川渝高壓含硫氣井試井鋼絲附著物阻卡的防治措施

雷 波, 曾小軍, 許 峰

(川慶鉆探工程有限公司試修公司)

鋼絲試井主要是通過(guò)鋼絲攜帶電子壓力計(jì)入井測(cè)取壓力、溫度參數(shù)。近年來(lái)，隨著鋼絲試井廣泛應(yīng)用于川渝地區(qū)氣井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，因附著物阻卡事故時(shí)有發(fā)生，附著物易隨鋼絲上起粘附堆積在防噴設(shè)備和工具與管壁的狹小空間中，隨著堆積量增大，對(duì)鋼絲及工具產(chǎn)生的摩阻增大，從而形成阻卡，嚴(yán)重可導(dǎo)致鋼絲卡死造成井控事故。

一、工藝難點(diǎn)

川渝地區(qū)氣井普遍高壓(關(guān)井油壓>35 MPa)、含硫(>150 mg/m3)，地層能量活躍，產(chǎn)量高，井內(nèi)流體流速快。防噴裝置需要設(shè)計(jì)多級(jí)流管和防噴盒，防噴盒與流管共同組成兩級(jí)井控屏障，同時(shí)也為附著物提供了堆積場(chǎng)所，給試井作業(yè)帶來(lái)諸多難題。

1. 易形成附著物

鋼絲試井作業(yè)中，尤其在開(kāi)井生產(chǎn)作流溫流壓梯度測(cè)試或產(chǎn)能測(cè)試時(shí)，地層巖石、流體與氣井添加劑等在一定溫度、壓力條件下共同作用形成的垢物及井下部分管柱抗腐蝕性能弱形成鐵的硫化物易粘附于鋼絲或工具串上。據(jù)取樣分析統(tǒng)計(jì)，川渝高壓含硫氣井附著物成分如表1，其外觀通常表現(xiàn)為暗黃色、黑色柔軟塊狀物并伴有礦物油臭味，同時(shí)，由于鋼絲經(jīng)過(guò)流管粘附密封脂，地面鋼絲附著物上常含有密封脂中的油脂及無(wú)機(jī)填料(鋅鹽等)成分。

表1 鋼絲附著物主要成分表

2. 阻卡位置難判斷

附著物可能隨鋼絲上起在井口裝置及防噴設(shè)備內(nèi)狹小空間中堆積，也可能粘附于工具串，其表象均為鋼絲張力增大波動(dòng)等，但僅從絞車(chē)張力、深度及地面鋼絲抖動(dòng)情況不能準(zhǔn)確判斷阻卡位置。

3. 井控風(fēng)險(xiǎn)大

當(dāng)阻卡未能及時(shí)處理進(jìn)一步造成鋼絲卡死不能上下活動(dòng)時(shí)，由于鋼絲及工具尚在井內(nèi)，不能上起至防噴管內(nèi)泄壓安全排查更換阻卡位置部件，拆卸解卡將長(zhǎng)時(shí)間占用井口，高壓狀態(tài)下防噴設(shè)備存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

二、阻卡位置分析

1. 流管阻卡

高壓含硫氣井鋼絲試井作業(yè)注脂頭示意圖如圖1。

圖1 注脂頭示意圖

流管是一種內(nèi)壁光滑的銅管，其內(nèi)徑與鋼絲外徑間隙宜在0.1～0.15 mm之間, 作業(yè)時(shí)，從注脂管線注入的密封脂沿鋼絲與流管之間的間隙擠入，將鋼絲與一個(gè)多級(jí)密封筒之間密封起來(lái)以防止油氣外泄實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封[1]。目前川渝地區(qū)高壓氣井常用的鋼絲直徑規(guī)格有2.74 mm、3.175 mm，3.175 mm鋼絲配套的流管內(nèi)徑為3.302 mm，鋼絲與流管之間間隙非常小，且狹小空間長(zhǎng)度大(表2)，附著物易隨鋼絲上起在間隙中堆積。

表2 流管與注入通道數(shù)量選擇表

2. 防噴盒阻卡

高壓氣井鋼絲試井作業(yè)液壓防噴盒內(nèi)部示意圖如圖2所示，防噴盒中活塞桿、上下格蘭、防噴塞與鋼絲間隙較小，盤(pán)根緊密貼合鋼絲形成密封，鋼絲附著物可能會(huì)在這些狹小空間中堆積。

圖2 液壓鋼絲防噴盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3. 工具串井壁阻卡

高壓氣井試井作業(yè)通井規(guī)最大外徑大于測(cè)壓工具最大外徑，小于施工井最深停點(diǎn)深度以上管柱最小內(nèi)徑(小于6～8 mm)。工具入井后，由于油管壁上有許多稠狀物體(如緩蝕劑)，在上提或下放的作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)遇阻[2]，表現(xiàn)為下放工具張力減小，上提垢物在工具串表面堆積張力隨上行持續(xù)增大。

三、防治措施

1. 預(yù)防措施

預(yù)防鋼絲附著物造成阻卡的措施如下：①改善井筒環(huán)境：作業(yè)前清潔凈化井筒，可采取有機(jī)溶劑+CT常規(guī)酸洗井或機(jī)械刮削工具上下運(yùn)動(dòng)清刮井筒內(nèi)垢物;②產(chǎn)能試井、流溫流壓測(cè)試期間控制生產(chǎn)最大流量不超過(guò)前期最大流量，避免垢物被大排量流體帶出過(guò)多附著鋼絲;③作業(yè)時(shí)控制上提速度≤50 m/min，密切觀察張力變化，上提張力大于理論張力20%視為遇阻，避免速度過(guò)快致附著物快速堆積;④下放鋼絲時(shí)涂抹機(jī)油和液壓油潤(rùn)滑盤(pán)根和鋼絲可在一定程度上減少附著物在鋼絲上的粘附，從而減少上提遇阻卡的概率。當(dāng)出現(xiàn)鋼絲抖動(dòng)時(shí)，可以嘗試鋼絲下放，并在鋼絲上抹機(jī)油和液壓油潤(rùn)滑以減少防噴設(shè)備內(nèi)附著物的積聚[3-4];⑤安排專人巡查鋼絲表面狀況及張力波動(dòng)變化，發(fā)現(xiàn)附著物或鋼絲抖動(dòng)現(xiàn)象立即停止上提分析原因;⑥選用大沖程(762 mm)的鏈?zhǔn)秸饟羝鳌㈡準(zhǔn)?彈簧震擊器、鏈?zhǔn)?液壓震擊器組合工具串，上下震擊均可獲得較大沖擊力，工具串井下遇阻卡時(shí)可嘗試震擊解卡;⑦在可能發(fā)生附著物阻卡的試井作業(yè)中，下放工具時(shí)應(yīng)加密測(cè)試記錄上提拉力和靜止懸重，起下儀器時(shí)要時(shí)刻注意絞車(chē)張力的變化[5]，對(duì)比理論懸重及時(shí)判斷有無(wú)附著物粘附;⑧井筒腐蝕可能造成附著物中鐵質(zhì)含量升高，且隨生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)進(jìn)一步增加，試井作業(yè)前應(yīng)參考前期垢物取樣分析結(jié)果做好配置溶解劑等預(yù)防措施。

2. 阻卡位置判斷

附著物造成阻卡表現(xiàn)為鋼絲抖動(dòng)、張力波動(dòng)，據(jù)近年作業(yè)阻卡情況統(tǒng)計(jì)，附著物隨鋼絲上行通常優(yōu)先堆積于位置低、間隙小且通道較長(zhǎng)的流管內(nèi)，占阻卡井次80%以上。防噴盒內(nèi)可能會(huì)有少量堆積，現(xiàn)場(chǎng)可采用如下方法驗(yàn)證：①流管。關(guān)閉防噴器泄壓后打開(kāi)注脂出口，經(jīng)化學(xué)劑注入短接注入流體觀察注脂出口流體排出情況判斷流管是否堵塞，亦可切換流體出入口組合(化學(xué)劑注入口、1、2號(hào)注脂口、出脂口)判斷流管具體堵塞部位；②防噴盒。泄壓后打開(kāi)防噴盒由壬檢查內(nèi)部垢物并試驗(yàn)可否上提防噴盒判斷該處有無(wú)阻卡；③井下工具串。鋼絲實(shí)際張力偏離理論張力或張力波動(dòng)，排除流管、防噴盒阻卡且鋼絲上無(wú)明顯附著物，則工具串可能因垢物粘附形成井下阻卡。

3. 處理對(duì)策

活動(dòng)鋼絲、注入化學(xué)劑法是常用的解卡方法，各位置阻卡均可嘗試該組合法解卡，具有效率高、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)，但鋼絲卡死、活動(dòng)受阻等復(fù)雜情況應(yīng)根據(jù)具體阻卡狀態(tài)及井況選擇合理解卡對(duì)策(表3)。

表3 解卡對(duì)策選擇表

3.1 活動(dòng)鋼絲

上下活動(dòng)鋼絲：下放鋼絲50～100 m，嘗試將防噴設(shè)備內(nèi)或工具串表面附著物帶出，對(duì)比理論懸重觀察張力變化及鋼絲波動(dòng)情況上下拉滑活動(dòng)鋼絲。應(yīng)注意控制起下速度≤50 m/min，上提張力≤鋼絲破斷拉力50%，密切關(guān)注鋼絲張力，避免突然遇阻造成鋼絲放空。作業(yè)中發(fā)現(xiàn)鋼絲上垢物附著或張力波動(dòng)時(shí)及時(shí)下放將垢物帶出，與注入化學(xué)劑法組合可有效解卡。

反復(fù)上提活動(dòng)鋼絲：若不能有效地起下活動(dòng)鋼絲，可控制張力≤鋼絲破斷拉力50%，通過(guò)反復(fù)上提鋼絲的方式達(dá)到使遇卡部位活動(dòng)的目的，采用此方法的技術(shù)要求是：為了避免頻繁上提鋼絲引起其彈性疲勞而繃斷，提鋼絲的頻率為每小時(shí)上提鋼絲1～2次，這種上提頻率可以使鋼絲有恢復(fù)彈性的時(shí)間[3]。應(yīng)注意，工具串井下遇阻時(shí)可嘗試該方法解卡，但當(dāng)垢物附著鋼絲時(shí)不可采用因其可能導(dǎo)致附著物在防噴設(shè)備中進(jìn)一步堆積。

3.2 注入化學(xué)劑

對(duì)附著物取樣分析，現(xiàn)場(chǎng)初步判斷垢物物性并立即送樣配置相應(yīng)的溶解劑，通過(guò)化學(xué)劑注入短接向井筒內(nèi)注入溶解劑對(duì)垢物產(chǎn)生溶解分散作用，化學(xué)劑會(huì)隨鋼絲進(jìn)入井筒并粘附于鋼絲起到清潔、解堵、潤(rùn)滑的作用。注液后上起鋼絲觀察張力及附著物情況，若無(wú)變化則停止上起，通過(guò)大排量注入井口至工具串位置油管容積的化學(xué)劑觀察溶解情況再進(jìn)行下步操作。

取樣分析附著物成分并實(shí)驗(yàn)選用最優(yōu)溶解劑對(duì)解卡十分關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)垢物成分比例及溶解實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)、無(wú)機(jī)或混合、復(fù)配溶解劑。近年來(lái)，針對(duì)川渝高壓含硫氣井附著物普遍性成分，當(dāng)附著物中有機(jī)物密度較高，溶解劑通常選配由芳香族烷烴為原料，輔以醚類(lèi)滲透劑等助劑調(diào)配制成的油氣井解堵用有機(jī)溶解劑烷烴CT4-12A，也可選擇120#溶劑油、UT3-2、三氯甲烷和含有三氯甲烷的復(fù)配溶劑等有機(jī)溶解劑，其溶解效果為：120#溶劑油>CT4-12A> UT3-2>三氯甲烷?，F(xiàn)場(chǎng)亦可使用清水、柴油、乙二醇溶液等常備液體對(duì)附著物做溶解試驗(yàn)從而為實(shí)驗(yàn)提供參考、提高解卡時(shí)效，如表4。

表4 化學(xué)劑溶解實(shí)驗(yàn)表

3.3 震擊、放噴

向上或向下震擊，利用加速后工具串自重帶來(lái)的沖擊力嘗試解卡，控制鋼絲張力在其破斷拉力50%以內(nèi)，應(yīng)注意震擊5～6次后停頓10 min以上避免鋼絲彈性疲勞。

若震擊不能解卡，可采取保持一定鋼絲上提拉力(通常保持在鋼絲破斷張力40%～50%)嘗試開(kāi)井,利用井筒流體上頂沖刷工具串，一方面與上提張力合力增大對(duì)工具串的上提力，同時(shí)通過(guò)流體向上運(yùn)動(dòng)沖刷清洗工具串上垢物，達(dá)到解卡目的。采用此方法的技術(shù)要求是：放噴時(shí)應(yīng)有控制地緩慢手動(dòng)開(kāi)井，必須控制井內(nèi)壓力平穩(wěn)過(guò)渡，確保工具串受沖擊力最小化，避免過(guò)大壓差導(dǎo)致儀器上沖、鋼絲打扭斷裂等造成井下復(fù)雜的問(wèn)題。

3.4 拆卸重裝防噴設(shè)備

關(guān)閉防噴器泄壓后自上而下拆開(kāi)防噴盒、注脂頭檢查阻卡位置，逐級(jí)使用夾板+托盤(pán)鎖定鋼絲后剪斷鋼絲，拆卸防噴盒、注脂頭，清潔保養(yǎng)重裝防噴盒、注脂頭，重新連接鋼絲至絞車(chē)。

鋼絲卡死在防噴設(shè)備中無(wú)法上下活動(dòng)時(shí)可采取該方法，但其存在長(zhǎng)期占用井口防噴設(shè)備泄露的風(fēng)險(xiǎn)，因此，作業(yè)前應(yīng)封隔防噴器上下壓力，通過(guò)采油樹(shù)翼閥壓井至低油壓且壓力平穩(wěn)狀態(tài)。

附著物解卡對(duì)策在多口井成功應(yīng)用,見(jiàn)表5。

表5 鋼絲附著物解卡井次統(tǒng)計(jì)表

圖3 MX009-X1鋼絲附著物

圖4 DS001-X1工具串附著物

四、結(jié)論及建議

(1)結(jié)合阻卡情況和具體井況選擇合理的解卡對(duì)策，在近年川渝高壓含硫氣井的鋼絲試井作業(yè)中成功解決了多井次附著物阻卡復(fù)雜，使得井控風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

(2)附著物造成阻卡表現(xiàn)為鋼絲抖動(dòng)、張力波動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)鋼絲上有垢物粘附發(fā)生阻卡現(xiàn)象應(yīng)立即停止上提，取樣分析附著物物性并配置溶解劑，根據(jù)情況選擇合理的解卡對(duì)策。

(3)120#溶劑油和CT4-12A具有化學(xué)安定性好、對(duì)金屬無(wú)腐蝕性、不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，溶解效果好，建議在含有機(jī)附著物鋼絲試井中使用。

(4)高壓含硫氣井試井過(guò)程中鋼絲遇阻卡后，從化學(xué)劑注入短接往井內(nèi)注入化學(xué)試劑，能快速有效解除阻卡問(wèn)題，建議高壓含硫氣井鋼絲試井推廣應(yīng)用。

(5)建議改進(jìn)防噴盒構(gòu)造，在下格蘭與底部限位閥間本體外殼開(kāi)孔添加注液通道，方便在此注入化學(xué)劑或潤(rùn)滑油，上起鋼絲時(shí)注液可有效地潤(rùn)滑清潔盤(pán)根，避免“干拉”損壞盤(pán)根致密封性下降，下放鋼絲時(shí)注入溶解劑能使藥劑相較于化學(xué)劑注入短接更有效直接地進(jìn)入流管溶解附著物。