儲(chǔ)氣庫注采井帶壓安全投產(chǎn)技術(shù)

劉宏偉

（中國石化中原油田分公司，河南濮陽 457001）

1 概述

目前國內(nèi)儲(chǔ)氣庫多為枯竭型儲(chǔ)氣庫，注采井的儲(chǔ)層壓力系數(shù)低，以文23儲(chǔ)氣庫為例，地層壓力低至4 MPa左右，為了最大程度保護(hù)儲(chǔ)層，氣庫建設(shè)采用鉆采一體化的設(shè)計(jì)理念，即從鉆井完井采用微泡泥漿低壓循環(huán)、欠平衡快速鉆井、生產(chǎn)完井中盡量減少入井液體，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)完井過程最大程度保護(hù)儲(chǔ)層。生產(chǎn)完井過程中為減少入井液體對(duì)儲(chǔ)層的傷害，主要面臨以下困難：

一是地層虧空嚴(yán)重，壓井液將會(huì)大量漏失，入井液返排困難，個(gè)別井甚至沒有返排能力，既增加了壓井液的總量費(fèi)用，又易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。

二是地層污染嚴(yán)重[1]，氣層傷害難以解除。作業(yè)過程中的大量入井液體對(duì)儲(chǔ)層造成永久性傷害。根據(jù)文23氣田開發(fā)歷史經(jīng)驗(yàn)，壓井檢管后氣井產(chǎn)能降低近一半，挖潛新層時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染老層，措施效果難以體現(xiàn)，部分井措施無效甚至減產(chǎn)，措施風(fēng)險(xiǎn)大大提高。

三是井下作業(yè)施工難度加大。由于入井液漏失快，常規(guī)作業(yè)無法建立循環(huán)，壓井液將容易漏失，增加了井控風(fēng)險(xiǎn)。

2 儲(chǔ)氣庫帶壓作業(yè)存在問題

處理井筒和更換管柱時(shí)，如果采用常規(guī)壓井作業(yè)方法會(huì)污染儲(chǔ)層，且部分漏失井不壓就噴，存在井控風(fēng)險(xiǎn)；一壓就漏，對(duì)儲(chǔ)層的污染更嚴(yán)重，造成注采能力的大幅下降，儲(chǔ)層保護(hù)難度大。射孔生產(chǎn)一體化完井管柱雖然可以解決該問題，但其施工難度大、無法測(cè)產(chǎn)剖、無法丟槍、槍串腐蝕等問題又使其存在一定的技術(shù)缺陷，導(dǎo)致存在很多安全隱患。

目前儲(chǔ)氣庫井不壓井作業(yè)存在以下兩個(gè)難題：一是長(zhǎng)井段射孔槍內(nèi)部有彈架、外部存在射孔孔眼、毛刺，無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部封堵。二是為保證儲(chǔ)氣庫的安全性和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，其注采井完井管柱都帶有安全閥液控管線或監(jiān)測(cè)管線，在投產(chǎn)作業(yè)過程中，存在無法實(shí)現(xiàn)下帶液控管線的管柱帶壓作業(yè)難題。文章重點(diǎn)從工藝上論述如何從工藝技術(shù)上解決帶壓起待液控管線管柱和起長(zhǎng)井段射孔槍的問題，從而有效解決 “高壓層井控” 和“低壓儲(chǔ)層保護(hù)”的難題。

3 常規(guī)帶壓作業(yè)裝置設(shè)備

帶壓起下作業(yè)井口裝置是實(shí)施帶壓作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備[2]，包括動(dòng)力源、液壓系統(tǒng)、油管起下液缸、液壓卡瓦、液壓防噴器、儲(chǔ)能器等。按運(yùn)載方式分為車載式和橇裝式，按配套方式分為獨(dú)立式和輔助式。按作業(yè)時(shí)環(huán)空密封方式分為動(dòng)密封和靜密封，按一次提升管柱行程分為長(zhǎng)沖程和短沖程。車載自走式不壓井作業(yè)設(shè)備的機(jī)動(dòng)性優(yōu)于橇裝式。獨(dú)立式不壓井作業(yè)設(shè)備不需其他設(shè)備配合即可獨(dú)立進(jìn)行作業(yè)，而輔助式不壓井作業(yè)設(shè)備需其他設(shè)備配合。長(zhǎng)沖程不壓井作業(yè)設(shè)備的沖程大于10.98 m，一次可提升下壓1根管柱，作業(yè)效率較高；短沖程不壓井作業(yè)設(shè)備的沖程為3~5 m.需要幾次才可起升或下壓l根管柱，作業(yè)效率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度高。動(dòng)密封不壓井作業(yè)設(shè)備[4]的防噴器膠心與管柱之間是相對(duì)滑動(dòng)密封，對(duì)防噴器要求較高，對(duì)管柱要求180斜坡接箍，同時(shí)作業(yè)時(shí)防噴器膠心損壞較快，作業(yè)成本較高；靜密封不壓井作業(yè)設(shè)備的防噴器膠心與管柱之間是無相對(duì)滑動(dòng)的密封。目前國內(nèi)不壓井修井作業(yè)設(shè)備的整機(jī)結(jié)構(gòu)均為橇裝輔助式短沖程，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、井控裝置系統(tǒng)、提升/下壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部件組成，還沒有整機(jī)集成的先例。經(jīng)過前期對(duì)國內(nèi)5個(gè)油田數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，注水井、油氣井井壓小于21 MPa的井占總井?dāng)?shù)80%以上，提升管柱載荷一般在784 kN以內(nèi)，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 國內(nèi)5個(gè)油田井口壓力和井深狀況

通過對(duì)各種方式不壓井作業(yè)設(shè)備的優(yōu)劣對(duì)比以及不壓井作業(yè)在國內(nèi)各大油田的應(yīng)用，文23儲(chǔ)氣庫地層壓力低，只有4 MPa，且中國石化帶壓作業(yè)裝置在氣井上已應(yīng)用較為成熟。普通的不壓井裝置就可以滿足文23氣井的工況，結(jié)合國內(nèi)油田對(duì)修井作業(yè)設(shè)備性能的主要需求，下面的不壓井作業(yè)設(shè)備性能能滿足文23儲(chǔ)氣庫建設(shè)的需要，其主機(jī)參數(shù)見表2。

表2 不壓井作業(yè)技術(shù)參數(shù)

4 注采井帶壓安全投產(chǎn)工藝

不壓井作業(yè)基本工作原理是利用堵塞工具封堵管柱內(nèi)部通道，利用井口防噴器封堵管柱與井筒環(huán)形空間外部通道，在加壓裝置控制下強(qiáng)行起下管柱，依靠防噴器膠芯抱住管柱本體實(shí)現(xiàn)密封，從而實(shí)現(xiàn)在不壓井、不放噴條件下起下管柱的目的。

4.1 帶壓作業(yè)配合封隔器回插管柱工藝

4.1.1 工藝特點(diǎn)

儲(chǔ)氣庫注采井和監(jiān)測(cè)井完井管柱因設(shè)計(jì)有井下安全閥，外壁帶1/4″的液控管線，見圖1，這種不規(guī)則形狀，難以實(shí)現(xiàn)密封，與不壓井裝置不配套。對(duì)于這種帶有液控管線的完井管柱，在完井過程中，液控管線以下的管柱，按照普通的不壓井程序下井，帶有液控管線部分的管柱通過優(yōu)化工藝在現(xiàn)有的條件下實(shí)施不壓井作業(yè)，該工藝特點(diǎn)是作業(yè)工藝簡(jiǎn)單，無需更換不壓井作業(yè)設(shè)備，同時(shí)井控風(fēng)險(xiǎn)低，可有效解決投產(chǎn)作業(yè)過程中無法實(shí)現(xiàn)下帶液控管線的管柱帶壓作業(yè)難題，同時(shí)入井液用量少，最大程度減少儲(chǔ)層污染，提高注采能力。

圖1 油管外面的液控管線

4.1.2 主要工藝設(shè)備

井內(nèi)油管能否實(shí)施封堵是決定成功進(jìn)行下一步帶壓作業(yè)的關(guān)鍵，在起油管前堵塞底部油管內(nèi)腔，防止井內(nèi)高壓流體從油管內(nèi)噴出，主要包括堵塞器、油管橋塞、旋塞閥、單流閥、特殊油管壓力控制工具。圖2是比較常見的油管堵塞器[5]，主要由丟手頭、卡瓦系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、自封啟動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。

圖2 堵塞器

堵塞器長(zhǎng)度為530 mm，承受上下壓差70 MPa，耐溫135℃，下井前將油管堵塞器自封啟動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整到合適位置，將丟手頭與堵塞工具用特殊銷釘連接。堵塞工具的密封系統(tǒng)外徑小于58 mm（用于內(nèi)徑為73 mm的油管），用液壓繩索絞車（也可用其他方式）將其下入預(yù)定深度，慢提鋼絲使卡瓦系統(tǒng)與油管充分接觸。利用特殊機(jī)械震擊器將銷釘震斷。送人的繩索工具則可起出地面，井下堵塞工具在自封啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下預(yù)封。當(dāng)井口泄壓后堵塞器上下壓差所產(chǎn)生的推力使第二級(jí)高強(qiáng)度密封膠筒工作，達(dá)到堵塞油管的目的。堵塞器上下壓差所產(chǎn)生的推力作用在卡瓦系統(tǒng)上，推力越大卡得越緊。

文23儲(chǔ)氣庫完井管柱比較特殊，其配有專門的坐落短節(jié)，見圖3，該坐落短節(jié)與鋼絲繩下入的堵塞器配合使用，可以密封井內(nèi)的油管，給封隔器提供坐封壓力。

圖3 坐落接頭

4.1.3 工藝流程

主要施工工藝流程如下：

1）帶壓作業(yè)下入永久式封隔器下面的完井管柱，封隔器下方坐落短接處定位一個(gè)油管堵塞裝置。

2）封隔器插入密封處上部安裝與封隔器尺寸相當(dāng)?shù)钠胀ㄓ凸?，用普通油管帶著封隔器下入到坐封位置?/p>

3）打壓坐封，確保驗(yàn)封合格。

4）上部普通油管從封隔器插入密封處倒開，取出，見圖4。

圖4 封隔器回插管柱工藝

重新下入帶有液控管線工具的生產(chǎn)管柱，回接到插入密封處，最后由鋼絲作業(yè)打撈出堵塞器投產(chǎn)。安裝井口及采油樹，然后使用鋼絲作業(yè)配備工具打撈出堵塞器，進(jìn)行生產(chǎn)。

4.2 研發(fā)了起長(zhǎng)段射孔槍裝置及工藝

4.2.1 工藝特點(diǎn)

現(xiàn)有的不壓井作業(yè)工藝是利用不壓井作業(yè)裝置的環(huán)形防噴器動(dòng)密封油管，游動(dòng)卡瓦和固定卡瓦交替工作，并配合舉升系統(tǒng)液缸，在井口起下管柱。而在油氣井射孔作業(yè)過程中，槍與槍之間由于需要傳爆，上下接頭內(nèi)部相通，槍內(nèi)部還有不規(guī)則的槍架填充，射完孔后槍體又布滿孔眼，這就造成射孔槍串內(nèi)部和外部均不易封堵，導(dǎo)致油氣井的油氣泄漏，存在施工安全隱患。另外由于射孔工藝需要對(duì)射孔層位自下而上連續(xù)射開，對(duì)射孔的精準(zhǔn)度和質(zhì)量又有嚴(yán)格的要求，以保證射孔效果。這就導(dǎo)致對(duì)射孔槍串進(jìn)行任何改造，如槍與槍間增加盲管、槍身外增加密封工具等，都造成部分油氣層會(huì)避射，影響氣井產(chǎn)量。因此要實(shí)現(xiàn)不壓井起射孔槍工藝難度大。現(xiàn)有不壓井起射孔槍工藝，只能起較短的射孔槍，一般射孔槍串只有幾米到幾十米。對(duì)于幾米的射孔槍串，通常采用井口放壓或少量液體壓井，快速提槍出井口的變通方法，完成起槍作業(yè)。對(duì)于幾十米的射孔槍串，通過調(diào)研國外一些完井服務(wù)公司，采用井口安裝防噴管，配合吊車將射孔槍一次提出井口。由于受防噴管安全施工和吊車起吊高度的影響，最多也只能起幾十米的射孔槍串。但對(duì)于通常利用枯竭油氣藏建的儲(chǔ)氣庫井，完井工藝要求既要最大程度保護(hù)低壓儲(chǔ)層，又要提高單井生產(chǎn)能力，因此通常一次性射開井段高達(dá)幾百米，這就導(dǎo)致現(xiàn)有的不壓井作業(yè)工藝均無法解決該問題，只能采用壓井的方式起長(zhǎng)井段射孔槍，不利于完井過程中油氣層的保護(hù)。

因此，研發(fā)了起長(zhǎng)段射孔槍裝置及工藝[3]，該裝備充分利用目前帶壓作業(yè)設(shè)備的特點(diǎn)，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，通過調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保井控安全條件下，從根本上實(shí)現(xiàn)帶壓起長(zhǎng)井段射孔槍作業(yè)，該工藝在起長(zhǎng)井段射孔全過程中無入井液，減少儲(chǔ)層污染，同時(shí)利用井控設(shè)備可實(shí)現(xiàn)每個(gè)環(huán)節(jié)井控可控，技術(shù)人員在作業(yè)過程中需操作精準(zhǔn)，確保作業(yè)質(zhì)量。起長(zhǎng)井段射孔槍裝置包括井口不壓井作業(yè)裝置及專用油管短節(jié)工具串。

4.2.2 主要工藝設(shè)備

井口不壓井作業(yè)裝置由游動(dòng)卡瓦、上固定卡瓦、環(huán)形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節(jié)、下固定卡瓦、三閘板防噴器和升降系統(tǒng)組成。游動(dòng)卡瓦安裝在升降系統(tǒng)的上橫梁中心，上固定卡瓦、環(huán)形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節(jié)、下固定卡瓦、三閘板防噴器自上至下依次通過法蘭連接，見圖5。

圖5 起長(zhǎng)井段射孔槍裝置

油管短節(jié)工具串由絲堵、油管短節(jié)、打撈工具組成，油管短節(jié)上端與絲堵螺紋連接，其下端與打撈工具反扣螺紋連接。

平衡泄壓四通一側(cè)通過平衡壓力管線與油管頭四通連接，另一側(cè)與地面放噴管線連接。

升降系統(tǒng)由上橫梁、下橫梁和升降液缸組成，升降液缸通過上橫梁和下橫梁固定連接，上橫梁在升降液缸的液壓作用下做軸向升降運(yùn)動(dòng)。

4.2.3 工藝流程

不壓井起射孔槍的主要工藝流程如下：

1）不壓井作業(yè)裝置安裝：通過井口不壓井作業(yè)裝置下部的三閘板防噴器將不壓井作業(yè)裝置安裝在井口油管頭四通上。

2）起油管：通過鋼絲作業(yè)將油管封堵工具下到井下管柱的射孔槍上部的末根油管內(nèi)，采用常規(guī)不壓井作業(yè)方法在井口起出末根油管以上的油管柱；利用環(huán)形防噴器動(dòng)密封油管，游動(dòng)卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管，直至射孔槍接頭位于不壓井作業(yè)裝置的升高短節(jié)缸體內(nèi)，關(guān)閉下固定卡瓦，使其卡住射孔槍，拆卸末根油管，游動(dòng)卡瓦和上固定卡瓦交替工作將其起出全封防噴器上部后，關(guān)閉全封防噴器，打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側(cè)閘門，泄掉全封防噴器以上缸內(nèi)壓力，開環(huán)形防噴器，將末根油管提出井口。

3）撈射孔槍：井口下油管短節(jié)工具串，其自上而下依次為絲堵、油管短節(jié)、卡瓦打撈筒，游動(dòng)卡瓦和上固定卡瓦交替工作將油管短節(jié)工具串下至全封防噴器上部，關(guān)環(huán)形防噴器，打開平衡泄壓四通與壓力平衡管線相連的一側(cè)閘門，重新平衡全封防噴器以上缸內(nèi)壓力，開全封防噴器，繼續(xù)下油管短節(jié)工具串，使其下部卡瓦打撈筒打撈住射孔槍接頭后，游動(dòng)卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管短節(jié)工具串，直至下節(jié)射孔槍接頭位于下固定卡瓦上端面，同時(shí)使上節(jié)射孔槍位于升高短節(jié)至平衡泄壓四通之間的缸體內(nèi)，關(guān)閉下固定卡瓦，使其卡住射孔槍。

4）卸起射孔槍：轉(zhuǎn)動(dòng)井口油管短節(jié)工具串，使上下兩節(jié)射孔槍脫扣后，游動(dòng)卡瓦和上固定卡瓦交替工作起上節(jié)射孔槍至全封防噴器上部，關(guān)閉全封防噴器，打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側(cè)閘門，泄掉全封防噴以上缸內(nèi)壓力，開環(huán)形防噴器，提油管短節(jié)工具串及與其相連射孔槍出井口。

5）循環(huán)步驟3）、4）直至射孔槍串全部起出。

5 結(jié)論

針對(duì)儲(chǔ)氣庫注采井不能實(shí)現(xiàn)帶壓下帶液控管線管柱、無法帶壓起長(zhǎng)井段射孔槍的、無法實(shí)現(xiàn)完全井控的安全風(fēng)險(xiǎn)的問題，創(chuàng)新形成了帶壓作業(yè)配合封隔器回插管柱工藝，解決無法帶壓下液控管線的難題，研發(fā)了起長(zhǎng)射孔槍裝置及工藝，解決了無法帶壓起長(zhǎng)射孔槍的難題。這兩種儲(chǔ)氣庫帶壓作業(yè)工藝可行性已經(jīng)過多次專家論證，可操作性強(qiáng)，工藝成熟，可有效解決儲(chǔ)氣庫井投產(chǎn)作業(yè)過程中井控安全和低壓儲(chǔ)層保護(hù)的難題。目前研究人員在衛(wèi)城儲(chǔ)氣庫、文13西儲(chǔ)氣庫、文24儲(chǔ)氣庫等可研方案上進(jìn)行論證，待儲(chǔ)氣庫建設(shè)投產(chǎn)可進(jìn)一步探索應(yīng)用，同時(shí)為國內(nèi)同類儲(chǔ)氣庫建設(shè)提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。