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《石油鉆采工藝雜志》2016年第二期

摘要：

不壓井技術(shù)設(shè)備對其所起下的管柱結(jié)構(gòu)的要求嚴(yán)格，首先對海洋油田目前常見的各種生產(chǎn)管柱與該項(xiàng)工藝的適用性和受力情況進(jìn)行了分析，其次分別對帶電纜的生產(chǎn)管柱、帶射孔槍的管柱、氣舉生產(chǎn)管柱、射流泵生產(chǎn)管柱、壓裂管柱、自噴管柱、帶封隔器的完井管柱等在模擬海上油氣田井下環(huán)境的情況下進(jìn)行了起下作業(yè)。模擬實(shí)驗(yàn)表明：不壓井工藝可以在海上進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，但從井控角度考慮，對管柱上不帶有電纜等管線的生產(chǎn)管柱，要對其防噴器系統(tǒng)的密封性進(jìn)行改進(jìn)，以確保防噴器組的壓降控制在2%以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：

不壓井；儲層保護(hù)；生產(chǎn)管柱；模擬實(shí)驗(yàn)

能量衰竭和保護(hù)儲層不被污染是油氣田開發(fā)中必須面臨的2個(gè)問題，而氣層和低滲油氣田對儲層的污染反應(yīng)更為敏感。同時(shí)，井下作業(yè)也是確保油氣田正常開發(fā)生產(chǎn)的重要手段之一。但常規(guī)的井下作業(yè)由于有外來液進(jìn)入儲層，因此，往往會伴隨著或多或少儲層的污染。不壓井作業(yè)技術(shù)，由于其在作業(yè)過程中沒有外來液進(jìn)入井筒，也就不會導(dǎo)致儲層的污染，因此是解決這一問題的有效手段［1］。然而，對海洋油田而言，其緊湊、集約式的生產(chǎn)、工作環(huán)境，以及嚴(yán)格的安全和環(huán)保要求又使得當(dāng)前不壓井作業(yè)中使用的設(shè)施和工藝要求難以滿足。因此，改進(jìn)當(dāng)前的不壓井設(shè)施和工藝成為其能否應(yīng)用到到海上油氣田勢在必行的道路。

1不壓井作業(yè)技術(shù)簡介

不壓井作業(yè)是指在井筒內(nèi)有壓力存在的情況下，不放噴、不壓井，利用專門的管柱起下設(shè)備，并通過油管堵塞器與不壓井作業(yè)設(shè)備的配合使用，克服井筒上頂力，進(jìn)而完成生產(chǎn)或作業(yè)管柱的帶壓起出或者下入的一種作業(yè)方法［2］。不壓井作業(yè)時(shí)，油、套環(huán)空處于封閉狀態(tài)，油管內(nèi)用堵塞器，環(huán)空用防噴器來確保起下鉆期間，井筒內(nèi)壓力不會噴出到地面。不壓井作業(yè)在我國的遼河油田、大慶油田、吐哈油田都有一定規(guī)模的應(yīng)用。國外諸如美國、加拿大等國的陸地油田也有應(yīng)用的報(bào)道。但在海上油氣田還未見相關(guān)報(bào)道，或者還處在試驗(yàn)性階段。

2海上不壓井作業(yè)適用性分析

2.1海洋油田常見生產(chǎn)管柱類型

目前，海洋油氣田開發(fā)中常見的生產(chǎn)管柱比較多，總體分兩大類：一類是用來采油、采水或采氣的生產(chǎn)管柱，另一類是用以維持儲層能量的注水、注氣等生產(chǎn)管柱。一般而言，注水、注氣等管柱的結(jié)構(gòu)比較簡單，整個(gè)管柱組合除了直徑不同的油管外，基本沒有像電纜、控制管線等。但生產(chǎn)管柱則相對要復(fù)雜的多?？傮w上，生產(chǎn)管柱可分為2種，即自噴生產(chǎn)管柱和具有人工舉升功能的生產(chǎn)管柱。不管是哪一種生產(chǎn)管柱，管柱組合上基本都有電纜、控制管線等，用以提供動力、控制管柱上的相關(guān)工具、諸如藥劑、或者測試生產(chǎn)參數(shù)等。

2.2不同生產(chǎn)管柱下不壓井作業(yè)工藝適用性分析

由于不壓井作業(yè)是帶壓作業(yè)，因此，井控是作業(yè)中最重要的一環(huán)。眾所周知，管柱內(nèi)的壓力可通過下入堵塞器來隔離，油套環(huán)空則需要通過防噴器來控制。就當(dāng)前油田常用的防噴器組而言，不規(guī)則的管柱外壁結(jié)構(gòu)，或管柱外攀附有電纜、控制管線時(shí)，井控通常比較困難，或者難以實(shí)現(xiàn)非常有效、且長期的控制。而不壓井起下管柱作業(yè)，就是在關(guān)閉防器的情況下來實(shí)施。井控的難度就會較大一些。表1是國內(nèi)目前海上油氣田常見的生產(chǎn)管柱，結(jié)合不壓井作業(yè)的技術(shù)和裝備特點(diǎn)進(jìn)行了不壓井作業(yè)可行性分析。

2.3井內(nèi)管柱對不壓井設(shè)備的作用力分析

以垂直井深不超過3000m的氣井生產(chǎn)管柱的不壓井起下管柱作業(yè)為例來進(jìn)行分析。生產(chǎn)管柱選取有代表性的Ø73mm、Ø88.9mm和Ø114.3mm等3種類型，井筒內(nèi)壓力值取常見的20MPa。起下鉆作業(yè)時(shí)，不壓井設(shè)備來自管柱的作用力情況見表2。實(shí)際上，在油氣田現(xiàn)場井下作業(yè)中，設(shè)備所承受的作用力還受到井斜、摩阻、井內(nèi)流體對管柱產(chǎn)生的浮力等因素的影響。因此，在實(shí)際工作時(shí)，要充分考慮全部影響因素。并通過專門的軟件進(jìn)行受力計(jì)算。

2.4井下管柱最大外徑分析

國內(nèi)海上油氣田的生產(chǎn)套管主要有Ø244.48mm和Ø177.8mm2種，其對應(yīng)的最小內(nèi)徑分別在205.74mm和154.94mm左右。因此，生產(chǎn)管柱的最大外徑不能超過這2種生產(chǎn)套管的最小內(nèi)徑。若是用不壓井設(shè)備完成管柱起下，那設(shè)備的內(nèi)通徑應(yīng)大于244.48mm和177.8mm（海上油田常用的BOP組的內(nèi)通徑一般都是279.4mm）。根據(jù)目前常規(guī)的工作要求，并便于管柱的起下，避免卡鉆，通常入井工具的最大外徑應(yīng)小于199.90mm和152.4mm。

3不壓井作業(yè)模擬試驗(yàn)

為獲取較為詳細(xì)的資料，并更好地進(jìn)行分析，利用陸地油田的實(shí)驗(yàn)井進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M不壓井作業(yè)下的井口裝置和防噴系統(tǒng)，以及井下油氣、壓力環(huán)境，并對不同的管柱帶壓起下。因?qū)嶒?yàn)在陸地完成，所以未考慮海上氣候環(huán)境。

3.1實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Basicdata實(shí)驗(yàn)井井深150m，套管外徑為244.48mm（N80鋼級、69.94kg/m）的套管固井后試壓35MPa；井筒介質(zhì)為自來水與氮?dú)獾幕旌弦海旌媳壤秊?∶1；實(shí)驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)為0~20MPa。

3.2實(shí)驗(yàn)裝備和井下工具

3.2.1實(shí)驗(yàn)裝備不壓井作業(yè)系統(tǒng)由防噴器組、過渡管、強(qiáng)行起下裝置、編程傳感記錄系統(tǒng)、電/液動力控制系統(tǒng)、打壓設(shè)備、遠(yuǎn)程控制臺等設(shè)施組成［4］。

3.2.2實(shí)驗(yàn)井下管柱和工具為充分驗(yàn)證不壓井作業(yè)的可行性，實(shí)驗(yàn)選擇了7種具有代表性的管柱，分別為：壓裂管柱、帶電纜生產(chǎn)管柱、氣舉管柱和射孔管柱、射流泵生產(chǎn)管柱、自噴管柱、帶封隔器的完井管柱。根據(jù)管柱的功能不同，這些管柱上面分別連接有封隔器、射孔槍、座落接頭、變扣、震擊器、滑套、電潛泵機(jī)組、電纜、射流泵等工具。工具間用外徑為73mm（N80、9.67kg/m）的油管或油管短節(jié)連接。工具最大外徑不大于199.90mm，內(nèi)徑不小于58.75mm。

3.3模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖乔笞C不同生產(chǎn)管柱下，采用不壓井作業(yè)技術(shù)和裝備進(jìn)行起下作業(yè)（包括解封封隔器）等的可行性，并測試起下管柱期間，管柱上不同外徑工具和油管截面力的變化情況。實(shí)驗(yàn)開始，首先通過試壓確保井筒和防噴器組的壓降控制在2%以內(nèi)。起下管柱時(shí)，安裝于井口的壓力傳感器采集井筒壓力并傳遞到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析整理后，在顯示器上顯示出壓力隨時(shí)間變化曲線和相應(yīng)的數(shù)值。井筒壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測曲線如圖1所示。

3.4試驗(yàn)結(jié)果分析

圖1數(shù)據(jù)曲線是不同管柱下是壓力隨時(shí)間的變化曲線。壓力波動的原因主要與井筒內(nèi)介質(zhì)的氣液比變化、管柱上起下入時(shí)與井壁產(chǎn)生的摩擦力、不壓井設(shè)備對管柱的上提力和下壓力，以及管柱起下時(shí)對井筒內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的激動力等有關(guān)。由于海上平臺作業(yè)時(shí)，不壓井設(shè)備要坐在井口，與常規(guī)作業(yè)時(shí)使用的BOP組相連接。而套管頭又是套管與防噴裝置之間的重要連接件。油氣井無井下作業(yè)時(shí)，套管頭不僅要承受除表層套管以外的其他套管的重量，還起著密封各層套管環(huán)空，承受套管環(huán)空壓力的作用［5-7］，對油氣井的安全起著關(guān)鍵的作用。在井下作業(yè)時(shí)，套管頭除了承受BOP組的重量外，還將承受其他的重量。這些重量包括：管柱自身重量和不壓井設(shè)備的重量（G1+G2）、管柱起下時(shí)對介質(zhì)產(chǎn)生的激動力F激、管柱下入時(shí)不壓井設(shè)備對作用在管柱上的下壓力F壓、管柱上提時(shí)不壓井設(shè)備對管柱的上提力F提、管柱起下時(shí)與井壁產(chǎn)生的摩擦力F摩等。因此，有必要對套管頭的承載進(jìn)行分析和計(jì)算。以下入帶有封隔器的完井管柱為例來分析、計(jì)算管柱起下時(shí)井口套管頭需要額外承受的載荷。相應(yīng)的數(shù)據(jù)見表3。從表3可以看出，取井筒壓力值的平均值為18MPa，計(jì)算得到起下完井管柱時(shí)，套管頭額外增加的最大重量F為19.6t，是發(fā)生在封隔器解封時(shí)。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：（1）管柱和工具在起下時(shí)所受的截面力與管柱和工具的外徑無關(guān)。（2）管柱上的封隔器在解封和通過不壓井設(shè)備的防噴器時(shí)，其受到的作用力會有明顯的升高。但其反作用在井口套管頭的最大作用力是在其解封時(shí)。其原因是，為封隔器解封所提供的作用力是由不壓井設(shè)備上的液壓系統(tǒng)來提供，因此會在數(shù)據(jù)監(jiān)測曲線上顯示出來。這也與油田現(xiàn)場作業(yè)時(shí)相符。（3）在對其他管柱的起下時(shí)也得到相似的結(jié)果。各種管柱的起下也十分順利。

4結(jié)論及建議

（1）不壓井作業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)表明，可以在海上油田進(jìn)行不壓井作業(yè)的可行性實(shí)驗(yàn)研究。（2）對井型和管柱結(jié)構(gòu)適用性研究、分析表明，海上油田開展不壓井作業(yè)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議先在注氣井、注水井等低風(fēng)險(xiǎn)的井上進(jìn)行試用，在取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行深入研究。（3）海上油田的管柱類型較多，管柱結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，建議在使用不壓井作業(yè)技術(shù)時(shí)，要充分考慮管柱的結(jié)構(gòu)，對不壓井設(shè)備進(jìn)行必要的改進(jìn)，尤其是其防噴系統(tǒng)方面。（4）海洋油氣田環(huán)境的特殊性，以及對安全、環(huán)保的要求，防噴和井控是下一步對該項(xiàng)工藝能否切實(shí)應(yīng)用的重要研究對象。

作者：劉東明 單位：中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部