淺層外漏抽油機(jī)井簡(jiǎn)易封堵工具研制

李東雷

（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

某采油廠地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層較多、地層水礦化度較高，現(xiàn)已進(jìn)人特高含水開發(fā)階段，淺層套管因腐蝕造成新增外漏井?dāng)?shù)逐年增多，給油田環(huán)保帶來較大隱患，同時(shí)也為修井作業(yè)及后續(xù)的油井生產(chǎn)帶來極大的困難[1]。截至2022 年12 月底，該采油廠共有未治理的淺層外漏抽油機(jī)井189 口，受意外停機(jī)和泵況等條件影響，存在外漏污染周圍環(huán)境和影響生產(chǎn)時(shí)率的雙重隱患。國(guó)內(nèi)、外在套管外漏井治理方面主要是采用水泥封堵法、加固管封堵法及取換套法[2]。水泥封堵法主要是將水泥漿輸送到漏點(diǎn)周圍，待水泥固化后將漏點(diǎn)封固；取換套技術(shù)是將損傷套管取出，更換新套管，治理效果好，但費(fèi)用較高，施工周期長(zhǎng)；加固管封堵技術(shù)是采用在套管內(nèi)補(bǔ)貼封加固，利用加固管將漏點(diǎn)密封隔離，防止管內(nèi)液體返出[3]。針對(duì)淺層外漏注入井，目前可通過查找漏點(diǎn)并在漏點(diǎn)以下位置下入封隔器進(jìn)行暫時(shí)封堵。針對(duì)淺層外漏的采出井，在實(shí)施大修治理之前尚未發(fā)現(xiàn)有可靠的暫時(shí)封堵措施[4]。目前常用的封隔器主要有分層用的可洗井封隔器和封堵用的不可洗井封隔器兩大類。封堵用的不可洗井封隔器主要有FXY445-114 空橋、FXZY445-114-CY3 自驗(yàn)封、Y341-100 楔入式、FX-TDCG-K445-95 空心橋塞、Y443-114 可鉆橋塞、 Y443-100 可鉆橋塞和Y445-112 橋塞等工具[5]，內(nèi)通徑均低于50mm，用在淺層外漏抽油機(jī)井的外漏點(diǎn)封堵后，無法滿足抽油桿接箍及扶正器的通過，封堵后難以繼續(xù)生產(chǎn)。急需一種簡(jiǎn)易、快速封堵淺層外漏點(diǎn)的技術(shù)解決安全環(huán)保隱患，提前恢復(fù)生產(chǎn)。為此，研制應(yīng)用淺層外漏抽油機(jī)井簡(jiǎn)易封堵工具。

1 簡(jiǎn)易封堵管柱設(shè)計(jì)

在封堵管柱設(shè)計(jì)上著重從“簡(jiǎn)化作業(yè)施工、保證封堵效果、消除安全環(huán)保隱患和延長(zhǎng)封堵有效期”出發(fā)，依據(jù)漏點(diǎn)分布情況，并結(jié)合單井生產(chǎn)實(shí)際，研發(fā)配套的堵漏管柱，在有效堵漏的前提下滿足生產(chǎn)實(shí)際。

1.1 橋式雙卡可洗井封堵管柱設(shè)計(jì)

針對(duì)外漏點(diǎn)少、集中且縱向分布距離小，需定期反洗井的采出井，研制橋式雙卡可洗井封堵管柱。該管柱主要由橋式封堵封隔器和防蠕動(dòng)減載工具組成，在外漏點(diǎn)上下分別下入一級(jí)橋式封堵封隔器，兩級(jí)封隔器之間設(shè)有橋式通道，并通過兩層油管連接，外層油管采用3 寸油管，內(nèi)管采用2 寸半油管，內(nèi)外中心管環(huán)形空間為單向液流通道，可滿足反洗井需要。通過防蠕動(dòng)減載工具配合油管錨解決管柱伸縮對(duì)封堵封隔器的影響，提高封堵效果、有效延長(zhǎng)封堵有效期[6]。橋式雙卡可洗井封堵管柱結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 橋式雙卡可洗井封堵管柱結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of plugging string for bridge-type double-clip washable well

1.2 單卡封堵管柱設(shè)計(jì)

針對(duì)外漏點(diǎn)多且縱向分布距離大，無需定期反洗井的采出井，研制單卡封堵管柱。該管柱主要由單卡封堵封隔器、防蠕動(dòng)減載工具和油管錨組成，在外漏點(diǎn)以下位置下入單卡封堵封隔器，單卡封堵封隔器下方連接防蠕動(dòng)減載工具、油管錨，通過油管錨解決下部油管伸縮產(chǎn)生的蠕動(dòng)和載荷，通過防蠕動(dòng)減載工具配合油管錨解決上方管柱伸縮產(chǎn)生的蠕動(dòng)和載荷，提高封堵效果和封堵有效期。單卡封堵封隔器內(nèi)通徑不低于62 mm，與2 寸半油管內(nèi)通徑一致，滿足抽油桿、接箍及扶正器順利通過。單卡封堵管柱結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 單卡封堵管柱結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of single-clip plugging string

針對(duì)易被偷盜的高產(chǎn)油井，或者需要進(jìn)行液面測(cè)試的井，將上述管柱的單卡封堵封隔器改為防盜油功能的封堵封隔器。該封堵封隔器具備防盜油功能的封堵封隔器依靠動(dòng)液面的高低實(shí)現(xiàn)反復(fù)坐解封，當(dāng)油套環(huán)空的動(dòng)液面形成的液柱高于該封隔器一定距離后，封堵封隔器坐封，當(dāng)動(dòng)液面下降一定距離后，封堵封隔器解封。

2 配套工具研制

依據(jù)兩種淺層外漏抽油機(jī)井封堵管柱結(jié)構(gòu)，完成橋式封堵封隔器、單卡封堵封隔器、具備防盜油功能的封堵封隔器和防蠕動(dòng)減載工具四種配套工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 橋式封堵封隔器

橋式封堵封隔器采用上下兩級(jí)設(shè)計(jì)，上橋式封堵封隔器的橋式通道位于密封膠筒的上端，從下接頭處進(jìn)入兩層管，下橋式封堵封隔器與上橋式封堵封隔器為對(duì)稱式設(shè)計(jì)，其橋式通道位于密封膠筒下端，兩級(jí)橋式封隔器通過兩層油管連接，外層油管為3 寸油管，兩端均采取螺紋連接的方式；內(nèi)層油管為2 寸半油管，采取一端螺紋連接一端插接的方式，內(nèi)通徑不低于62 mm，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外漏點(diǎn)的有效封堵，同時(shí)能夠滿足反洗井和抽油桿及接箍順利通過[7]。橋式封堵封隔器結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 橋式封堵封隔器結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of bridge-type plugging packer

2.2 單卡封堵封隔器

在常規(guī)機(jī)械封堵工具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，擴(kuò)大內(nèi)通徑尺寸至62 mm，與油管內(nèi)徑尺寸相同，滿足抽油桿、接箍及扶正器順利通過，同時(shí)對(duì)內(nèi)通徑進(jìn)行防腐處理，提高內(nèi)通道抗腐蝕和抗偏磨能力。坐封機(jī)構(gòu)采用雙坐封腔設(shè)計(jì)，擴(kuò)大坐封面積，降低坐封壓力。單卡封堵封隔器結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 單卡封堵封隔器結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of single-clip plugging packer

2.3 具備防盜油功能的封堵封隔器

具備防盜油功能的封堵封隔器通過油套環(huán)空的動(dòng)液面形成的液柱壓力來坐封，當(dāng)動(dòng)液面高于該工具一定距離后，液柱壓力推動(dòng)坐封活塞上行，在壓縮膠筒坐封的同時(shí)，壓縮彈簧上行為彈簧蓄力。膠筒坐封到位后，該工具以下的液體無法通過膠筒部位上行，使油套環(huán)空的動(dòng)液面高度無法繼續(xù)上升至井口，在有效堵漏的同時(shí)實(shí)現(xiàn)防盜油功能。當(dāng)液面低于一定高度時(shí)，坐封活塞在壓縮彈簧的作用下，帶動(dòng)膠筒回位，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)液面的環(huán)空測(cè)試。具備防盜油功能的封堵封隔器結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 具備防盜油功能的封堵封隔器結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of plugging packer with anti-theft oil function

2.4 防蠕動(dòng)減載工具

在抽油泵活塞抽汲過程中，會(huì)在油管上產(chǎn)生較大的軸向力，由于油管錨的錨定作用，當(dāng)封隔器和管錨距離較近時(shí)，管錨主要受力，可對(duì)封隔器膠筒起到很好的保護(hù)作用[8]；當(dāng)二者距離較遠(yuǎn)時(shí)，這個(gè)力將直接作用在膠筒上，引起膠筒變形和脫落，導(dǎo)致封堵工具失效[9]。為有效解決抽汲過程中軸向力對(duì)封堵封隔器膠筒密封效能的影響，保證封堵效果及有效期，研制一種防蠕動(dòng)減載工具，消除軸向力的影響[10]。該防蠕動(dòng)減載工具設(shè)有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)的兩個(gè)部件之間采用車氏組合密封，上沖程時(shí)，滑套上行并壓縮彈簧，靠彈簧的壓縮力和位移量抵消上沖程對(duì)密封膠筒的影響；下沖程時(shí)，滑套下行，彈簧逐步恢復(fù)至原狀態(tài)，靠位移量抵消下沖程對(duì)密封膠筒的影響，如此往復(fù)。該工具下井時(shí)，在承受一定拉伸力時(shí)，滑套的兩個(gè)防轉(zhuǎn)部件的凹凸槽配合，可防止其發(fā)生旋轉(zhuǎn)[11]。防蠕動(dòng)減載工具結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 防蠕動(dòng)減載工具結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure diagram of anti-creep load-shedding tool

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

淺層外漏抽油機(jī)井簡(jiǎn)易封堵管柱累計(jì)應(yīng)用5 井次，其中橋式可洗井雙卡封堵管柱應(yīng)用2 井次、單卡封堵管柱應(yīng)用3 井次，均封堵成功，下井成功率100%，施工周期由大修處理的14 d 縮短至4.6 d，5口井累計(jì)縮短躺井周期47 d，多產(chǎn)油45 t，折合人民幣23 萬元。淺取套單井施工費(fèi)用70 萬元，水泥漿封堵施工費(fèi)用18 萬元，采用該方案施工費(fèi)用3.5萬元。施工5 口井，按減少1 口淺取套、4 口水泥封堵計(jì)算，節(jié)省費(fèi)用124.5 萬元。累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益147.5 萬元。淺層外漏抽油機(jī)井簡(jiǎn)易封堵管柱應(yīng)用情況見表1。

表1 淺層外漏抽油機(jī)井簡(jiǎn)易封堵管柱應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical table of application of simple plugging string in shallow external leakage pumping well

橋式雙卡封堵管柱以X9-D4-120 井為例，該井于2022 年10 月23 日因泵漏失待作業(yè)處理，10 月25日完成工程設(shè)計(jì)，并隨工程方案設(shè)計(jì)了淺層外漏的封堵工具，X9-D4-120 井工程方案設(shè)計(jì)見表2。

表2 X9-D4-120 井工程方案設(shè)計(jì)Tab.2 Engineering scheme design of Well X9-D4-120

10 月27 日進(jìn)行作業(yè)施工，根據(jù)漏點(diǎn)情況，10 月28 日選擇下入橋式封堵管柱，并將橋式封堵封隔器上接頭下至75 m 處，使該封隔器的上下兩組膠筒分別置于漏點(diǎn)的上下位置，完井管柱下入完成后進(jìn)行地面打壓，打壓至10 MPa 時(shí)，封隔器釋放，釋放完成后下入抽油桿。完井后在該井進(jìn)行了反洗井試驗(yàn)，洗井過程地面未發(fā)現(xiàn)滲漏，驗(yàn)證了封堵的可靠性。

單卡封堵管柱以X9-3-28 井為例，該井于2022年4 月9 日因套外漏處于待大修處理，8 月18 日完成工程設(shè)計(jì)，并隨工程方案設(shè)計(jì)了淺層外漏的封堵工具，X9-3-28 井工程方案設(shè)計(jì)見表3。

表3 X9-3-28 井工程方案設(shè)計(jì)Tab.3 Engineering scheme design of Well X9-3-28

8 月29 日進(jìn)行作業(yè)施工，通過找漏，發(fā)現(xiàn)3 處外漏點(diǎn)，分別在19.5 m、34.6 m 和53.3 m，根據(jù)漏點(diǎn)情況，9 月5 日選擇下入單卡封堵管柱，并將封堵封隔器上接頭下至55 m 處，使該封隔器的膠筒置于最深漏點(diǎn)的以下位置，完井管柱下入完成后進(jìn)行地面打壓，打壓至10 MPa 時(shí)，封隔器釋放，釋放完成后下入抽油桿。完井后在該井正常生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中進(jìn)行停機(jī)試驗(yàn)并連續(xù)觀察48 h，地面未發(fā)現(xiàn)滲漏，驗(yàn)證了封堵的可靠性。

4 結(jié)論

1）通過設(shè)計(jì)應(yīng)用橋式雙卡可洗井封堵管柱和單卡封堵管柱兩種適應(yīng)于淺層外漏抽油機(jī)井封堵管柱，為及時(shí)解決淺層外漏井地表返液帶來環(huán)保隱患提供了新的技術(shù)手段。

2）通過研制應(yīng)用橋式封堵封隔器、單卡封堵封隔器和具備防盜油功能的封堵封隔器三種封堵封隔器，配合防蠕動(dòng)減載工具，有效解決了當(dāng)前不同井況條件淺層外漏封堵的需要。

3） 通過5 井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，封堵成功率100%，平均施工周期4.6 d，封堵后平均日產(chǎn)液41.8 t，日產(chǎn)油量0.96 t，累計(jì)縮短躺井周期47 d，多產(chǎn)油45 t，獲得產(chǎn)油效益23 萬元，節(jié)省施工成本124.5 萬元，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益147.5 萬元。