储气井建腔管柱解卡技术探讨

2013-10-21甘茂生何彦荣王壮举

江汉石油职工大学学报 2013年4期

甘茂生，何彦荣，王壮举

（中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉 430040）

江汉油田于2008年开始建储气库，第一口储气井是WC1 井，也是我国最深的一口储气井。建储气井的关键工序是建腔施工，建腔施工的成败决定储气井的成败以及储气井的储量大小。但在储气井建腔施工中容易发生事故，需要修井后继续生产。由于储气井井况特殊、施工难度大、成功率低，因此，需要对储气井建腔管柱解卡技术进行相关探讨。

1 储气井简介

1.1 储气井作用

石油天然气的开采、开发受开发技术、地理位置等条件的限制，有时天然气的产量无法满足社会的需求。例如在冬季，城市的天然气用量大，气源不足，造成城市气荒，严重影响人民的生产生活。为了合理配置资源，国内开始修建储气井，作为天然气的储备站。在气源充足、供大于求的情况下，把天然气储存在储气井中，当气源不足时、供不应求的情况下把储气井内的气作为补充资源利用起来。WC1 井就是江汉油田在2008 年建的第一口储气井。

1.2 储气井结构

储气井井身结构比油水井井身结构复杂，井身结构一般是由导管、表套、技套组成，详见WC1井井身结构示意图（见图1）。

2 建腔管柱卡的原因分析及施工难点

在储气井建腔施工中，由于井下复杂情况，建腔套管和油管受各种因素的影响，造成建腔管柱变形，在起建腔管柱测试时常发现管柱被卡，无法正常进行测试，甚至造成建腔施工无法进行。由于储气井井身结构的特殊性，常规修井技术不能完全适用于储气井施工。

图1 WC1 井井身结构示意图

2.1 管柱受卡原因分析

储气井在建腔施工中，建腔一段时间后要起出建腔管柱，进行测试，监测建腔施工情况，及时调整建仓参数，但由于地层的原因（如盐层蠕动，夹层垮塌等等），建腔管柱在生产中受不同方向力的影响，容易造成建腔管柱变形；此外，建腔过程中盐层夹层的杂质溶解后落井，没有随盐水返出地面，在下落过程中堆积在建腔管柱周围，容易造成管柱卡。这些都是引起储气井建腔施工管柱卡的原因。

2.2 施工难点

储气井由于井身结构特殊，常规修井施工工艺不能完全适用。因储气井建腔施工后，井底是个大溶腔，井下没有规则的人工井底，如果施工中造成管柱落井，落井管柱的鱼顶在溶腔里无法寻找，即使找到鱼顶，鱼体也将严重变形无法打捞出来。造成储气井后期无法建腔，甚至后期无法注气，导致储气井报废。所以施工中要防止管柱落井，在解卡施工中始终要保证被卡管柱在可控制的范围内，而常规油水井修井技术不能完全适应储气井的需要。

3 修井解卡工艺技术

在油气水井施工中，管柱解卡的方式有活动解卡、震动解卡、倒扣与切割解卡。如果储气井建腔管柱被卡，要及时分析被卡的原因，根据井况选择合适的解卡方法。

3.1 活动解卡

在井内管柱及设备能力允许的范围内，通过上提下放反复活动管柱，以达到解卡的目的。先用大于原悬重50kN 的载荷试提，再缓慢上提达到最大负荷，但不得超过设备的许用载荷和管柱的强度极限，然后快速下放，利用管柱伸长后的收缩力解卡。

3.2 倒扣与切割解卡

3.2.1 倒扣解卡

找出卡点的准确位置，上提至管柱卡点以上悬重，进行倒扣作业。即转动转盘反转管柱，当发现倒扣管柱转速加快，扭矩减小，说明倒扣作业完成。

3.2.2 切割解卡

对需修理的套管，用其他方法难于处理时，常采用切割的方法处理。切割解卡主要分为机械内割刀切割、机械外割刀切割、聚能割刀切割。

1）机械内割刀切割。机械内割刀切割是从管子内孔任何部位进行井下切割的切割工具。其优点是可以在管柱的任何部位进行切割，并具有自动解卡功能，操作方便、可靠。切割原理：当钻具正转后，因工具下端的锚定机构中摩擦块紧贴套管，具有一定的摩擦力，转动管柱，滑车块与滑车套相对运动，推动卡瓦牙上行涨开，咬住套管完成坐卡锚定，继续转动并下放管柱，刀片沿刀刃下行，刀片前端开始切割管柱，随着不断下放，刀片旋转切割，切割深度不断增加，直至完成切割。上提管柱，芯轴上行，带动刀枕，刀片回收，同时锚定卡瓦收回，即可起出切割管柱。

钻具组合：内割刀＋钻杆＋方钻杆＋水龙头；钻压：5 kN；排量：停泵切割或小排量切割。

2）机械外割刀切割。机械外割刀切割分为机械式与水力式两种，都是从落鱼外壁进行切割的工具。机械外割刀是依靠引鞋引入落鱼后，上提钻具使其与落鱼接实，后转动转盘，推出割刀将落鱼割断。

钻具组合：外割刀＋套铣筒＋钻杆＋方钻杆＋水龙头；钻压：提断剪切销钉后无需加压，由主弹簧自动给压；转速：（20～40）r／min；排量：停泵切割或小排量切割。3）聚能割刀切割。聚能割刀切割原理是当火药爆炸后，在高温高压下，高压气流喷出，将管子割断。结构由聚能器和定位器组成，其上为加重杆，采用直径为10mm 单芯电缆。使用此割刀，割下的油管口径比原外径大2 mm，当管柱质量不好时，尽量不采用此割刀。

3.3 套铣筒套铣

套铣是在解卡无效或无明显作用后采取的最后有效方法，也是最古老的破坏性解卡方法。其原理是在取出卡点以上的管柱后，在其他措施无效或无明显作用的情况下，采用套铣筒等硬性工具对被卡落鱼进行套铣、清除掉卡阻处的落鱼，以解除卡阻。

由于储气井特殊的井身结构，在解卡施工中只能用活动解卡法和内切割法。若用别的解卡方法，很容易造成建腔管柱落井，造成工程事故。

储气井解卡首先采用活动解卡，在设备的安全负荷内，长时间活动，若实在无法解卡，则考虑切割解卡。从建腔管柱最下面开始切割，一次切割1m～2m，切割掉的建腔管柱落溶腔底部，切割后上提建腔管柱，看是否解卡；若没解卡，重复切割上提，直至建腔管柱解卡。注意切割时不能一次切割太长，切割落井的套管越短，落井后的套管对储气井后期的施工影响越小。

4 现场应用

储气井修井在江汉油田多口井中进行了施工，施工效果明显，现以WC1为例介绍该井的修井施工。

WC1井2008年开始建腔施工，2009年9月22日进行测试施工，在起建腔管柱施工时，发现Φ177.8mm建腔套管被卡。Φ177.8mm 套管自重800kN，上提最大负荷950kN 活动解卡，无效。分析管柱被卡的原因，认为管柱变形卡的几率最高。通过研究，解卡方式优先采取活动解卡，解卡无效则采取分段切割解卡的方法，将建腔套管从下到上，切割成长度为50cm～100cm 的小段，切断的套管落入溶腔底部，直至解卡。

该井经过多种方式（上提下放，旋转，震击，洗井等）活动解卡324次，最后成功解卡。起出套管后发现最下面三根套管弯曲成“S”形状（见图2）。成功打捞出被卡管柱，确保该井的后期施工不受任何影响，提高了储气井修井实效。