刁東鎮(zhèn)，劉常清，杜 斌，田發(fā)超，朱 橙

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300459）

0 引言

無人平臺幾乎分布于世界上所有油氣活躍區(qū)域，中海油無人平臺主要用于邊際油田開發(fā)。從1999年8月南海西部潿11-4C第一個無人平臺投入使用至今，中海油在無人平臺開發(fā)上取得了很多實踐經(jīng)驗[1]。無人平臺采油井主要采用電泵舉升方式生產(chǎn)，由于無修井設備、電泵故障后需使用鉆井船進行動管柱檢泵作業(yè)[2]，修井費用高昂且需等待鉆井船作業(yè)窗口，無法實現(xiàn)快速復產(chǎn)，不利于油田整體經(jīng)濟效益。

氣舉采油技術(shù)目前是國際上應用最廣泛的機械采油方式之一，具有管理方便、操作成本低、產(chǎn)量調(diào)節(jié)靈活，以及對斜井、含砂、含氣較多和含有腐蝕性成分的油井具有良好的適應性等優(yōu)點，近年來廣泛應用在渤海油田中高氣油比油田開發(fā)中[3-5]。利用鄰井氣井產(chǎn)出的天然氣作為氣源實施環(huán)空氣舉是一種有效的排水采氣工藝，海上油田部分無人平臺具有高壓氣源井，通過簡單流程改造就可以滿足臨井氣舉要求，但是該工藝常常要求井下管柱帶有氣舉閥，如不帶氣舉閥的井則不能實施該工藝。

基于以上背景，針對無人平臺采油井電泵故障無法快速修井的問題，從氣舉采油角度出發(fā)，提出了一種適合海上油田無人平臺的不動管柱管內(nèi)封隔式氣舉工藝技術(shù)。該技術(shù)利用鋼絲作業(yè)在原井油管內(nèi)下入封隔器，封隔器坐封后，在坐封位置上部打孔，然后下入氣舉工具，通過多個封隔器將油管進行多層封隔，每個封隔段均下入氣舉閥，起到氣舉舉升目的，解決了海上油田無人平臺修井作業(yè)難題。

1 不動原井管柱氣舉工藝管柱設計

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

結(jié)合海上油田無人平臺采油井大多采用9-5/8in套管完井、3-1/2in生產(chǎn)油管、高產(chǎn)液量、大斜度（井斜超60°）等特點，進行不動管柱管內(nèi)封隔式氣舉工藝管柱設計。設計思路：在原井油管（井斜小于60°位置）內(nèi)下入管內(nèi)封隔器，封隔器坐封后下入打孔工具，打孔工具在封隔器坐封位置遇阻后，以封隔器為基準點，上提1m～2m，在油管上打孔，建立環(huán)空氣舉通道。為了防止油套連通造成安全隱患，在打孔位置上部下入氣舉工具串，工具串主要包括管內(nèi)封隔器、油管短節(jié)、氣舉工作筒（外置氣舉閥）及插入密封，通過上下管內(nèi)封隔器和插入密封對打孔位置進行封隔，改造地面鄰井氣舉流程，鄰井高壓氣經(jīng)油套環(huán)空、油管打孔點、氣舉閥進入油管內(nèi)部，達到電泵井氣舉復產(chǎn)目的[6,7]。

管柱結(jié)構(gòu)主要分外管和內(nèi)管兩部分組成。外管為原生產(chǎn)管柱，主要包括安全閥、滑套、定位密封、帶孔管等，內(nèi)管為新下入管內(nèi)封隔式氣舉管柱，主要包括管內(nèi)封隔器、油管短節(jié)、插入密封、氣舉工作筒、氣舉閥。管柱結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 不動管柱管內(nèi)封隔式氣舉工藝管柱示意圖Fig.1 Schematic diagram of packed gas lift process string in fixed string

受限于平臺吊車載荷，連續(xù)油管設備和電纜作業(yè)設備無法滿足現(xiàn)場吊裝要求。該技術(shù)現(xiàn)場實施主要依靠鋼絲作業(yè)完成，鋼絲作業(yè)是海上油氣田完井、修井和測試中廣泛應用的一種成熟工藝，當前海上油田氣舉閥投撈作業(yè)主要用鋼絲作業(yè)完成，因此設計的工藝管柱現(xiàn)場可實施性較高[8]。

1.2 工藝原理

坐封封隔器：在井口組裝封隔器下入工具串，工具串組合：加重桿+電動坐封工具+管內(nèi)封隔器。工具串下井前提前預設電動坐封工具坐封時間。鋼絲作業(yè)將封隔器工具串下入至打孔點以下1m～3m位置（以鋼絲設備表盤記錄深度為參考），等待坐封工具到達預設坐封時間后，電動坐封工具執(zhí)行坐封指令，坐封管內(nèi)封隔器，坐封結(jié)束后起出坐封工具，管內(nèi)封隔器留在井中。

油管打孔：在井口組裝電動打孔工具串，工具串組合：加重桿+電動打孔工具，電動打孔工具下井前提前預設打孔時間。鋼絲作業(yè)將電動打孔工具下放至管內(nèi)封隔器位置，遇阻后上提1m～2m到設計打孔位置，等待打孔工具到達預設打孔時間后，電動打孔工具執(zhí)行打孔指令，開始打孔，打孔結(jié)束后，起出工具串。

打孔點封隔：井口組裝氣舉工具串，工具串組合（從上至下）：震擊器+坐封工具+管內(nèi)封隔器+油管短節(jié)+氣舉工作筒（外置氣舉閥）+油管短節(jié)+插入密封，通過調(diào)整油管短節(jié)長度，可降低打孔位置偏差導致的封堵失效風險。鋼絲作業(yè)下入氣舉工具串至管內(nèi)封隔器位置，插入密封管內(nèi)封隔器，小幅震擊確保插入密封到位，然后等待上部管內(nèi)封隔器完成坐封，通過上部管內(nèi)封隔器、下部管內(nèi)封隔器和插入密封配合實現(xiàn)氣舉閥上下封隔。

氣舉：按照設計，依次在其他位置打孔，下入管內(nèi)封隔器和氣舉工作串，所有工具到位后導通井口注氣流程，通過油套環(huán)空建立注氣通道，注入氣通過打孔位置進入氣舉閥。當壓力達到氣舉閥開啟壓力后，氣舉閥打開，注入氣進入井筒，實現(xiàn)氣舉目的。

1.3 技術(shù)特點

①無需起出原井管柱，降低安全風險，節(jié)約修井成本；②依靠鋼絲作業(yè)，實現(xiàn)多級氣舉要求，達到油井快速復產(chǎn)目的；③利用高壓氣井作為氣源，實現(xiàn)鄰井氣舉；④優(yōu)選大通徑管內(nèi)封隔器，滿足大排量產(chǎn)液要求。

圖3 小直徑固定式氣舉閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of small diameter fixed gas lift valve

1.4 適用條件

①適用油管：3.5in；②平臺具有高壓氣源；③適用井斜：≤60°；④油套管符合氣密性要求。

2 配套井下工具

2.1 小直徑氣舉工作筒

氣舉工作筒作為產(chǎn)液和注氣通道，是管柱核心組成之一。目前海上油田常用的氣舉工作筒為偏心結(jié)構(gòu)，氣舉閥內(nèi)置，通過鋼絲作業(yè)投撈氣舉閥實現(xiàn)閥參數(shù)調(diào)整，但偏心氣舉工作筒外徑141mm，無法滿足油管內(nèi)下入要求，為此設計了一種既能在油管內(nèi)下入又可安裝氣舉閥的小直徑氣舉工作筒。該工作筒最大外徑65mm，滿足3-1/2in油管內(nèi)下入要求，本體上、下設氣密扣，可與油管短節(jié)相連。為保障工作筒過液能力，設計了將氣舉閥放置于工作筒外側(cè)的方案，在氣舉工作筒本體外側(cè)上設連接孔，氣舉閥通過連接孔與工作筒連接，連接孔與工作筒內(nèi)腔連通，注入氣體通過氣舉閥和連接孔進入工作筒內(nèi)腔，與地層產(chǎn)液混合，實現(xiàn)氣舉功能。工作筒材質(zhì)選擇13Cr，以滿足長期防腐要求。工作筒結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 氣舉工作筒結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of air lift cylinder

2.2 氣舉閥

目前海上油田常用的氣舉閥為投撈式氣舉閥，本體外徑25.4mm，氣舉閥靠波紋管充氮氣提供氣舉閥的關(guān)閉壓力。當生產(chǎn)壓力超過關(guān)閉壓力時，波紋管被壓縮，閥球離開閥座，壓縮氣注入油管完成舉升。為保障氣舉工作筒中心通道過液能力，本方案優(yōu)選小直徑固定式氣舉閥，氣舉閥外徑15.875mm，最大閥孔徑4.7mm，滿足3×104m3/d過氣量。氣舉閥與工作筒采用固定式連接，置于工作筒外側(cè)，注入氣通過氣舉閥和工作筒連接孔通道進入油管，達到氣舉舉升目的。

2.3 大通徑管內(nèi)封隔器

當前海上油田常用3-1/2in生產(chǎn)油管的參數(shù)為N80鋼級，名義重量13.84kg/m，內(nèi)通徑76mm。為保障管內(nèi)封隔器順利下入并有效封隔，方案優(yōu)選威德福的WidePak封隔器。該封隔器是一種大通徑管內(nèi)封隔器，最大外徑69.09mm，內(nèi)徑45.97mm，電動坐封，可用于各種完修井作業(yè)，可以用連續(xù)油管、鋼絲繩、電纜以及普通油管下入到現(xiàn)有完井管柱上，具有適用范圍廣，過流面積大，解封力小，適合大位移水平井等優(yōu)點。

2.4 電動打孔工具

油管鋼絲打孔是海上油田常用的一種機械打孔方式，鋼絲攜帶油管打孔器下井，依靠鋼絲作業(yè)上下運動、震擊實現(xiàn)油管打孔，具有施工方便，作業(yè)費用低等優(yōu)點[8,9]，但鋼絲打孔對井況和操作人員的經(jīng)驗要求較高，打孔前要收集油管材質(zhì)資料，打孔過程要避開接箍，鋼絲的快速上提下放導致打孔位置難以精確控制，給打孔點封隔帶來一定難度，因此本方案優(yōu)選電動打孔方式。方案優(yōu)選凱撒公司K-Punch電動打孔工具，該工具采用模塊結(jié)構(gòu)，包含5個短節(jié)：電池短節(jié)-馬達短節(jié)-變速箱短節(jié)-拉桿短節(jié)-打孔短節(jié)。打孔短節(jié)為機械-液壓式結(jié)構(gòu)，拉桿上拉即可壓縮液壓油形成打孔壓力，通過上提拉桿實現(xiàn)打孔，繼續(xù)上拉實現(xiàn)打孔底座回收，一次行程可以實現(xiàn)打孔器的多孔穿透和回收，增大了穩(wěn)定性和回收的安全性。該工具在油管小截面上產(chǎn)生持續(xù)的巨大壓力從而不會使油管變形，適合J-55，N-80，P-110等各類等級油管，消除了傳統(tǒng)機械打孔工具成功率低，對于目標油管有限制等問題，具有作業(yè)方便，定位精準等多種優(yōu)點。

3 地面試驗

在陸地試驗井對工藝進行試驗，驗證工藝現(xiàn)場可實施性。

1）試驗井基本參數(shù)：井深1813.71m，垂深1040m，水平段長400m，套管規(guī)格13-5/8in。

2）現(xiàn)場試驗步驟：

① 在試驗井下入3-1/2in油管，管柱組合：3-1/2in油管10根+圓堵。油管下井前要進行編號并丈量油管長度，精確到毫米。

② 鋼絲作業(yè)通井，通井至圓堵位置。

③ 鋼絲作業(yè)下入封隔器工具串至設計位置，工具串組合：電動坐封工具+管內(nèi)封隔器+單流閥。

④ 坐封管內(nèi)封隔器。

⑤ 驗封。油管正打壓1000psi，穩(wěn)壓10min，壓力不降，坐封合格。

⑥ 鋼絲作業(yè)下入電動打孔工具，工具串組合：加重桿+電動打孔工具，在管內(nèi)封隔器坐封位置遇阻后，上提1m打孔，記錄打孔時鋼絲絞車表盤讀數(shù)和打孔時間，打孔結(jié)束后起出打孔工具串。

⑦ 鋼絲作業(yè)下入氣舉工具串，工具串組成：震擊器+電動坐封工具+管內(nèi)封隔器+油管短節(jié)+氣舉工作筒（帶氣舉閥）+油管短節(jié)+插入密封，插入密封到位后，坐封管內(nèi)封隔器。

⑧ 驗封。油管正打壓1000psi，穩(wěn)壓10min，壓力不降，坐封合格。

⑨ 下入封隔器回收工具，解封封隔器，解封力17kN。

⑩ 起出油管，觀察打孔點形狀為圓形，孔徑9.5mm，校準打孔深度和設計深度誤差12cm。

4 結(jié)論

1）該工藝不動原井管柱，作業(yè)過程無需鉆井船配合，只需要鋼絲作業(yè)即可實現(xiàn)無人平臺油井復產(chǎn)，可顯著降低油田作業(yè)成本和作業(yè)風險。

2）管柱結(jié)構(gòu)簡單，設計的氣舉工作筒優(yōu)選小直徑氣舉閥、大通徑管內(nèi)封隔器和電動打孔工具，保障工藝技術(shù)具備現(xiàn)場應用基礎。

3）地面試驗表明，該工藝現(xiàn)場可實施性強，作業(yè)成功率高，具有較高的推廣應用價值。