密封壓差：50 MPa；反洗壓力：3 MPa；反洗排量：≥30 m3/h。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

廢棄井水泥擠封管柱及配套工具自2019 年以來(lái)在冀東油田廢棄井和儲(chǔ)氣庫(kù)井封層進(jìn)行了12 井次的現(xiàn)場(chǎng)擠水泥封層施工。其中大斜度井11 口，水平井1 口，橋塞最大下深3 425 m，現(xiàn)場(chǎng)最大施工壓力達(dá)到32.5 MPa。橋塞的下入、座封、丟手和插入對(duì)接、驗(yàn)封、擠注、反洗、起出等工藝均取得了成功，驗(yàn)封合格率100%，施工成功率由88%提高至100%，封堵密封有效率由76.4%提高至100%。解決了深斜井高溫高壓水泥擠注難、密封效果差、施工風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。滿足了油田深井高壓擠水泥封層施工的需要。

4 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，廢棄井水泥擠封管柱及配套工具封堵儲(chǔ)層施工可靠，具有適應(yīng)高溫高壓、深斜井、可快速反洗、工藝安全可靠等特點(diǎn)，為擠水泥封層施工提供了技術(shù)支撐。該技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）該水泥擠封封層管柱液壓座封丟手，耐高溫高壓、雙向錨定密封，滿足了深斜井高壓井?dāng)D水泥封層的需要。

（2）橋塞底部設(shè)計(jì)單流閥，帶壓擠注后可自動(dòng)關(guān)閉防止水泥返吐，可有效預(yù)防水泥凝固擠注管柱等事故發(fā)生。

（3）插管與橋塞中心管組合密封插接方便、密封可靠，操作簡(jiǎn)便。

（4）反洗閥和插管一體設(shè)計(jì)，如果出現(xiàn)竄漏或擠注難等情況，可及時(shí)反洗井后起出插入施工管柱，降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。