大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應用

劉爭芬，常輝，羅滿岐（中石化華北分公司第一采氣廠，河南鄭州　450006）

大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應用

劉爭芬，常輝，羅滿岐
（中石化華北分公司第一采氣廠，河南鄭州450006）

大牛地氣田氣井受產(chǎn)出水質(zhì)特征影響，井內(nèi)油管普遍有結(jié)垢現(xiàn)象，影響了氣井生產(chǎn)，為了解決井內(nèi)管柱結(jié)垢問題，提高氣井生產(chǎn)能力，有必要尋找一種有效的氣井油管除垢方法。根據(jù)大牛地氣田氣井結(jié)垢特征，通過對傳統(tǒng)機械除垢技術(shù)的缺點分析，優(yōu)選確定采用機械鉆銑除垢技術(shù)，根據(jù)大牛地氣田氣井管柱結(jié)構(gòu)特點，自主設計了該除垢方法所需的井內(nèi)油管除垢工具和鉆銑液配方，制定了除垢施工作業(yè)方案，并預先在地面進行了油管除垢試驗。最終選取了兩口氣井進行正式的現(xiàn)場鉆銑除垢作業(yè)，有效除去了井內(nèi)油管管柱的結(jié)垢物，氣井取得了良好的增產(chǎn)效果，氣井產(chǎn)量比除垢前增加30％～50％。通過與相關(guān)的其它除垢技術(shù)進行比較，如水力噴射除垢技術(shù)，鉆銑除垢技術(shù)在氣井油管除垢方面效果更好。

大牛地氣田；油管結(jié)垢；鉆銑除垢；鉆銑液；水力噴射除垢

大牛地氣田氣井普遍產(chǎn)液，水型多為CaCl2，成垢離子豐富，氣井生產(chǎn)過程中易結(jié)垢附著在井內(nèi)油管壁上，部分氣井井內(nèi)油管結(jié)垢嚴重，使氣井產(chǎn)氣能力降低，氣井排液困難，嚴重的甚至停產(chǎn)，影響了經(jīng)濟效益，同時也為后期的動態(tài)監(jiān)測等作業(yè)帶來安全風險［1，2］。近兩年，在井下作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)測試遇阻的情況，懷疑與井內(nèi)管柱結(jié)垢有關(guān)，例如，2013年共進行產(chǎn)氣剖面測試31口井，其中有13口井在測試過程中遇阻，遇阻率高達42％。因此，尋求一種井內(nèi)油管除垢技術(shù)成為必要。

1　大牛地氣田氣井結(jié)垢特征

大牛地氣田開采層位主要有山西組、太原組和石盒子組，氣井生產(chǎn)過程中普遍產(chǎn)液。氣田產(chǎn)出水的水型多數(shù)為CaCl2，陽離子主要包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+，陰離子主要包括Cl-、HCO3-、SO42-。陰離子中的SO42-、HCO3-與陽離子中的Ca2+、Mg2+結(jié)合，將會產(chǎn)生碳酸鈣、硫酸鈣、碳酸鎂等沉淀［3］，造成氣井結(jié)垢，從而堵塞氣井儲層和生產(chǎn)管柱，嚴重影響氣井的正常生產(chǎn)［4］。

井內(nèi)動管柱措施作業(yè)中提出的油管段中也發(fā)現(xiàn)均有不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢位置多在喇叭口最后一根油管處（見圖1）。

為了確定大牛地氣田氣井油管中的垢質(zhì)成分，針對措施井提出的油管內(nèi)的垢質(zhì)進行了化驗分析，根據(jù)標準HG/T3533-2003《工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中灼燒失重測定方法》測定油管垢樣有機物含量（見表1）。

通過化驗結(jié)果可知，油管垢樣皆為酸溶物，主要為碳酸鹽垢，以鈣鎂鹽為主。且垢樣中含有3％～6％有機物及少量鐵腐蝕產(chǎn)物。

表1垢質(zhì)化驗結(jié)果

2　除垢技術(shù)優(yōu)選設計

傳統(tǒng)的機械除垢方法中采用容積式電動機、銑刀、帶銑刀的沖擊錘或純液體的射流技術(shù)［5，6］。但銑刀和類似的切削工具在作業(yè)過程中會危害管柱的完整性。另外，它們的尺寸受油井最小部位尺寸的限制。無論是銑刀還是沖擊錘都沒有考慮到內(nèi)廓或直徑的變化，這將無法與現(xiàn)在的完井相適應。所以只適合清除直管、無阻塞的管道，而對不規(guī)則管柱是不適合的。用銑刀除垢時會遇到類似切削尺寸不能很好地得到控制，在井眼內(nèi)無法順利旋轉(zhuǎn)等問題，同樣除垢質(zhì)量較差［7］。

針對傳統(tǒng)機械除垢的缺點，結(jié)合大牛地氣田氣井結(jié)垢特點，自主設計制造了井內(nèi)機械除垢工具，設計了鉆銑除垢技術(shù)方案。

2.1除垢工具優(yōu)選設計

根據(jù)所要鉆磨的垢質(zhì)（碳酸型、硫酸型垢質(zhì)）種類，垢質(zhì)分布（貼油管內(nèi)壁）以及油管內(nèi)徑尺寸（62 mm，50.3 mm）選取了外徑58 mm、46 mm的三翼合金除垢磨鞋（見圖2），該磨鞋在清除井壁結(jié)垢和井底可鉆磨硬物方面有不錯的效果?？紤]到鉆洗液的使用量以及作業(yè)空間，分別選取了54.1 mm和43 mm的液壓電動機，排量分別為120 L/min～210 L/min和40 L/min～90 L/min，工作排量范圍較低，入井液量較小。

圖1　氣井井內(nèi)管柱結(jié)垢圖

結(jié)合除垢工具，大牛地氣田油管機械鉆銑除垢工具優(yōu)選組合［8］為：磨鞋+液壓電動機+雙作用循環(huán)閥+震擊器+液壓丟手+雙瓣單流閥+卡瓦連接器+1.5"連續(xù)油管，工具總長約7 m；其原理為連續(xù)油管與上述井下工具結(jié)合，通過水力電動機帶動磨鞋高速旋轉(zhuǎn)，對井內(nèi)垢質(zhì)或堵塞物進行鉆磨，磨銑成細小碎屑返出，使氣井油管通暢，使氣井進一步增加返排和生產(chǎn)。

2.2鉆銑液設計

通過計算，油管直徑60.3 mm和73 mm時的臨界攜液流量分別為6 700 m3/d和9 300 m3/d。為了防止鉆洗液漏失入井內(nèi)，造成氣井生產(chǎn)困難，以及鉆洗液進入集氣站后能夠順利排出，采用1％KCl溶液作為鉆洗液，鉆洗液中加入3‰～1％的泡排劑以方便排液。

2.3施工方案設計

現(xiàn)場施工需要的主要裝備有連續(xù)油管設備、拉液運輸車、水泥泵車、吊車各1臺（套）。其中連續(xù)油管車用于連接除垢設備井下除垢，拉液運輸車用于盛放鉆洗液，水泥泵車用于泵入鉆洗液為液壓電動機提供動力，吊車為連續(xù)油管注入設備提供安全保障。施工流程圖（見圖2）。

圖2　除垢現(xiàn)場施工流程圖

鉆銑液排液流程：當鉆洗開始后，打開氣井回壓閥以及站內(nèi)放空管線，經(jīng)單井放空管線-走分液罐-油水緩沖罐-放空火炬。流程目的為有效的帶出鉆洗液。

3　鉆銑除垢技術(shù)應用效果

3.1地面除垢試驗

為了更加準確的確定井下除垢施工相關(guān)參數(shù)，預先選取了一段的89 mm直徑有輕微結(jié)垢的油管進行了一次鉆掃除垢地面實驗。為了更加清晰的顯示除垢效果，本次試驗向油管內(nèi)混入適量水泥，并候凝36 h。地面除垢試驗步驟為：

（1）安裝調(diào)試連續(xù)油管設備。

（2）地面連接除垢工具串（自下而上）：除垢磨鞋0.28 m（Φ=65 mm）+電動機2.2 m（Φ=54.1 mm）+雙作用循環(huán)閥0.185 m（Φ=54.1 mm）+1.5″連接器0.33 m （Φ=54 mm）；工具總長：2.99 m。

（3）地面固定31/2結(jié)垢油管，連接水泥車。

（4）下放連續(xù)油管除垢工具探結(jié)垢位置，開泵實施除垢作業(yè)，泵壓25 MPa～28.9 MPa，排量180 L/min～220 L/min，加壓0.5 T～1 T，用液5 m3，成功清除31/2油管前3 m內(nèi)污垢。

地面除垢試驗顯示除垢效果較好，并明確了井下施工作業(yè)相關(guān)參數(shù)，為井下除垢作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。3.2氣井施工參數(shù)

現(xiàn)場選取D47-7（73 mm）和D66-55（60.3 mm）初步判斷結(jié)垢較嚴重的兩口氣井進行鉆銑除垢作業(yè)，以D47-7井為例進行除垢效果分析。D47-7井為山1+太2層合采井，完井部分井身結(jié)構(gòu)圖（見圖3），該井無阻流量為14.383 3×104m3/d，喇叭口深度為2 375.4 mm，該井作業(yè)前產(chǎn)氣量為6 335 m3/d，周期性產(chǎn)液，產(chǎn)液量0.3 m3/d，該井采氣管線長約1 630 m。按照鉆銑除垢方案設計，該井施工參數(shù)（見表2）。

表2　D47-7井實際施工參數(shù)表

3.3氣井施工效果

為了對比機械鉆銑除垢技術(shù)效果［9］，此次作業(yè)還選擇了1口井（D66-27井）進行了連續(xù)油管水力噴射除垢［10，11］作業(yè)。三口井作業(yè)前后產(chǎn)氣量對比（見表3）。

圖3　D47-7井太2+山1氣層完井部分井身結(jié)構(gòu)示意圖

表3　除垢作業(yè)增產(chǎn)效果對比表

從作業(yè)增產(chǎn)效果對比可以看出，機械鉆銑除垢效果明顯優(yōu)于水力噴射除垢。

4　結(jié)論

（1）采用三翼合金除垢磨鞋的鉆銑除垢技術(shù)可以有效去除氣井油管內(nèi)壁碳酸鹽垢物，氣井除垢后增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于類似水力噴射除垢技術(shù)。

（2）采用1％KCl溶液作為鉆洗液，鉆洗液中加入3‰～1％的泡沫排水劑更方便氣施工后排出鉆銑液。

［1］段黎明，郭艷萍，閆鳳平.碳酸鈣結(jié)垢預測方法及應用效果對比［J］.遼寧化工，2011，40（5）：512-514.

［2］高清河，唐琳，陳新萍.油氣田結(jié)垢預測方法發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.大慶師范學院學報，2011，31（6）：60-63.

［3］Oddo J E，Sloan K M，Tomson B M.Simplified calculation of CaCO3saturation at high temperature and pressure in brine solution［J］.JPT，1982，34（12）：2409-2412.

［4］尹先清，伍家忠，王正良.油田注入水碳酸鈣垢結(jié)垢機理分析與結(jié)垢預測［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（3）：85-87.

［5］孫海虹，鄧皓，張欣，等.油氣田除垢機理與應用技術(shù)探討［J］.斷塊油氣田，1999，6（5）：46-48.

［6］Oddo JE，Smith J P，Tomson M B，etc.Analysis o f and Solutions to the CaCO3and CaSO4Scaling Problems Encountered in Wells Offshore Indonesia［R］.SPE 22782.

［7］王兵，李長俊，劉洪志.井筒結(jié)垢及除垢研究［J］.石油礦場械，2007，36（11）：17-21.

［8］M.H.V.Quiroqa，秦薇.機械法清除硬水垢：巴西海上油田采用的除垢方法［J］.海洋石油，2005，（2）：80-85.

［9］王世強，王笑菡，王勇.油田結(jié)垢及防垢動態(tài)評價方法的應用研究［J］.中國海上油氣（工程），1997，9（1）：39-48.

［10］陳東輝，劉彩玉.井下射流除垢技術(shù)的新進展［J］.石油機械，2002，30（5）：54-56.

［11］Johnson A，Eslinger D，Larsen H1 An abrasive Jetting Scale-removal System［R］.SPE 46026.

Drilling and milling decaling technology of gas well's tube in Daniudi gas filed

LIU Zhengfen，CHANG Hui，LUO Manqi
（Gas Production Plant 1 of North China Branch Company of Sinopec，Zhengzhou Henan 450006，China）

Affected by the output water characteristics，gas wells tubing in Daniudi gas field generally have scaling phenomenon，this affects gas production.In order to solve the well string scaling problems and improve gas production capacity，it is necessary to find an effective tube descaling method.According to scaling characteristics of gas wells and shortcomings of the traditional mechanical descaling，we select the drilling and milling machine descaling technology.Based on structural characteristics of gas wells tube in Daniudi gas field，we design the wells tubing drilling and milling tools and cleaning liquid formulations，also we developed a descaling construction program and had a tube descaling test on the ground beforehand.Finally we conducted a field descaling operation in two wells and achieved good yield results.The gas production increased by 30％～50％higher than before. Compared with other related technologies，such as hydro-jet descaling technology，the drilling and milling descaling technology has a better effect in terms of tube descaling in gaswells.

Daniudi gas field；tube scaling；drilling and milling descaling；drilling and milling liquid；water jet descaling

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.031

TE935

A

1673-5285（2015）01-0122-04

2014-10-24

國家科技重大專項，項目編號：2011ZX05045。

劉爭芬，女（1981-），山東德州人，工程師，碩士，主要從事天然氣管道設備防腐防垢工作，郵箱：lzf36100@163.com。