注水井帶壓作業(yè)技術(shù)的研究與應(yīng)用

王雪軍

大慶油田第七采油廠作業(yè)大隊(duì)黑龍江大慶，黑龍江大慶 163000

在采油七廠范圍內(nèi)，目前約有 口以上的注水井由于井口壓力高等原因且不能釋放導(dǎo)致的長(zhǎng)停井，這類井需要帶壓作業(yè)工藝才能施工。如果這類井不加快治理，因?yàn)橐粌煽诖祟惥赡苡绊懻麄€(gè)區(qū)塊的儲(chǔ)量動(dòng)用及整體井位部署。采用帶壓作業(yè)，注水井不需要長(zhǎng)時(shí)間放水泄壓，地層能量損失小，對(duì)提高注水開發(fā)效果、穩(wěn)定單井產(chǎn)量具有積極意義。對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)，注水井常規(guī)泄壓小修受到極大限制，如不使用帶壓作業(yè)，由于放水泄壓每口作業(yè)井平均發(fā)生倒水費(fèi)1-1.5 萬元。帶壓作業(yè)施工不受地域和環(huán)境影響，可以最大限度的減輕和避免環(huán)境污染，同時(shí)減少了綜合作業(yè)占井時(shí)間，提高生產(chǎn)時(shí)率。

一、水井帶壓作業(yè)技術(shù)及原理

1、帶壓作業(yè)技術(shù)

帶壓作業(yè)是在保持井筒內(nèi)一定壓力，不壓井、不放壓的情況下進(jìn)行起下管柱的一種先進(jìn)井下作業(yè)技術(shù)。帶壓作業(yè)技術(shù)是解決高壓水井施工難和減少環(huán)境污染的有效手段，可以很大程度的保護(hù)油氣層，延長(zhǎng)油氣層的使用壽命。

2、帶壓作業(yè)配套設(shè)備

帶壓作業(yè)裝備主要構(gòu)成包括：安全防噴器組、工作防噴器組、管柱舉升/下壓系統(tǒng)、動(dòng)力及液壓控制系統(tǒng)、安全設(shè)施及附件等幾部分。

安全防噴器組包括：全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、卡瓦閘板防噴器（根據(jù)壓力等級(jí)及工況選配）、剪切閘板防噴器（根據(jù)壓力等級(jí)及工況選配）、試壓四通。

安全防噴器組的配備要求：安全防噴器組的組件壓力等級(jí)不應(yīng)小于施工井的最高地層壓力；含有硫化氫等腐蝕性流體的井，安全防噴器組的組件應(yīng)滿足抗硫要求；配備的防噴器殼體材質(zhì)和密封橡膠材料的適用溫度范圍不低于防噴器工作的環(huán)境溫度;安全防噴器組的通徑應(yīng)大于油管懸掛器的外徑；安全防噴器組應(yīng)配備液壓防噴器并具備手動(dòng)(或液壓)鎖緊功能；井口壓力不低于14MPa 的帶壓作業(yè)配備安全防噴器組至少應(yīng)配備一套全封閘板防噴器和一套半封閘板防噴器，一套卡瓦閘板防噴器；半封閘板防噴器、卡瓦閘板防噴器閘板規(guī)格與井內(nèi)管柱配套；天然氣井和含硫化氫等腐蝕性流體的井，安全防噴器組應(yīng)配備剪切閘板防噴器；

配備卡瓦閘板防噴器為防止關(guān)井時(shí)井內(nèi)管柱竄動(dòng)。

安全防噴器組的安裝順序：由上而下依次為全封閘板防噴器（空井筒關(guān)井）、半封閘板防噴器（關(guān)井半封）、卡瓦閘板防噴器、試壓四通。其中，有特殊工藝要求時(shí)，剪切閘板防噴器可安裝在全封閘板防噴器的上方。

安全防噴器組按標(biāo)稱壓力等級(jí)不同分為：7MPa 普通雙閘板、14MPa普通雙閘板、21MPa 普通三閘板、21MPa 帶剪切三閘板、35MPa 普通三閘板、35MPa 帶剪切三閘板和35MPa 帶剪切四閘板等多種結(jié)構(gòu)型式。

工作防噴器組一般包括：環(huán)形防噴器、閘板防噴器、泄壓/平衡四通、過渡短接。

工作防噴器組配備要求：工作防噴器組的通徑應(yīng)大于油管懸掛器的外徑；含有硫化氫等腐蝕性流體的井，工作防噴器組的組件應(yīng)滿足抗硫要求；配備的防噴器的溫度性能要求同安全防噴器組中防噴器的溫度性能要求；在兩個(gè)工作防噴器之間應(yīng)至少配備一個(gè)平衡四通（帶液動(dòng)平板閥），使其上、下的防噴器能夠建立壓力平衡通道；在起下大直徑工具或不規(guī)則工具時(shí)，應(yīng)配備防噴管，防噴管的高度不應(yīng)小于單個(gè)大直徑或不規(guī)則工具的長(zhǎng)度，但防噴管安裝位置不應(yīng)影響液壓缸行程。

工作防噴器組根據(jù)工作壓力不同分為：7MPa 型式、14MPa 型式、21MPa 型式、35MPa 型式等多種結(jié)構(gòu)型式。

3、帶壓作業(yè)技術(shù)原理

帶壓作業(yè)技術(shù)主要是通過帶壓設(shè)備防噴器組控制油套環(huán)空壓力，通過液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力來控制閘板和卡瓦的開關(guān)，其中游動(dòng)萬能卡瓦具有防頂和承重的功能，液動(dòng)閘板防噴器具有控制井口壓力的功能，主液壓缸用于支撐游動(dòng)橫梁及游動(dòng)萬能卡瓦，通過各部件之間的共同配合對(duì)壓力大的井完成起下管柱作業(yè)，并可以防止井內(nèi)管柱上頂然后通過加壓動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)管柱施加外力克服井內(nèi)上頂力，由油管堵塞器控制油管內(nèi)部壓力，從而確保在帶壓的情況下順利實(shí)現(xiàn)起下管柱作業(yè)。

4、與常規(guī)修井作業(yè)的區(qū)別

井控級(jí)別：帶壓作業(yè)是依靠專用設(shè)備控制井口壓力（二級(jí)井控），常規(guī)作業(yè)是依靠液柱壓力平衡地層壓力（一級(jí)井控）。

井控過程：帶壓作業(yè)是動(dòng)態(tài)的，常規(guī)作業(yè)是靜態(tài)的。

作業(yè)狀態(tài)：帶壓作業(yè)是在井口密閉狀態(tài)下作業(yè)。常規(guī)作業(yè)是在井口敞開狀態(tài)下作業(yè)。

作業(yè)方式：帶壓作業(yè)是靠施壓裝置起下管柱。常規(guī)作業(yè)是靠大鉤起下管柱。

二、水井帶壓作業(yè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1、選井原則

套管短節(jié)承載能力不滿足作業(yè)要求的不宜進(jìn)行帶壓作業(yè)且井下管柱腐蝕程度、管柱結(jié)構(gòu)、管柱通徑等能滿足帶壓作業(yè)要求。

根據(jù)施工井關(guān)井壓力、地層含硫情況、井下工具長(zhǎng)度、施工工藝復(fù)雜程度和施工環(huán)境，按施工難易程度將帶壓作業(yè)施工井由高到低的順序劃分為三類。

表1 帶壓作業(yè)施工井類型劃分

2、選擇防噴器組

工作防噴器組在起下管柱過程中，負(fù)責(zé)密封油套環(huán)空壓力的不同數(shù)量和種類的防噴器組合，一般是由環(huán)形防噴器和閘板防噴器組成。環(huán)型防噴器用于起下油管運(yùn)動(dòng)過程中密封油套環(huán)空，防止井內(nèi)流體噴出，實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封。

表2 工作防噴器組型式及及應(yīng)用范圍

安全防噴器組負(fù)責(zé)井控安全的防噴器組合稱為安全防噴器組，一般是由數(shù)量不同的全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、剪切閘板防噴器和環(huán)形防噴器組成。

表3 安全防噴器組型式及應(yīng)用范圍

以7P206-158 壓裂后重配為例：該井最高關(guān)井壓力為8 MPa、硫化氫含量0、油氣比：45m3/t、單個(gè)工具長(zhǎng)度小于2m、施工工藝為其他工藝、施工井環(huán)境為除一類、二類井外的其它區(qū)域。該井套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度為36.7MPa，防噴器最高關(guān)井壓力在套管承壓安全范圍值以內(nèi)。

該井最高關(guān)井壓力為8 MPa，為二級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)井。

按照工作防噴器組選擇要求：21MPa 普通三閘板低于21MPa 作業(yè)井至少應(yīng)配置一個(gè)環(huán)形防噴器和一個(gè)閘板工作防噴器。優(yōu)先選擇21MPa型式的工作防噴器該型式的工作防噴器適用于工作壓力等級(jí)為21MPa以內(nèi)的帶壓作業(yè)機(jī)，其工作防噴器組包括兩臺(tái)（一臺(tái)）FZ18-21 單閘板防噴器、一臺(tái)（兩臺(tái)）FH18-21 環(huán)形防噴器，適用范圍是關(guān)井井口壓力在14MPa 以內(nèi)的水井或者普通油井帶壓作業(yè)施工。

圖一 1-環(huán)形防噴器；2-平衡卸荷系統(tǒng)；3-下半封閘板防噴器；

按照安全防噴器組選擇要求：優(yōu)選防噴器選配壓力為21MPa 的普通三閘板防噴器，推薦適用范圍是關(guān)井井口壓力在14MPa 以內(nèi)的水井或者普通油井帶壓作業(yè)施工。此種類型安全防噴器一般不得作為工作防噴器使用。21MPa 普通三閘板型式的安全防噴器適用于壓力等級(jí)為21MPa 的帶壓作業(yè)機(jī)。防噴器從上到下裝全封閘板、半封閘板、卡瓦閘板總成 。防噴器上部可配備法蘭連接或雙頭螺栓栽絲連接，下部配備法蘭連接（旋轉(zhuǎn)法蘭）,適用于250、350 井口。該防噴器標(biāo)稱工作壓力21MPa，通徑180mm 或186mm。

圖二 21MPa 的普通三閘板防噴器

3、帶壓作業(yè)施工準(zhǔn)備過程

對(duì)高壓水井施工的第一步就是投堵，首先對(duì)油管通道進(jìn)行堵塞，以防止油管通道產(chǎn)生溢流，施工過程是在不拆井口的情況下，向油管通道內(nèi)投入油管堵塞器，井口上的油管閘門通過水龍帶與裝滿清水的罐車相連接，然后通過泵車向油管通道內(nèi)打壓，推動(dòng)堵塞器，把堵塞器送到預(yù)定的位置，來達(dá)到封堵全井油管的目的。拆卸井口，用油管提升短接與油管掛相連，關(guān)閉提升短接上的旋塞閥，以控制油管內(nèi)的液體。然后用吊車吊三閘板防噴器，與井口法蘭相連，再用吊車吊裝帶壓設(shè)備，坐到三閘板防噴器上法蘭進(jìn)行連接固定，實(shí)現(xiàn)帶壓設(shè)備的安裝。

4、帶壓狀態(tài)起下管柱控制技術(shù)

帶壓設(shè)備的雙向雙作用液壓缸、上游動(dòng)卡瓦和下固定卡瓦，是解決帶壓狀態(tài)下起下管柱的主要部件，其中雙向雙作用液壓缸即升降油缸，行程為3.0m 左右，在固定卡瓦打開時(shí)，通過游動(dòng)卡瓦卡緊井內(nèi)管柱，操控液壓系統(tǒng)控制液壓缸的升降，在管柱重量小于井內(nèi)液壓的上頂力（浮力），實(shí)現(xiàn)井內(nèi)管柱的安全起下。當(dāng)管柱重量大于井內(nèi)液壓的上頂力時(shí)，停止使用升降液缸，而用修井機(jī)大鉤起下油管。在帶壓起下管柱時(shí)，正常應(yīng)該用關(guān)閉環(huán)型防噴器的方式，來密封油套環(huán)型空間。但由于油管本體與油管接箍的外徑不同，當(dāng)關(guān)閉環(huán)型防噴器，正常起下油管作業(yè)時(shí)，突然的變徑會(huì)對(duì)環(huán)形膠筒造成很大的損壞，幾乎每完成兩口井就要換一次環(huán)型防噴器膠筒，由于環(huán)形膠筒造價(jià)昂貴，而且更換的頻率高，這樣會(huì)增加施工工作量，降低施工效率，提高作業(yè)成本。因此在帶壓作業(yè)時(shí)，一般不用環(huán)形防噴器控制油套環(huán)型空間的壓力，而是用上快速閘板防噴器、泄壓閥、下快速閘板防噴器互相配合，進(jìn)行倒油管接箍，一樣可以密封油套環(huán)形空間，控制壓力。當(dāng)起油管作業(yè)時(shí)，打開下快速閘板防噴器，關(guān)閉泄壓閥，同時(shí)關(guān)閉上快速閘板防噴器，當(dāng)油管接箍進(jìn)入下快速閘板防噴器和上快速閘板防噴器之間時(shí)，關(guān)閉下快速閘板防噴器，先打開泄壓閥進(jìn)行泄壓，然后再打開上快速閘板防噴器，把油管接箍提到井口，重復(fù)這樣的操作過程，實(shí)現(xiàn)起油管的作業(yè)施工。下油管是它的相反過程。

三、經(jīng)濟(jì)效益

1、節(jié)省費(fèi)用

注水井帶壓作業(yè)平均每口井可減少排水1814m3，修井后又需回注同樣體積的水。按15 元/m3注水成本計(jì)算，帶壓作業(yè)每修一口井避免浪費(fèi)15.092 萬元。

節(jié)省水費(fèi)：1814m3×2×15 元/m3=5.442 萬元/口；

節(jié)省罐車?yán)\(yùn)污水費(fèi)用（500 元/15m3）：1814m3÷15m3×500 元=6.05萬元；

節(jié)省污水處理費(fèi)（按目前成本20 元/m3 計(jì)算）：1814m3×20 元/m3=3.6 萬元。

2、注水增油效益

按注采比為1：1，含水95%計(jì)算，帶壓作業(yè)每口注水井增油為：

3628m3×95%=171.4 m3

國際油價(jià)50 美元/桶（0.15898 m3/桶，美元與人民幣匯率為1：6.5）計(jì)算，折合人民幣2031 元/m3，帶壓作業(yè)每口注水井增油效益為：171.4 m3×2031 元/m3=35 萬元

由上述計(jì)算可知，利用帶壓作業(yè)施工注水井單井可創(chuàng)效50萬元，如綜合考慮排水注水時(shí)間等因素，綜合效益更為可觀。

四、結(jié)論

1、帶壓作業(yè)能夠有效解決高壓水井作業(yè)的難題，避免注水井作業(yè)泄壓?jiǎn)栴}發(fā)生，更好地保證注水開發(fā)效果，同時(shí)避免開采過程中對(duì)油氣層的破壞，更好地保護(hù)地層原始狀態(tài)，延長(zhǎng)了油氣井的使用壽命。

2、油管堵塞器可以通過工具段，封堵球座以上尾管，很好的解決了起工具段時(shí)產(chǎn)生溢流的問題，實(shí)現(xiàn)了全部油管通道的防噴，確保了帶壓作業(yè)井筒不出液，達(dá)到綠色環(huán)保作業(yè)要求。

3、帶壓作業(yè)技術(shù)可以有效控制高壓水井井筒液體壓力，綜合效益可觀，為油田進(jìn)一步開發(fā)提供了強(qiáng)有力的保障。