冷冻暂堵作业井口压力变化规律研究

2018-06-13刘正连

钻采工艺 2018年3期

刘正连

(1中国石油集团川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院 2中国石油井控应急救援响应中心)

冷冻暂堵技术是一种在井口或管柱带压状态下，利用冷冻暂堵装置注入暂堵介质封堵井口或管路，暂时隔断压力的一种技术。许多学者对冷冻暂堵技术原理、施工特征等方面进行了研究[1-5]，但针对作业过程中井口压力变化规律的研究则较少被提及。基于此，以长庆油田冷冻暂堵作业11口井的井口压力记录数据为基础，分析了冷冻暂堵作业过程中的井口压力变化规律与暂堵桥塞状态的关系。应用研究成果指导3井次的冷冻暂堵作业施工，单井节约冷冻剂近50%，缩短冷冻作业时间约40%，首次提出根据井口压力变化曲线判断暂堵桥塞形成的准则，具有推广应用价值。

一、冷冻暂堵井口压力变化机理分析

冷冻暂堵技术在长庆油田应用10余井次，成功解决了该地区井口隐患治理中“小井口、大通径油管”的难题。施工中记录冷冻暂堵作业的井口压力变化、暂堵剂使用量、冷冻时间等数据，如表1。

表1 X1-X11口井冷冻暂堵作业统计表

在作业过程中每隔10 min记录油压和套压的变化情况，并绘制油套压与冷冻时间的对应关系图，如图1～图2所示。

图1 X1井冷冻暂堵作业过程中井压变化图

图2 X2井冷冻暂堵作业过程中井压变化图

从图1～图2看出，在冷冻暂堵作业过程中油压和套压均表现出先降低，中间保持一定时间后压力回升的变化规律。

经过研究分析，在作业过程中井口的压力降低是因在冷冻桥塞的形成过程中，随着温度的不断降低，暂堵剂体积不断膨胀，干冰盒附近的暂堵剂首先凝固形成暂堵桥塞的凝结核，随着低温的传递，逐渐向凝结核的两端扩展形成桥塞，凝结核上端空间全部填满暂堵剂，下端面为天然气。受温度差影响，凝结核两端介质的压缩比相差较大，凝结核向井下缓慢移动，当凝结核能够承受一定压差时桥塞已基本形成，此时的移动使得桥塞上部空间增大，井口压力开始减小。

随着桥塞强度的增加，承压能力逐渐加强，桥塞移动速度逐渐变慢，最后静止。此时温度的传递仍在继续，离干冰盒较远的暂堵剂也开始膨胀、桥塞强度逐渐到达最高值，桥塞与井口之间形成圈闭压力，井口压力上升。

在井身结构相同的情况下，压力变化曲线与作业时间基本一致，井口压力和暂堵剂的注入量对曲线变化基本无影响。基于此，不论是油套管环空或者是油管内，均可根据井口压力变化曲线得出冷冻桥塞形成的判断标准：井口压力开始下降对应的折点表示桥塞的凝结核已形成并具备一定强度；井口压力降至最小值对应的折点表示暂堵桥塞已形成并与管壁结合紧密，移动停止；水平段是暂堵桥塞强度稳定增加的阶段；井口压力开始回升对应的折点表示桥塞的强度已能达到更换井口作业的条件。根据压力变化的折点对应的时间和管径可准确计算出不同管径冷冻暂堵作业的最优时间。

二、现场试验

冷冻暂堵作业，精准掌握桥塞状态，准确计算出带压更换井口作业的最佳时机至关重要，根据上述结果，将井口压力开始回升对应的折点作为带压更换井口作业的最佳时机，现场3口井的实验结果如表2 所示。

表2 Y1-Y3井冷冻暂堵作业工况统计表

Y1井和Y2井冷冻作业10 h后Y1井套压和Y2井油套压开始上涨，此时分别对油管内和油套环空内冷冻桥塞反向试压35 MPa验证，桥塞暂堵成功(见图3～图4)。具备了带压更换井口的条件。

应用研究成果在Y1等3井次的冷冻暂堵作业施工，充分证实井口压力变化曲线与冷冻暂堵桥塞形成的关系，避免了过度冷冻，减少了冷冻剂的使用量，缩短了冷冻作业周期，在Y1、Y2和Y3井现场应用来看，与X1等井对比，冷冻作业周期平均缩短约40%，冷冻剂使用量也减少约50%。Y1等3口井的顺利实施，证明了冷冻暂堵作业过程中压力变化规律研究的重要意义，具有推广应用价值。