帶壓作業(yè)工藝在長寧區(qū)塊修井作業(yè)中的應(yīng)用

張剛鋒，楊嘉旭，李厚杰，江小龍，李明卓

中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)監(jiān)督中心（四川 成都 610017)

長寧頁巖氣田位于宜賓市珙縣、興文縣和筠連縣境內(nèi)，開采層位為龍馬溪組，該層位頁巖氣不含硫化氫，地面采氣集輸采用氣液分輸方案，通過新建采氣管道與原集輸管網(wǎng)聯(lián)通，井場內(nèi)管網(wǎng)非常密集，如圖1所示。但是后期因為井下出砂，管柱腐蝕或者其他原因需要修井作業(yè)時，場內(nèi)的集輸管網(wǎng)則影響鉆機或者修井機的正常安裝，移除井場內(nèi)輸氣管網(wǎng)、分離器、計量裝置和其他附屬設(shè)施耗時費力，而帶壓作業(yè)機則占地面積小，既能免除拆裝地面輸氣管網(wǎng)，又能在不壓井的條件下起下管柱，起到了保護產(chǎn)層、縮短施工周期和節(jié)省費用的作用[1-4]。

圖1 帶壓作業(yè)現(xiàn)場

1 氣井帶壓作業(yè)技術(shù)

1.1 帶壓作業(yè)技術(shù)簡介

帶壓作業(yè)技術(shù)就是油氣水井井口帶壓狀態(tài)下，利用專業(yè)的設(shè)備和工具來控制油套環(huán)形空間動態(tài)密封及管柱防噴問題，通過液壓缸、移動卡瓦和固定卡瓦三者的配合，安全起下管柱配合完成修井作業(yè)的一種新技術(shù)[5-6]。

1.2 帶壓作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 管內(nèi)壓力控制技術(shù)

在西南油氣田進行的帶壓作業(yè)，管內(nèi)壓力控制技術(shù)主要是用油管橋塞或破裂盤控制油管內(nèi)壓力。氣井帶壓修井作業(yè)常用電纜輸送橋塞，由電纜精確輸送橋塞到達預(yù)定位置后通電，引爆投送工具內(nèi)的火藥筒，產(chǎn)生的高壓氣體推動工具的座封活塞移動，拉伸連接桿，直至連桿拉斷，實現(xiàn)丟手坐封，如圖2所示。

圖2 電纜橋塞結(jié)構(gòu)示意圖

氣井帶壓下完井管柱作業(yè)常用破裂盤控制管內(nèi)壓力，完井管柱下到位后，換裝采氣樹，再用氮氣、天然氣或者清水正憋打通管內(nèi)破裂盤，實現(xiàn)管內(nèi)暢通，為油氣提供暢通的通道，如圖3所示。

圖3 陶瓷破裂盤結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 環(huán)空防噴控制系統(tǒng)

帶壓作業(yè)環(huán)空防噴控制系統(tǒng)主要包括工作防噴器和安全防噴器。工作防噴器包括環(huán)形防噴器和上、下半封閘板防噴器。當(dāng)環(huán)形防噴器不能安全承受井內(nèi)壓力時，用上、下閘板防噴器可提供井控選擇或?qū)С鲢@具串。環(huán)形防噴器主要有密封作用，環(huán)形膠心對油管外徑變化有快速反應(yīng)，抱緊井內(nèi)管柱，實現(xiàn)動密封，使管柱在井筒內(nèi)移動。安全防噴器組包括剪切閘板防噴器、全封閘板防噴器和與管柱外徑適配的半封閘板防噴器[7-8]。

1.3 氣井帶壓作業(yè)工藝的優(yōu)點

1.3.1 保持產(chǎn)層原始狀態(tài)，減少油氣層傷害

帶壓作業(yè)的最大優(yōu)點在于它不需要壓井，沒有壓井液污染地層情況，可保護和維持地層的原始產(chǎn)能，避免壓井液對儲層的影響，為油氣田的長期開發(fā)和穩(wěn)定生產(chǎn)提供良好的基礎(chǔ)，提高綜合經(jīng)濟效益。

1.3.2 縮短作業(yè)周期，節(jié)省作業(yè)成本

無論是機采井、自噴井還是注水井、注氣井，關(guān)井后井口基本上都有壓力，從幾兆帕到幾十兆帕。相比常規(guī)壓井作業(yè)，帶壓作業(yè)可節(jié)約壓井液及其運輸、處理費等，同時還可縮短作業(yè)周期、節(jié)約作業(yè)成本。

1.3.3 保持注水區(qū)塊地層壓力

注水井修井，帶壓作業(yè)不需要停注放壓、壓井等，可直接完成修井作業(yè)，既可大大縮短施工周期，又可保持地層壓力，進而保持采油井單井產(chǎn)量。而常規(guī)修井通常采用放壓作業(yè)，放壓時間長，影響周邊采油井甚至整個區(qū)塊壓力平衡，放完后還存在處理污水、解決污染等問題。

1.3.4 占地面積小

普通的修井作業(yè)機提升系統(tǒng)動力來自于主機的絞車，動力載車占地面積大，在管網(wǎng)密集的作業(yè)場所施工時，無法開展修井作業(yè)，而帶壓作業(yè)機提升系統(tǒng)靠兩根液缸上下移動，設(shè)備呈立體化排布，動力源通過液壓軟管遠程給升降液缸提供動力，尤其在管網(wǎng)密集的作業(yè)現(xiàn)場，通過合理安排設(shè)備位置，最大程度上維持原來集輸管網(wǎng)布局，既免除了拆裝地面輸氣管網(wǎng)，又縮短施工周期和費用，降低施工風(fēng)險[9]。

1.3.5 帶壓作業(yè)機功能強大，滿足常見修井作業(yè)需求

帶壓作業(yè)機作業(yè)范圍通常包括修井、完井、射孔、打撈、磨銑、壓裂酸化、搶險及其他特殊作業(yè)，在大多數(shù)情況下，能替代修井機進行常規(guī)的小型修井作業(yè)[10]。

2 長寧區(qū)塊老井存在的問題

2022 年長寧區(qū)塊頁巖氣井采用帶壓作業(yè)機完成修井140 余口，部分井原井完井油管腐蝕穿孔嚴(yán)重，不能進行帶壓起下油管，還有相當(dāng)一部分井出砂嚴(yán)重，用帶壓作業(yè)機起出原井完井油管，再沖砂完成修井作業(yè)。

2.1 管柱存在腐蝕、穿孔

在天然氣開采過程中，井內(nèi)油管與天然氣中所攜帶的地層水和其中溶解的碳酸鹽、氯化物/其他礦物鹽以及H2S 與CO2等酸性氣體和其他的硫化物以及酸化作業(yè)時殘酸液等接觸，在井筒環(huán)境下普遍存在油管內(nèi)、外壁的腐蝕。其原理主要是H2S 與CO2等酸性氣體溶解在水中形成弱酸，弱酸中的氫離子奪取了鐵分子中的電子，鐵分子失去電子變成二價鐵離子溶解在水中，久而久之油管表面材料損失形成了各種凹坑、剝蝕甚至孔洞。

2.2 原井管柱斷脫，需要壓井后進行修井作業(yè)

油管腐蝕進一步加劇，從表面剝蝕發(fā)展到孔洞，甚至接近斷脫。在修井作業(yè)起管柱時，腐蝕嚴(yán)重的油管本體不堪重負，發(fā)生斷脫，部分井的油管腐蝕斷脫落井，這兩種情況都需要后期下打撈工具進行打撈落魚。一旦管柱被腐蝕穿孔或斷脫，則無法采用管內(nèi)橋塞的方式封堵管內(nèi)壓力。

2.3 地層出砂嚴(yán)重

長寧區(qū)塊大多數(shù)頁巖氣井生產(chǎn)井段跨度都在1 000～2 000 m，日產(chǎn)氣量20×104～50×104m3，在天然氣生產(chǎn)過程中，地層出砂在所難免，根據(jù)前期生產(chǎn)過程中流體取樣進行出砂量分析，預(yù)測井內(nèi)砂柱大概高度，部分井地層砂柱高度已經(jīng)掩埋到完井管柱中部及以上。

在沖砂過程中，如果下部圈閉壓力超過井內(nèi)液柱壓力，則可能引起井噴等井控事故；如果地層壓力小于井內(nèi)液柱壓力，沖砂液失返，導(dǎo)致卡鉆等惡性事故，進而使修井作業(yè)復(fù)雜化。

3 處理措施

3.1 管柱未腐蝕穿孔的井

完井管柱未腐蝕穿孔的井直接利用井控設(shè)備控制井口壓力，在不壓井的情況下，通過工作防噴器、環(huán)形防噴器、液壓缸、移動卡瓦和固定卡瓦的配合，安全起下完井管柱。

在井口帶壓的情況下，直接用電纜或者鋼絲帶壓下入油管內(nèi)橋塞，在管鞋附近油管中部座封后，釋放管內(nèi)壓力，驗證管內(nèi)橋塞座封效果，1 h 后管內(nèi)仍然不起壓力，則管內(nèi)橋塞座封正常，油管無穿孔，正常拆采氣樹，裝帶壓作業(yè)機，按正常施工步驟起出原井完井油管，下入新完井油管，完成修井作業(yè)。

帶壓起下管柱存在的主要風(fēng)險是帶壓作業(yè)機井控裝置或油管內(nèi)橋塞一旦密封失效，井內(nèi)高壓氣體則迅速沖出井口引起著火爆炸等事故。2022年3月6日，中國石化永頁10-2HF井發(fā)生環(huán)空密封失效井口著火爆炸及人員傷亡事故。

為了最大限度杜絕井控失效事故，則要求現(xiàn)場：①嚴(yán)格執(zhí)行開工驗收、防噴演習(xí)、技術(shù)交底制度；②檢查帶壓作業(yè)機井控裝備、動力源和遠控房檢測報告、功能試驗和維保記錄；③檢查管內(nèi)橋塞工具的維保記錄和合格證；④作業(yè)過程中加強設(shè)備巡檢工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；⑤按照“六個評估”標(biāo)準(zhǔn)對隊伍資質(zhì)和人員能力開展評估；⑥住井監(jiān)督嚴(yán)格執(zhí)行西南油氣田分公司旁站監(jiān)督和步步確認制度，確保各項標(biāo)準(zhǔn)制度和甲方要求落地；⑦嚴(yán)格落實視頻監(jiān)控制度等，取得良好的效果。監(jiān)督監(jiān)管旁站監(jiān)督，監(jiān)控監(jiān)管。

3.2 管柱嚴(yán)重腐蝕穿孔和斷脫的井

管柱腐蝕穿孔的井無法采用管內(nèi)橋塞進行管內(nèi)封堵，只能根據(jù)地層壓力選擇合適密度的壓井液擠壓井后，才能起出井內(nèi)油管，完成修井作業(yè)。

對于油管腐蝕斷脫的井，用壓井液擠壓井后，起出井內(nèi)斷點以上油管，再根據(jù)井內(nèi)斷脫油管魚頭形狀，用帶壓作業(yè)機下入磨鞋進行修復(fù)魚頭，用加長撈筒或者加長撈矛等打撈井下落魚處理井筒，最后用帶壓作業(yè)機下入完井油管，實現(xiàn)復(fù)產(chǎn)，完成修井作業(yè)（圖4）。

圖4 寧216H25-1井用加長撈矛和撈筒打撈出的井內(nèi)腐蝕落魚

3.3 地層出砂嚴(yán)重的井

長寧區(qū)塊的大多數(shù)井同時存在原井完井油管腐蝕穿孔和地層砂埋完井管柱。壓井平穩(wěn)后，在帶壓作業(yè)機最大允許安全上提噸位和原井油管最大允許上提噸位二者的最小值進行試提，大部分井都能用帶壓作業(yè)機起出原井油管。

但是帶壓作業(yè)機沖砂時接單根速度較慢，一般都采用連續(xù)油管+微泡壓井液進行沖砂至人工井底，緊接著用氮氣+連續(xù)油管氣舉的方式舉出井內(nèi)沖砂液，直至恢復(fù)該井正常生產(chǎn)能力（井口壓力達到修井前壓力），最后用帶壓作業(yè)機下完井油管，完成修井作業(yè)。

如果地層砂柱較高或者其他原因，帶壓作業(yè)機無法上提原井完井管柱，比如寧209H16-5 井地層出砂太多，原井完井管柱砂埋較深，被迫采用修井機完成該井修井作業(yè)。該井在安裝修井機設(shè)備時，不得不拆除井場內(nèi)影響修井機安裝的集輸管網(wǎng)、流程和其他附屬設(shè)施，修井機的搬遷、施工周期和費用等同比帶壓作業(yè)機修井高出接近10倍，從該井的修井作業(yè)施工充分體現(xiàn)了帶壓作業(yè)工藝在長寧區(qū)塊的優(yōu)勢和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

隨著帶壓作業(yè)隊伍規(guī)模不斷發(fā)展，裝備水平提高，技術(shù)水平快速提升，配套工藝漸趨成熟，實施效果顯著，帶壓作業(yè)已初步成為節(jié)能減排、保持地層壓力、降低作業(yè)成本的重要手段之一。

2022 年西南油氣田分公司采用帶壓作業(yè)機在長寧頁巖氣區(qū)塊共完成修井140 余口井，不僅在儲層保護及產(chǎn)能維持方面取得了顯著的應(yīng)用效果，在施工周期和施工費用等方面也給其他區(qū)塊的修井作業(yè)起到了一定的示范參考作用。