注水井带压作业技术的研究与应用

2019-08-30王雪军

报刊精萃 2019年2期

王雪军

大庆油田第七采油厂作业大队黑龙江大庆，黑龙江大庆 163000

在采油七厂范围内，目前约有口以上的注水井由于井口压力高等原因且不能释放导致的长停井，这类井需要带压作业工艺才能施工。如果这类井不加快治理，因为一两口此类井可能影响整个区块的储量动用及整体井位部署。采用带压作业，注水井不需要长时间放水泄压，地层能量损失小，对提高注水开发效果、稳定单井产量具有积极意义。对于环境敏感区，注水井常规泄压小修受到极大限制，如不使用带压作业，由于放水泄压每口作业井平均发生倒水费1-1.5 万元。带压作业施工不受地域和环境影响，可以最大限度的减轻和避免环境污染，同时减少了综合作业占井时间，提高生产时率。

一、水井带压作业技术及原理

1、带压作业技术

带压作业是在保持井筒内一定压力，不压井、不放压的情况下进行起下管柱的一种先进井下作业技术。带压作业技术是解决高压水井施工难和减少环境污染的有效手段，可以很大程度的保护油气层，延长油气层的使用寿命。

2、带压作业配套设备

带压作业装备主要构成包括：安全防喷器组、工作防喷器组、管柱举升/下压系统、动力及液压控制系统、安全设施及附件等几部分。

安全防喷器组包括：全封闸板防喷器、半封闸板防喷器、卡瓦闸板防喷器（根据压力等级及工况选配）、剪切闸板防喷器（根据压力等级及工况选配）、试压四通。

安全防喷器组的配备要求：安全防喷器组的组件压力等级不应小于施工井的最高地层压力；含有硫化氢等腐蚀性流体的井，安全防喷器组的组件应满足抗硫要求；配备的防喷器壳体材质和密封橡胶材料的适用温度范围不低于防喷器工作的环境温度;安全防喷器组的通径应大于油管悬挂器的外径；安全防喷器组应配备液压防喷器并具备手动(或液压)锁紧功能；井口压力不低于14MPa 的带压作业配备安全防喷器组至少应配备一套全封闸板防喷器和一套半封闸板防喷器，一套卡瓦闸板防喷器；半封闸板防喷器、卡瓦闸板防喷器闸板规格与井内管柱配套；天然气井和含硫化氢等腐蚀性流体的井，安全防喷器组应配备剪切闸板防喷器；

配备卡瓦闸板防喷器为防止关井时井内管柱窜动。

安全防喷器组的安装顺序：由上而下依次为全封闸板防喷器（空井筒关井）、半封闸板防喷器（关井半封）、卡瓦闸板防喷器、试压四通。其中，有特殊工艺要求时，剪切闸板防喷器可安装在全封闸板防喷器的上方。

安全防喷器组按标称压力等级不同分为：7MPa 普通双闸板、14MPa普通双闸板、21MPa 普通三闸板、21MPa 带剪切三闸板、35MPa 普通三闸板、35MPa 带剪切三闸板和35MPa 带剪切四闸板等多种结构型式。

工作防喷器组一般包括：环形防喷器、闸板防喷器、泄压/平衡四通、过渡短接。

工作防喷器组配备要求：工作防喷器组的通径应大于油管悬挂器的外径；含有硫化氢等腐蚀性流体的井，工作防喷器组的组件应满足抗硫要求；配备的防喷器的温度性能要求同安全防喷器组中防喷器的温度性能要求；在两个工作防喷器之间应至少配备一个平衡四通（带液动平板阀），使其上、下的防喷器能够建立压力平衡通道；在起下大直径工具或不规则工具时，应配备防喷管，防喷管的高度不应小于单个大直径或不规则工具的长度，但防喷管安装位置不应影响液压缸行程。

工作防喷器组根据工作压力不同分为：7MPa 型式、14MPa 型式、21MPa 型式、35MPa 型式等多种结构型式。

3、带压作业技术原理

带压作业技术主要是通过带压设备防喷器组控制油套环空压力，通过液压系统提供动力来控制闸板和卡瓦的开关，其中游动万能卡瓦具有防顶和承重的功能，液动闸板防喷器具有控制井口压力的功能，主液压缸用于支撑游动横梁及游动万能卡瓦，通过各部件之间的共同配合对压力大的井完成起下管柱作业，并可以防止井内管柱上顶然后通过加压动力系统对管柱施加外力克服井内上顶力，由油管堵塞器控制油管内部压力，从而确保在带压的情况下顺利实现起下管柱作业。

4、与常规修井作业的区别

井控级别：带压作业是依靠专用设备控制井口压力（二级井控），常规作业是依靠液柱压力平衡地层压力（一级井控）。

井控过程：带压作业是动态的，常规作业是静态的。

作业状态：带压作业是在井口密闭状态下作业。常规作业是在井口敞开状态下作业。

作业方式：带压作业是靠施压装置起下管柱。常规作业是靠大钩起下管柱。

二、水井带压作业技术现场应用

1、选井原则

套管短节承载能力不满足作业要求的不宜进行带压作业且井下管柱腐蚀程度、管柱结构、管柱通径等能满足带压作业要求。

根据施工井关井压力、地层含硫情况、井下工具长度、施工工艺复杂程度和施工环境，按施工难易程度将带压作业施工井由高到低的顺序划分为三类。

表1 带压作业施工井类型划分

2、选择防喷器组

工作防喷器组在起下管柱过程中，负责密封油套环空压力的不同数量和种类的防喷器组合，一般是由环形防喷器和闸板防喷器组成。环型防喷器用于起下油管运动过程中密封油套环空，防止井内流体喷出，实现动密封。

表2 工作防喷器组型式及及应用范围

安全防喷器组负责井控安全的防喷器组合称为安全防喷器组，一般是由数量不同的全封闸板防喷器、半封闸板防喷器、剪切闸板防喷器和环形防喷器组成。

表3 安全防喷器组型式及应用范围

以7P206-158 压裂后重配为例：该井最高关井压力为8 MPa、硫化氢含量0、油气比：45m3/t、单个工具长度小于2m、施工工艺为其他工艺、施工井环境为除一类、二类井外的其它区域。该井套管抗内压强度为36.7MPa，防喷器最高关井压力在套管承压安全范围值以内。

该井最高关井压力为8 MPa，为二级井控风险井。

按照工作防喷器组选择要求：21MPa 普通三闸板低于21MPa 作业井至少应配置一个环形防喷器和一个闸板工作防喷器。优先选择21MPa型式的工作防喷器该型式的工作防喷器适用于工作压力等级为21MPa以内的带压作业机，其工作防喷器组包括两台（一台）FZ18-21 单闸板防喷器、一台（两台）FH18-21 环形防喷器，适用范围是关井井口压力在14MPa 以内的水井或者普通油井带压作业施工。

图一 1-环形防喷器；2-平衡卸荷系统；3-下半封闸板防喷器；

按照安全防喷器组选择要求：优选防喷器选配压力为21MPa 的普通三闸板防喷器，推荐适用范围是关井井口压力在14MPa 以内的水井或者普通油井带压作业施工。此种类型安全防喷器一般不得作为工作防喷器使用。21MPa 普通三闸板型式的安全防喷器适用于压力等级为21MPa 的带压作业机。防喷器从上到下装全封闸板、半封闸板、卡瓦闸板总成。防喷器上部可配备法兰连接或双头螺栓栽丝连接，下部配备法兰连接（旋转法兰）,适用于250、350 井口。该防喷器标称工作压力21MPa，通径180mm 或186mm。

图二 21MPa 的普通三闸板防喷器

3、带压作业施工准备过程

对高压水井施工的第一步就是投堵，首先对油管通道进行堵塞，以防止油管通道产生溢流，施工过程是在不拆井口的情况下，向油管通道内投入油管堵塞器，井口上的油管闸门通过水龙带与装满清水的罐车相连接，然后通过泵车向油管通道内打压，推动堵塞器，把堵塞器送到预定的位置，来达到封堵全井油管的目的。拆卸井口，用油管提升短接与油管挂相连，关闭提升短接上的旋塞阀，以控制油管内的液体。然后用吊车吊三闸板防喷器，与井口法兰相连，再用吊车吊装带压设备，坐到三闸板防喷器上法兰进行连接固定，实现带压设备的安装。

4、带压状态起下管柱控制技术

带压设备的双向双作用液压缸、上游动卡瓦和下固定卡瓦，是解决带压状态下起下管柱的主要部件，其中双向双作用液压缸即升降油缸，行程为3.0m 左右，在固定卡瓦打开时，通过游动卡瓦卡紧井内管柱，操控液压系统控制液压缸的升降，在管柱重量小于井内液压的上顶力（浮力），实现井内管柱的安全起下。当管柱重量大于井内液压的上顶力时，停止使用升降液缸，而用修井机大钩起下油管。在带压起下管柱时，正常应该用关闭环型防喷器的方式，来密封油套环型空间。但由于油管本体与油管接箍的外径不同，当关闭环型防喷器，正常起下油管作业时，突然的变径会对环形胶筒造成很大的损坏，几乎每完成两口井就要换一次环型防喷器胶筒，由于环形胶筒造价昂贵，而且更换的频率高，这样会增加施工工作量，降低施工效率，提高作业成本。因此在带压作业时，一般不用环形防喷器控制油套环型空间的压力，而是用上快速闸板防喷器、泄压阀、下快速闸板防喷器互相配合，进行倒油管接箍，一样可以密封油套环形空间，控制压力。当起油管作业时，打开下快速闸板防喷器，关闭泄压阀，同时关闭上快速闸板防喷器，当油管接箍进入下快速闸板防喷器和上快速闸板防喷器之间时，关闭下快速闸板防喷器，先打开泄压阀进行泄压，然后再打开上快速闸板防喷器，把油管接箍提到井口，重复这样的操作过程，实现起油管的作业施工。下油管是它的相反过程。