大牛地气田气井油管钻铣除垢技术应用

刘争芬，常辉，罗满岐（中石化华北分公司第一采气厂，河南郑州　450006）

大牛地气田气井油管钻铣除垢技术应用

刘争芬，常辉，罗满岐
（中石化华北分公司第一采气厂，河南郑州450006）

大牛地气田气井受产出水质特征影响，井内油管普遍有结垢现象，影响了气井生产，为了解决井内管柱结垢问题，提高气井生产能力，有必要寻找一种有效的气井油管除垢方法。根据大牛地气田气井结垢特征，通过对传统机械除垢技术的缺点分析，优选确定采用机械钻铣除垢技术，根据大牛地气田气井管柱结构特点，自主设计了该除垢方法所需的井内油管除垢工具和钻铣液配方，制定了除垢施工作业方案，并预先在地面进行了油管除垢试验。最终选取了两口气井进行正式的现场钻铣除垢作业，有效除去了井内油管管柱的结垢物，气井取得了良好的增产效果，气井产量比除垢前增加30％～50％。通过与相关的其它除垢技术进行比较，如水力喷射除垢技术，钻铣除垢技术在气井油管除垢方面效果更好。

大牛地气田；油管结垢；钻铣除垢；钻铣液；水力喷射除垢

大牛地气田气井普遍产液，水型多为CaCl2，成垢离子丰富，气井生产过程中易结垢附着在井内油管壁上，部分气井井内油管结垢严重，使气井产气能力降低，气井排液困难，严重的甚至停产，影响了经济效益，同时也为后期的动态监测等作业带来安全风险［1，2］。近两年，在井下作业过程中频繁出现测试遇阻的情况，怀疑与井内管柱结垢有关，例如，2013年共进行产气剖面测试31口井，其中有13口井在测试过程中遇阻，遇阻率高达42％。因此，寻求一种井内油管除垢技术成为必要。

1　大牛地气田气井结垢特征

大牛地气田开采层位主要有山西组、太原组和石盒子组，气井生产过程中普遍产液。气田产出水的水型多数为CaCl2，阳离子主要包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+，阴离子主要包括Cl-、HCO3-、SO42-。阴离子中的SO42-、HCO3-与阳离子中的Ca2+、Mg2+结合，将会产生碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁等沉淀［3］，造成气井结垢，从而堵塞气井储层和生产管柱，严重影响气井的正常生产［4］。

井内动管柱措施作业中提出的油管段中也发现均有不同程度的结垢现象，结垢位置多在喇叭口最后一根油管处（见图1）。

为了确定大牛地气田气井油管中的垢质成分，针对措施井提出的油管内的垢质进行了化验分析，根据标准HG/T3533-2003《工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中灼烧失重测定方法》测定油管垢样有机物含量（见表1）。

通过化验结果可知，油管垢样皆为酸溶物，主要为碳酸盐垢，以钙镁盐为主。且垢样中含有3％～6％有机物及少量铁腐蚀产物。

表1垢质化验结果

2　除垢技术优选设计

传统的机械除垢方法中采用容积式电动机、铣刀、带铣刀的冲击锤或纯液体的射流技术［5，6］。但铣刀和类似的切削工具在作业过程中会危害管柱的完整性。另外，它们的尺寸受油井最小部位尺寸的限制。无论是铣刀还是冲击锤都没有考虑到内廓或直径的变化，这将无法与现在的完井相适应。所以只适合清除直管、无阻塞的管道，而对不规则管柱是不适合的。用铣刀除垢时会遇到类似切削尺寸不能很好地得到控制，在井眼内无法顺利旋转等问题，同样除垢质量较差［7］。

针对传统机械除垢的缺点，结合大牛地气田气井结垢特点，自主设计制造了井内机械除垢工具，设计了钻铣除垢技术方案。

2.1除垢工具优选设计

根据所要钻磨的垢质（碳酸型、硫酸型垢质）种类，垢质分布（贴油管内壁）以及油管内径尺寸（62 mm，50.3 mm）选取了外径58 mm、46 mm的三翼合金除垢磨鞋（见图2），该磨鞋在清除井壁结垢和井底可钻磨硬物方面有不错的效果。考虑到钻洗液的使用量以及作业空间，分别选取了54.1 mm和43 mm的液压电动机，排量分别为120 L/min～210 L/min和40 L/min～90 L/min，工作排量范围较低，入井液量较小。

图1　气井井内管柱结垢图

结合除垢工具，大牛地气田油管机械钻铣除垢工具优选组合［8］为：磨鞋+液压电动机+双作用循环阀+震击器+液压丢手+双瓣单流阀+卡瓦连接器+1.5"连续油管，工具总长约7 m；其原理为连续油管与上述井下工具结合，通过水力电动机带动磨鞋高速旋转，对井内垢质或堵塞物进行钻磨，磨铣成细小碎屑返出，使气井油管通畅，使气井进一步增加返排和生产。

2.2钻铣液设计

通过计算，油管直径60.3 mm和73 mm时的临界携液流量分别为6 700 m3/d和9 300 m3/d。为了防止钻洗液漏失入井内，造成气井生产困难，以及钻洗液进入集气站后能够顺利排出，采用1％KCl溶液作为钻洗液，钻洗液中加入3‰～1％的泡排剂以方便排液。

2.3施工方案设计

现场施工需要的主要装备有连续油管设备、拉液运输车、水泥泵车、吊车各1台（套）。其中连续油管车用于连接除垢设备井下除垢，拉液运输车用于盛放钻洗液，水泥泵车用于泵入钻洗液为液压电动机提供动力，吊车为连续油管注入设备提供安全保障。施工流程图（见图2）。

图2　除垢现场施工流程图

钻铣液排液流程：当钻洗开始后，打开气井回压阀以及站内放空管线，经单井放空管线-走分液罐-油水缓冲罐-放空火炬。流程目的为有效的带出钻洗液。

3　钻铣除垢技术应用效果

3.1地面除垢试验

为了更加准确的确定井下除垢施工相关参数，预先选取了一段的89 mm直径有轻微结垢的油管进行了一次钻扫除垢地面实验。为了更加清晰的显示除垢效果，本次试验向油管内混入适量水泥，并候凝36 h。地面除垢试验步骤为：

（1）安装调试连续油管设备。

（2）地面连接除垢工具串（自下而上）：除垢磨鞋0.28 m（Φ=65 mm）+电动机2.2 m（Φ=54.1 mm）+双作用循环阀0.185 m（Φ=54.1 mm）+1.5″连接器0.33 m （Φ=54 mm）；工具总长：2.99 m。

（3）地面固定31/2结垢油管，连接水泥车。

（4）下放连续油管除垢工具探结垢位置，开泵实施除垢作业，泵压25 MPa～28.9 MPa，排量180 L/min～220 L/min，加压0.5 T～1 T，用液5 m3，成功清除31/2油管前3 m内污垢。

地面除垢试验显示除垢效果较好，并明确了井下施工作业相关参数，为井下除垢作业奠定了基础。3.2气井施工参数

现场选取D47-7（73 mm）和D66-55（60.3 mm）初步判断结垢较严重的两口气井进行钻铣除垢作业，以D47-7井为例进行除垢效果分析。D47-7井为山1+太2层合采井，完井部分井身结构图（见图3），该井无阻流量为14.383 3×104m3/d，喇叭口深度为2 375.4 mm，该井作业前产气量为6 335 m3/d，周期性产液，产液量0.3 m3/d，该井采气管线长约1 630 m。按照钻铣除垢方案设计，该井施工参数（见表2）。

表2　D47-7井实际施工参数表

3.3气井施工效果

为了对比机械钻铣除垢技术效果［9］，此次作业还选择了1口井（D66-27井）进行了连续油管水力喷射除垢［10，11］作业。三口井作业前后产气量对比（见表3）。

图3　D47-7井太2+山1气层完井部分井身结构示意图

表3　除垢作业增产效果对比表

从作业增产效果对比可以看出，机械钻铣除垢效果明显优于水力喷射除垢。

4　结论

（1）采用三翼合金除垢磨鞋的钻铣除垢技术可以有效去除气井油管内壁碳酸盐垢物，气井除垢后增产效果明显优于类似水力喷射除垢技术。

（2）采用1％KCl溶液作为钻洗液，钻洗液中加入3‰～1％的泡沫排水剂更方便气施工后排出钻铣液。

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Drilling and milling decaling technology of gas well's tube in Daniudi gas filed

LIU Zhengfen，CHANG Hui，LUO Manqi
（Gas Production Plant 1 of North China Branch Company of Sinopec，Zhengzhou Henan 450006，China）

Affected by the output water characteristics，gas wells tubing in Daniudi gas field generally have scaling phenomenon，this affects gas production.In order to solve the well string scaling problems and improve gas production capacity，it is necessary to find an effective tube descaling method.According to scaling characteristics of gas wells and shortcomings of the traditional mechanical descaling，we select the drilling and milling machine descaling technology.Based on structural characteristics of gas wells tube in Daniudi gas field，we design the wells tubing drilling and milling tools and cleaning liquid formulations，also we developed a descaling construction program and had a tube descaling test on the ground beforehand.Finally we conducted a field descaling operation in two wells and achieved good yield results.The gas production increased by 30％～50％higher than before. Compared with other related technologies，such as hydro-jet descaling technology，the drilling and milling descaling technology has a better effect in terms of tube descaling in gaswells.

Daniudi gas field；tube scaling；drilling and milling descaling；drilling and milling liquid；water jet descaling

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.031

TE935

A

1673-5285（2015）01-0122-04

2014-10-24

国家科技重大专项，项目编号：2011ZX05045。

刘争芬，女（1981-），山东德州人，工程师，硕士，主要从事天然气管道设备防腐防垢工作，邮箱：lzf36100@163.com。