氣井帶壓起復(fù)雜管柱施工難點(diǎn)及對(duì)策

胡旭光

(1中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2國(guó)家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心)

氣井帶壓起管柱技術(shù)已在中石油長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)、中石油涪陵頁巖氣區(qū)塊廣泛應(yīng)用[1]，但需起出的管柱結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，大致管柱結(jié)構(gòu)為：油管掛+油管+工作筒+油管+工作筒+篩管，或油管掛+油管+篩管。通常采用鋼絲作業(yè)設(shè)備在工作筒上坐封堵塞器或光油管上打電纜橋塞實(shí)現(xiàn)管柱內(nèi)封堵后，帶壓起出井內(nèi)管柱，工藝已較為成熟，但缺少帶壓起復(fù)雜管柱的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，限制了氣井帶壓作業(yè)技術(shù)的發(fā)展。以帶壓起復(fù)雜管柱實(shí)際案例為分析對(duì)象，歸納了作業(yè)過程中關(guān)鍵工藝難點(diǎn)，針對(duì)難點(diǎn)總結(jié)應(yīng)對(duì)措施，為今后帶壓起復(fù)雜管柱提供參考與指導(dǎo)。

一、施工難點(diǎn)分析

1.復(fù)雜管柱內(nèi)封堵

帶壓起管柱的首要工作是進(jìn)行井內(nèi)管柱內(nèi)封堵[2-3]。對(duì)于管柱結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的情況，可通過電纜橋塞或鋼絲輸送堵塞器完成管柱內(nèi)封堵。但若井下管柱中含有封隔器、滑套等工具，且封隔器、滑套的內(nèi)徑小于油管內(nèi)徑，如何通過小直徑工具封堵大直徑管柱是進(jìn)行此類帶壓起管柱的關(guān)鍵難點(diǎn)之一。

以四川地區(qū)X1井為例，其井下管柱結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 X1井管柱結(jié)構(gòu)

井內(nèi)油管內(nèi)徑為97 mm，酸化封隔器內(nèi)徑為90 mm。自井口往下1號(hào)滑套內(nèi)徑為74 mm，2號(hào)滑套內(nèi)徑為69 mm，3號(hào)滑套內(nèi)徑為64 mm，其余短節(jié)、變扣、水力錨等內(nèi)徑均不小于90 mm(未在圖中標(biāo)出)。為達(dá)到帶壓起管柱條件，內(nèi)封堵工具需通過3號(hào)滑套(內(nèi)徑64 mm)封堵下部油管(內(nèi)徑97 mm)，常規(guī)橋塞或油管堵塞器能通過與油管內(nèi)徑相同或略小于油管內(nèi)徑的工具進(jìn)行油管內(nèi)封堵，但無法通過內(nèi)徑為64 mm的滑套封堵內(nèi)徑為97 mm的油管。

2.起管柱時(shí)遇阻卡

油氣田開發(fā)中通過下入帶有分級(jí)壓裂封隔器的壓裂管柱進(jìn)行加砂壓裂，或下入帶有封隔器的注氣管柱向井底注氣以提高產(chǎn)量。但加砂壓裂時(shí)存在油套連通的風(fēng)險(xiǎn)，注氣完成后打撈封隔器時(shí)也可能出現(xiàn)油套連通導(dǎo)致無法繼續(xù)施工，需進(jìn)行帶壓作業(yè)以解決油套連通難題。

(1)以四川地區(qū)X1井為例，X1井井內(nèi)管柱含有4個(gè)封隔器，封隔器外徑均為148 mm，油層套管內(nèi)徑為154.78 mm，封隔器與油層套管間距僅為3.39 mm。因井內(nèi)含有壓裂砂或其他固體懸浮物，同時(shí)封隔器不可能處于絕對(duì)居中狀態(tài)，帶壓起此類管柱時(shí)極易遇阻遇卡。

該井帶壓起管柱時(shí)累計(jì)起出油管59根時(shí)，感覺到管柱震動(dòng)并有掛卡現(xiàn)象，同時(shí)懸重持續(xù)上漲，升至91 t時(shí)，伸長(zhǎng)量為1.23 m，懸重升至110 t時(shí)，伸長(zhǎng)量為0.67 m，總伸長(zhǎng)量為1.9 m，管柱遇卡，兩次下放后嘗試上提均在同一位置遇卡。通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)管柱6圈，每次轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，扭矩4 000 N·m；然后邊轉(zhuǎn)邊上提，旋轉(zhuǎn)2圈，扭矩達(dá)到4 400 N·m，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，懸重為93 t；下放管柱至接單根位置并再次上提，上提至110 t，解卡失敗。

(2)以長(zhǎng)慶地區(qū)X2井為例，X2井井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)見圖2。井內(nèi)彈性扶正器及封隔器外徑均為115 mm，油層套管內(nèi)徑為124.26 mm，封隔器與油層套管間距僅為4.63 mm。X2井為注氣井，前期已進(jìn)行壓井作業(yè)，井內(nèi)油氣與壓井液中固相物質(zhì)混合后懸浮在井筒中，附著在套管壁上，極易導(dǎo)致帶壓起管柱時(shí)遇阻遇卡。

圖2 X2井井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)

該井下入帶有扶正器、撈矛的管柱打撈井內(nèi)封隔器，帶壓下入289根油管后緩慢下推封隔器至2 749.3 m，待液缸懸重減少15 t后上提油管，上提3.3 m后遇卡，增大上提力至45 t，未解卡，每隔1 h嘗試上提下放油管，未解卡。

3.復(fù)雜管柱過長(zhǎng)

帶壓作業(yè)裝置通過卡瓦系統(tǒng)提供對(duì)管柱的夾持力，卡瓦系統(tǒng)由固定卡瓦和游動(dòng)卡瓦組成，其主要功能是卡緊管柱，通過固定卡瓦與游動(dòng)卡瓦的相互倒換起出管柱，防止管柱在帶壓作業(yè)過程中飛出或落井[4-6]。卡瓦規(guī)格型號(hào)應(yīng)與井內(nèi)主要管柱的外徑保持一致，因此對(duì)于目前應(yīng)用較多的帶壓起光油管，往往通過調(diào)整油管接箍位置，使其避開卡瓦牙，保持卡瓦夾持在油管本體上。但對(duì)于復(fù)雜管柱，由于其外徑不同于主要管柱，若其整體長(zhǎng)度大于游動(dòng)卡瓦與固定卡瓦之間的最大高度，會(huì)導(dǎo)致兩種卡瓦均無法夾持，無法起出井內(nèi)管柱。

以X2井為例，井內(nèi)復(fù)雜管柱段為：滑套+彈性扶正器+ Y445封隔器+彈性扶正器+變扣短節(jié)+油管外加厚母扣×0.13 m，則復(fù)雜管串總長(zhǎng)度為3.95 m，大于帶壓作業(yè)機(jī)游動(dòng)卡瓦與固定卡瓦之間的理論最大高度3.5 m，無法實(shí)現(xiàn)卡瓦之間的倒換夾持。

二、應(yīng)對(duì)措施

1.使用過油管橋塞

目前帶壓起管柱前進(jìn)行管柱內(nèi)封堵的方式主要有以下兩種：對(duì)于預(yù)置工作筒的管柱可以通過鋼絲投放對(duì)應(yīng)型號(hào)的堵塞器進(jìn)行封堵；對(duì)于無預(yù)置工作筒的可采用電纜橋塞實(shí)現(xiàn)管柱內(nèi)封堵。但對(duì)于需通過小尺寸管柱封堵大尺寸管柱是以上兩種方式無法實(shí)現(xiàn)的，針對(duì)此種情況，推薦使用過油管堵塞器，實(shí)現(xiàn)“過小封大”。

以X1井為例，連接過油管橋塞工具串，依次為：電纜頭+液體腔+磁定位+坐封工具+測(cè)試壓力平衡閥+穩(wěn)壓器+機(jī)械丟手+液壓丟手+過油管橋塞，過油管橋塞外徑為54.1 mm，其參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

表1 過油管橋塞工具串參數(shù)

圖3 過油管橋塞示意圖

通過電纜作業(yè)設(shè)備下入電纜，速度控制在60～80 m/min，從3 500 m開始電纜下入速度降至20 m/min，開始使用定位器進(jìn)行校深，到達(dá)橋塞坐封位置3 638 m后，坐封橋塞，下放探塞面確認(rèn)橋塞已坐封，對(duì)54.1 mm過油管橋塞進(jìn)行油管內(nèi)和油套環(huán)空試壓10 MPa，試壓合格，成功通過內(nèi)徑為64 mm的滑套封堵內(nèi)徑為97 mm的油管。

2.旋轉(zhuǎn)管柱及沖刷井筒

(1)通過帶壓作業(yè)機(jī)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)管柱。以X1為例，通過每次旋轉(zhuǎn)管柱1/4至1/2圈，改變管柱相位角嘗試解卡。在卡點(diǎn)之前每次正向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤1/4圈，然后上提管柱。每次到卡點(diǎn)后，扭矩在管柱內(nèi)向下傳遞，管柱有明顯震動(dòng)，提升力為91 t，下放至接單根位置，再次上提，扭矩繼續(xù)傳遞，有震感；轉(zhuǎn)動(dòng)四次，旋轉(zhuǎn)一周，再次旋轉(zhuǎn)1/4圈，管柱在井內(nèi)有明顯震動(dòng)，懸重為63 t，比正常上提懸重少5 t，管柱解卡，繼續(xù)上提至走完一個(gè)液缸行程，懸重恢復(fù)為正常值68 t，管柱解卡成功。

對(duì)比解卡過程發(fā)現(xiàn)，帶壓旋轉(zhuǎn)管柱時(shí)每次旋轉(zhuǎn)1圈未能解卡，但旋轉(zhuǎn)1/4至1/2圈能順利解卡。分析原因，總結(jié)出旋轉(zhuǎn)一圈可能導(dǎo)致管柱解卡后再次到達(dá)卡點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)1/4至1/2圈能使復(fù)雜管柱解卡后不至于再次到達(dá)卡點(diǎn)，從而順利解卡。而對(duì)于不同情況下的帶壓起復(fù)雜管柱遇卡難題，可根據(jù)情況調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)幅度進(jìn)行解卡。

(2)正循環(huán)沖刷井筒。以X2井為例，多次上提下放管柱未能解卡后，采取從油管內(nèi)大排量注入清水沖刷井筒內(nèi)卡點(diǎn)位置的方法，嘗試進(jìn)行解卡。連接地面循環(huán)管線，打開套管泄壓流程，通過2000型壓裂車向油管內(nèi)以排量0.27 m3/min持續(xù)注入35 m3清水進(jìn)行正循環(huán)，注入壓力13 MPa之后試提管柱，成功解卡。

3.轉(zhuǎn)移管柱載荷

以X2井為例，要解決復(fù)雜管串過長(zhǎng)無法起出的難題，首先必須實(shí)現(xiàn)井內(nèi)管柱自身載荷的轉(zhuǎn)移?？稍诰诮M合合適位置加入懸掛法蘭來解決此問題，其參數(shù)見表2。通過上緊頂絲給懸掛齒施加載荷，使懸掛齒緊緊卡在均勻外徑的管柱上，承受管柱重量，此時(shí)即可打開帶壓作業(yè)機(jī)游動(dòng)卡瓦及固定卡瓦，將上部復(fù)雜管柱卸扣后重新聯(lián)入與卡瓦尺寸匹配的上提短節(jié)，即可關(guān)閉游動(dòng)卡瓦，松開懸掛法蘭頂絲，帶壓起出下部復(fù)雜管柱。

表2 懸掛法蘭規(guī)格參數(shù)

三、結(jié)論與建議

(1)管柱內(nèi)封堵、遇阻卡、復(fù)雜段長(zhǎng)是氣井帶壓起復(fù)雜管柱中可能遇到的關(guān)鍵工藝難題。

(2)過油管橋塞是解決過小直徑管柱封堵大直徑管柱難題的有效工具。

(3)對(duì)比解卡過程發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)一圈可能導(dǎo)致管柱解卡后再次到達(dá)卡點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)1/4至1/2圈能使復(fù)雜管柱解卡后不至于再次到達(dá)卡點(diǎn)，從而順利解卡。而對(duì)于不同情況下的帶壓起復(fù)雜管柱遇卡難題，可根據(jù)情況調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)幅度進(jìn)行解卡。

(4)對(duì)于復(fù)雜管柱段過長(zhǎng)，帶壓作業(yè)機(jī)卡瓦系統(tǒng)無法倒換的情況，可在井口組合中加入懸掛法蘭進(jìn)行載荷轉(zhuǎn)移，從而配合完成卡瓦系統(tǒng)的倒換。