魯邁拉油田R222井的棄井作業(yè)

張殿勝，馮光彬，占煥校，陳文征，陳 鑫

(1.中國(guó)石油伊拉克公司魯邁拉項(xiàng)目作業(yè)部，北京 100120;2.中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司，北京 100028)

魯邁拉油田位于伊拉克南部，是一個(gè)已開發(fā)50多年的老油田，隨著油田開發(fā)時(shí)間推移，面臨棄井的老齡井逐年增多。部分老井由于固井質(zhì)量不合格或后期自然因素的影響，油套管腐蝕嚴(yán)重，環(huán)空出現(xiàn)竄流，無法實(shí)現(xiàn)滲透層之間的封隔。尤其個(gè)別油井的地下含硫水或有害氣體從環(huán)空竄到地面，污染環(huán)境，危害人身安全［1－4］。為了合理布局油田開發(fā)，保障鄰井安全生產(chǎn)和保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，需要對(duì)隱患老井進(jìn)行有效封堵作業(yè)，實(shí)現(xiàn)安全棄井［5－8］。在作業(yè)過程中，如果棄井方案不完善，可能導(dǎo)致井噴、硫化氫 (H2S)中毒、火災(zāi)或者環(huán)境污染等事故［9－11］，合理的棄井技術(shù)方案和完善的施工措施對(duì)老井臨時(shí)或永久棄井甚至重新利用意義重大。

R222井是一口重點(diǎn)隱患老井，該井完鉆于1982年，發(fā)生環(huán)空竄流多年，含硫水竄出地面，曾多次修井未能徹底解決問題。方井周圍的含硫水不斷增加，井口H2S檢測(cè)濃度一度達(dá)到100mg/L，對(duì)環(huán)境造成了污染，也給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員帶來了安全隱患。

中國(guó)石油和BP聯(lián)合作業(yè)體接管油田后，通過對(duì)R222井進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)研究和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，動(dòng)用連續(xù)油管通井和壓井，使用了多種測(cè)井手段來診斷井下復(fù)雜情況，初步了解井內(nèi)情況和可能的竄流路徑，用連續(xù)油管在953m處打了一個(gè)酸溶水泥塞，使溢流暫時(shí)得到控制。作業(yè)部根據(jù)該井最終狀態(tài)，制訂了后期棄井設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)實(shí)際施工過程中出現(xiàn)的異常情況，及時(shí)分析和調(diào)整方案，克服了一些作業(yè)難題，最終實(shí)現(xiàn)了安全棄井。

本文對(duì)魯邁拉油田R222井棄井作業(yè)技術(shù)方案及現(xiàn)場(chǎng)安全施工過程進(jìn)行了介紹和分析。該井棄井作業(yè)成功案例為油田棄井作業(yè)積累了安全、可行的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類井的治理具有借鑒意義。

1 井筒基本情況

根據(jù)井史，R222井前期井下作業(yè)后有7in套管修整器卡死在7in尾管頂部 (1879m);在本次鉆機(jī)作業(yè)前，動(dòng)用連續(xù)油管設(shè)備在1412～1511m井段的9in套管層內(nèi)打了個(gè)水泥塞以阻止油氣流動(dòng)，但很快觀察到有地層水從井口13in套管頭處的腐蝕孔洞溢出。

圖1 R222井井口示意圖Fig.1 R222 wellhead

(2)光譜噪聲溫度測(cè)井 (SNL)、多指成像工具測(cè)井 (MIT)和電磁套管測(cè)厚儀測(cè)井 (MTT)表明，距井口約18～20m處油管環(huán)空和9in套管環(huán)空之間存在竄通，32in生產(chǎn)油管在114m左右斷開。電磁感應(yīng)測(cè)井 (EME)結(jié)果表明，在565m處9in套管管壁存在腐蝕孔洞。

(4)油管壓力表及套管壓力表讀數(shù)均為零。

圖2 R222井棄井前的井身結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Configuration of Well R222 Before being abandoned

2 棄井方案設(shè)計(jì)

初步制訂的棄井方案是動(dòng)用一部40D鉆機(jī)，打撈出井內(nèi)落井油管后在9in套管上進(jìn)行段銑作業(yè)，段銑井段包括兩個(gè)50m的套管段 (按照魯邁拉油田的層間封隔標(biāo)準(zhǔn)，分別位于UER層和DM層)，打水泥塞封隔TY層、DM層和地表，達(dá)到永久棄井的目的。技術(shù)方案要點(diǎn)如下:

(1)配卡瓦打撈筒鉆具組合，打撈落井油管，打撈至原井水泥塞#1頂部 (1412m)。

(2)下5in鉆桿至大致1411m處，在原水泥塞#1上方1331～1412m井段再打一個(gè)平衡塞#2，在UER層即段銑井段以下20m處起到進(jìn)一步封隔作用。

(3)段銑UER層，封隔TY層。

②在1331～1160m井段打一個(gè)171m的平衡水泥塞#3。

③在1160～890m井段打一個(gè)270m的平衡水泥塞#4。

(4)段銑DM層，打水泥塞。

②水泥膠結(jié)成像測(cè)井，若測(cè)井結(jié)果顯示套管外有足夠的水泥，進(jìn)行以下步驟③。如果套管外無水泥顯示，則用割刀割斷并起出9in套管，在620～400m打一個(gè)水泥塞，試壓并進(jìn)行流入測(cè)試，替壓井液后完井。

③在620～440m井段打一個(gè)水泥塞#5。按照魯邁拉油田的試壓標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥塞試壓，進(jìn)行流入測(cè)試，然后替壓井液。

④從440m至井口打水泥塞#5，將方井填滿水泥完井。

3 棄井施工過程

2014年7月，鉆機(jī)ZJ40DB搬家就位，開始鉆前作業(yè)。鉆井隊(duì)嚴(yán)格按照魯邁拉油田H2S管理程序進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)人員勞保用品穿戴齊全，配備正壓式呼吸器，確保進(jìn)入井場(chǎng)的所有人員都接受H2S培訓(xùn)。

R222井于8月19日開鉆，向井內(nèi)泵入密度為1.2g/cm3的壓井液，觀察到壓井液從井口13in套管腐蝕孔處返出地面。安裝套管頭支撐架，灌入水泥漿，封堵13in套管腐蝕孔，候凝。拆采油樹及油管掛，拔出11根油管。安裝13in雙頭載絲法蘭、13in升高法蘭和13in環(huán)形防噴器，安裝遠(yuǎn)程液控系統(tǒng)。向井內(nèi)灌入密度為1.2g/cm3的鹽水，發(fā)現(xiàn)鹽水仍從方井返出，表明地表水泥封堵無效，使用砂泵將方井內(nèi)的鹽水排到振動(dòng)篩。

H2S氣體很快消失，但流體竄出地面給施工帶來新的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)沖刷井場(chǎng)、破壞井架地基;如果含硫水從此豁口返出，后期作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)將難以控制。鑒于情況緊急，決定不循環(huán)繼續(xù)打撈落魚，下入8in卡瓦打撈筒，撈獲出余下的2in油管，撈獲的油管總長(zhǎng)對(duì)應(yīng)至酸溶水泥塞面的953m，表明油管在水泥塞以上腐蝕斷脫。下強(qiáng)磁打撈器打撈井內(nèi)水泥塞上面殘留的碎片，共打撈出1.1kg腐蝕碎屑。下噪聲和溫度測(cè)井儀尋找潛在的套管漏點(diǎn)和竄流路徑，測(cè)井解釋表明，無竄流發(fā)生。分析認(rèn)為:

(1)如果繼續(xù)進(jìn)行段銑作業(yè)，1.2g/cm3的鹽水會(huì)沖刷井場(chǎng)、破壞井場(chǎng)井架地基，存在安全隱患。

(2)竄流已被連續(xù)油管在953m處所打的水泥塞所封堵，如果鉆開這個(gè)塞，含硫水可能會(huì)從豁口竄出地表，很難控制并壓死。

(3)在DM層底以下有92m空間，可以通過射孔和打水泥塞來實(shí)現(xiàn)層間封隔。

(4)幾種測(cè)井結(jié)果均未有竄流顯示，證明原井眼暫時(shí)相對(duì)穩(wěn)定。

綜合以上因素，決定取消移除953m處酸溶水泥塞后段銑套管的計(jì)劃。從實(shí)際出發(fā)，在DM層以下射孔后打水泥塞，在U形管效應(yīng)下，水泥漿在重力作用下經(jīng)射孔段進(jìn)入環(huán)空，最終建立平衡塞，從而實(shí)現(xiàn)封隔。由于DM層裂縫溶洞發(fā)育，鉆井時(shí)漏失嚴(yán)重，如果一次注入大量水泥漿，環(huán)空水泥漿液柱的增高使靜液壓力增大，會(huì)導(dǎo)致大量水泥漏失到地層中，起不到較好的環(huán)空封堵。因此，最終制訂了打多個(gè)小體積平衡塞的方案，一方面避免大量水泥在該層漏失，另一方面還可以通過探塞來進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。

采用電纜輸送射孔作業(yè)，考慮到射孔槍在井眼內(nèi)開火時(shí)產(chǎn)生的震蕩波可能破壞953m處的水泥塞，在第一次射孔作業(yè)時(shí)，先下5in光鉆桿至射孔段，然后再下入外徑2in的射孔槍，射孔彈穿過5in鉆桿內(nèi)部，減小了對(duì)原水泥塞的影響。每次射孔后打兩個(gè)平衡水泥塞，使用G級(jí)水泥，每個(gè)水泥塞泵入5.5m3水泥漿并候凝24小時(shí)。

總共進(jìn)行了3次射孔作業(yè)，共打了6個(gè)水泥塞，地面竄流通道完全被封住 (表1、圖3)。最后掏空方井，配1.9g/cm3水泥漿填充方井，實(shí)現(xiàn)了永久棄井。

表1 射孔井段及水泥塞施工數(shù)據(jù)表Table 1 Perforation interval and cement plug data

圖3 實(shí)際棄井施工圖Fig.3 Schematic diagram of actual abandonment

4 現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施

4.1 H2S風(fēng)險(xiǎn)防控措施

因R222井地下含硫水曾竄流至地面，井口H2S探測(cè)濃度一度高達(dá)100mg/L，潛在的H2S中毒是該井作業(yè)面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)場(chǎng)施工采取的主要措施如下:

(1)施工鉆井隊(duì)的營(yíng)房區(qū)與井場(chǎng)區(qū)通過鐵絲網(wǎng)和圍墻分開，井場(chǎng)區(qū)配備全套Total Safety公司提供的固定式H2S探測(cè)監(jiān)控設(shè)備和報(bào)警器，以保證工作和救援。在井口、鉆臺(tái)面、鉆臺(tái)下和出水口等處都安裝了固定H2S探頭和可燃?xì)馓筋^。營(yíng)房區(qū)安裝了一套Total Safety公司的H2S探測(cè)設(shè)備和報(bào)警器，施工前要給全隊(duì)人員進(jìn)行H2S培訓(xùn)。

(2)所有的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程嚴(yán)格執(zhí)行魯邁拉油田H2S預(yù)防控制管理程序，直到棄井作業(yè)結(jié)束。所有井場(chǎng)作業(yè)人員必須穿戴完整的勞保用品和便攜式個(gè)人H2S探測(cè)儀 (設(shè)定報(bào)警值為10mg/L)，在每項(xiàng)作業(yè)前召開安全會(huì)，明確作業(yè)步驟及強(qiáng)調(diào)潛在風(fēng)險(xiǎn)，并指定專人負(fù)責(zé)監(jiān)督。

(3)在井場(chǎng)入口處，設(shè)有H2S警示牌。鉆井隊(duì)執(zhí)行嚴(yán)格的入場(chǎng)控制，所有入場(chǎng)人員 (包括倒班人員和來訪者)，都要在大門入口處登記，并進(jìn)行如何預(yù)防H2S中毒及正確使用正壓式呼吸器的培訓(xùn)，才允許進(jìn)入井場(chǎng)。

(4)井隊(duì)成立專門救援組，制訂完善救援計(jì)劃，配備足夠救援用的30min正壓式呼吸器。

(5)在井口方井旁安裝一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，一旦有H2S氣體涌出，可將之驅(qū)散。

(6)井場(chǎng)區(qū)和主營(yíng)區(qū)均裝多個(gè)風(fēng)向標(biāo)，設(shè)有兩個(gè)不同方向的集合點(diǎn)，確保所有井場(chǎng)人員都能通過風(fēng)向標(biāo)確定逃生方向。

(7)每周分別在井場(chǎng)區(qū)和主營(yíng)區(qū)進(jìn)行一次H2S救援和逃生演練。

4.2 火災(zāi)和爆炸防控措施

棄井作業(yè)過程中可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，這主要是由于油氣泄漏而引起的。針對(duì)火災(zāi)和爆炸可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，要求棄井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理人員一定嚴(yán)格按照如下操作規(guī)程執(zhí)行，加強(qiáng)管控。

(1)按照程序施工。施工前進(jìn)行技術(shù)交底，加強(qiáng)施工作業(yè)者的安全意識(shí);井場(chǎng)嚴(yán)禁動(dòng)明火，除必要的設(shè)備工作外，其他設(shè)備、車輛一律熄火;禁止吸煙;井上施工人員一律穿戴好勞保用品;現(xiàn)場(chǎng)備好消防器材，規(guī)定專人負(fù)責(zé)，組織好消防隊(duì)伍。

(2)射孔作業(yè)處理任何井場(chǎng)爆炸藥品時(shí)，要求所有操作者一起參與工前安全會(huì)，明確作業(yè)目的及安全風(fēng)險(xiǎn)，并且簽字確認(rèn)。整個(gè)射孔過程中除了必要的供電設(shè)備，其他電機(jī)及通信設(shè)備要關(guān)停。未經(jīng)授權(quán)任何人不允許在射孔槍附近停留。

4.3 環(huán)境污染管控

落實(shí)環(huán)境保護(hù)責(zé)任制度，妥善處理在棄井作業(yè)過程中所產(chǎn)生的固體或液體廢棄物，杜絕作業(yè)過程中形成的落地油、井液和因“跑、冒、滴、漏”所形成的污染物。在棄井作業(yè)過程中，作業(yè)隊(duì)伍必須嚴(yán)格執(zhí)行廢棄物的處置和管理規(guī)定。

5 結(jié)束語

(1)預(yù)防H2S中毒是R222井棄井作業(yè)考慮的主要因素，在R222井施工過程中采取的預(yù)防和控制措施十分有效，最大程度保護(hù)了施工人員免受傷害。

(2)完善的棄井方案是棄井作業(yè)成功的前提。在實(shí)際施工中，當(dāng)大量流體竄出地面時(shí)，利用噪聲和溫度測(cè)井等綜合技術(shù)手段，可全面分析風(fēng)險(xiǎn)因素，并及時(shí)調(diào)整方案，以達(dá)到最終棄井目的。

(3)實(shí)踐證明，分段射孔后打多個(gè)平衡水泥塞的封井方案在環(huán)空形成竄流通道的情況下十分有效。

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