高压高含硫气井钢丝落鱼打捞

唐寒冰

(中国石油西南油气田分公司工程技术研究院)

随着高含硫气藏的开发，气藏工程需要通过试井获取高含硫气井的压力、温度等动、静态参数，为气藏动静态储量计算和校核，制定开发方案及采取工艺措施、分析增产措施效果等提供依据。试井通常采用钢丝作业下入存储式电子压力计获取井下温度、压力。在作业过程中，因井下复杂(遇阻遇卡)、钢丝缺陷、设备故障或操作失误等原因导致钢丝和井下工具掉井，造成油管内因有钢丝落物影响生产和后续其它施工作业[1-3]。对于高压高含硫气井井下钢丝落物的处理，由于气井压力高、硫化氢含量高，打捞作业安全风险大[4-5]，若选用修井起管柱处理，因高含硫气井通常采用井下安全阀+永久封隔器完井，需处理封隔器并进行二次完井，其难度较大，作业费用高达数百万甚至上千万。因此，大多数情况下若非必须处理或严重影响生产，会选择继续生产，待气井压力降低后再进行处理。

为安全、经济地解决高压高含硫气井井下钢丝落物的打捞问题，近年来，高含硫天然气开采企业尝试采用压井后用电缆或钢丝打捞的方式，如中石化YB121H井[6]，采用吊灌+液面监测压井后使用Ø11.8 mm抗硫电缆作业，打捞工具串下井7次，捞出全部落井工具串和落井钢丝6400 m；中石油LG001-23井，用盐水压井后，采用Ø3.2 mm抗硫钢丝，一次性打捞出Ø2.74 mm钢丝5 979.8 m。

从对气井的影响、作业周期、作业难度、费用等方面综合考虑，在保障安全的前提下，打捞高压高含硫气井井下钢丝落物最经济有效的方式是采用比落井钢丝更粗的抗硫钢丝带压打捞出井下落井钢丝和落物，恢复气井正常生产。本文以GS102井为例，介绍高压高含硫气井钢丝落鱼带压作业打捞技术。

一、打捞方案的制定

在制定打捞方案前，首先收集作业井情况；落井钢丝及工具串长度、型号、重量等数据；调查钢丝落井事故过程，结合室内试验数据，对井下落鱼状况、作业设备能力、作业队伍水平、安全控制措施进行分析评估，合理选择打捞工具，科学制定打捞作业程序，最终确定打捞方案。

1. 钢丝破断拉力实验

在打捞过程中，确定打捞过程中的最大拉力，是保证打捞钢丝安全，确保不发生新的断落事故的前提，在室内对拟用于打捞的MP35N、Ø3.2 mm钢丝和落井的MP35N、Ø2.34 mm钢丝分别进行破断拉力以及打捞过程中不同工况下的模拟力学性能实验，实验结果见图1～图3。

图1 Ø3.2 mm钢丝张力-变形曲线

图2 Ø2.34 mm钢丝张力-变形曲线

图3 采用Ø3.2 mm钢丝拉断Ø2.34 mm 钢丝的张力-变形曲线

实验表明，Ø3.2 mm钢丝的最大拉断力为14.67 kN，Ø2.34 mm钢丝的最大拉断力为7.48 kN，对于Ø3.2 mm钢丝取1.8的安全系数，仍然能够确保在拉断Ø2.34 mm钢丝的前提下保证自身安全；由于井下断落钢丝是和绳帽连接在一起，在该处的拉断张力为5.46 kN，小于Ø2.34 mm钢丝的最大拉断力7.48 kN，因此即使井下工具串掉出油管无法通过油管鞋或球座拉回时，也会在绳帽处拉断。

2. 参数计算

2.1 打捞工具串加重杆配重F计算

加重杆配重需要考虑钢丝上顶力和防喷盒盘根对钢丝的摩擦阻力两部分。对于低压井，摩擦阻力可以简单处理为配重增加10 kg即可，而对于高压井，通过工程实践，推荐配重考虑为钢丝上顶力的1.2倍为宜。

(1)

式中：F—加重杆配重，kg；

d—钢丝直径，mm；

pwhc—操作期间井口最大关井压力，MPa。

2.2 加重杆长度L计算

(2)

式中：G—每米加重杆重量，kg。

实际加重杆的配重略大于计算值，但不宜超太多，过长的加重杆配重将增加作业和事故处理的难度。

2.3 鱼顶位置计算

H鱼顶=H工具串-L钢丝+L钢丝×σL油管/100

(3)

式中：H鱼顶—钢丝鱼顶位置，m；

H工具串—工具串末端可能到达的实际深度，m,应结合工具串最大外径和长度、井下管柱最小内径和井斜角分析工具串在井下的可能落点位置；

L钢丝—井内钢丝的长度，m；

σL油管—受钢丝和油管尺寸影响的钢丝伸缩量，m/1 000 m。

钢丝在油管内自由伸缩估计值见表1。

表1 钢丝在油管内自由伸缩估计值

实际操作过程中，由于加重杆配重不同和落井钢丝强度影响，实际探测的鱼顶位置一般要比计算值H鱼顶深20～50 m左右。

3. 作业装备选择

(1)所有井口设备压力等级、抗硫性能均应满足打捞作业要求，防喷管长度留有一定余量，防喷管、防喷器、防落器应进行连接、开关测试，确保连接可靠、开关灵活，并在作业前进行检查更换密封件，进行试压检测。

(2)钢丝绞车应选用具有机械、电子两套计量系统，性能可靠、操作灵活、计量精确的设备，作业前应进行拉力测试，张力、深度计量校准。

4. 作业队伍选择

应选择作业经验丰富，有气井钢丝打捞作业经历的队伍，主操作手应具有5口井以上复杂钢丝打捞作业经验。作业队伍人员精干，明确职责，各司其职。

5. 打捞工具选择

(1)因井下油管柱上有井下安全阀，在打捞工具的选择上，首选内捞矛或内外捞矛组合工具，见图4。在实际应用中，打捞工具选择两瓣还是三瓣根据现场通井、整形情况灵活选择。

(2)为了防止“穿心”打捞，导致井下情况复杂，应尽可能多设计不同外径的挡环，挡环选用原则是工具串既能安全下入，又能防止断落钢丝穿越至打捞工具串上部导致工具串被卡，档环最小外径为鱼顶所处油管内径减去断落钢丝直径，档环外径级差以0.2 mm为宜，推荐用铜质材料。

图4 常用钢丝打捞工具

6. 打捞施工主要工序

搭建井口操作平台→安装井口防喷装置→下钢丝探测器探测鱼顶并整形→下打捞工具串打捞井内落鱼→捞获落鱼后转钢丝绞车→起出落鱼→拆设备→交井。

7. 安全措施

严格按SY/T 6610-2005《含硫化氢油气井井下作业推荐作法》配备安全防护装备、监测仪器，制定落实安全措施及应急预案并进行培训、演练。

二、确保安全的关键技术措施

1. 捞获落鱼后降低井口压力

针对高压高含硫气井，在打捞工具捞获井下落鱼上提至防喷管内后，需要操作人员在井口上安装钢丝夹板，利用夹板上提30～50 m钢丝，以便将落鱼钢丝倒换至回收绞车上，此时钢丝防喷器处于静/动密封交替转换过程中，为了削减井口操作人员硫化氢中毒风险，在安装钢丝夹板前向井筒中注入3～5 m3液体除硫剂和1～2倍油管容积的清水，将井口压力降至20 MPa以内，降低防喷器闸板胶芯上下压差，减少泄漏风险。

2. 落井钢丝转回收绞车

提前准备好空绞车回收落鱼钢丝操作阶段的防喷管，该防喷管长度应大于井下落鱼工具串(加重杆和压力计)长度1～2 m，使井下工具串完全进入防喷管后能关闭井口7号闸门。将井下落鱼钢丝反穿防喷管、防喷盒、天滑轮，然后拉至回收钢丝绞车穿过计量轮缠绕上滚筒回收落鱼钢丝。

三、GS102井应用实例

1. 气井基本情况

针GS102井塞面深度4 590.54 m，采用Ø88.9 mm+ Ø73 mm组合油管+永久封隔器完井，井下安全阀内径为65.07 mm、深度为83.1 m，安全阀以上为Ø88.9 mm抗硫油管，内径76 mm，安全阀以下为Ø73 mm抗硫油管，内径62 mm，井下封隔器为永久式封隔器，型号SAB-3、内径82.55 mm、深度4 500 m，油管尾部为球座，完井阶段打掉球座后内径为60.6 mm，未打掉球座内径为40 mm。

2018年6月在进行压力恢复试井过程中因井口法兰泄漏，强制关闭井口4、7号阀,剪断钢丝，导致试井钢丝4 450 m及压力计工具串落井。

该井于2016年12月投产，硫化氢含量60.72 g/m3，打捞作业时井口油压53.34 MPa。

2. 井内落鱼情况

落井钢丝规格Ø2.34 mm，材质MP35N，落井钢丝长度4 450 m，重量150 kg，落井工具串长度4.49 m，重量40 kg；工具串组合：Ø36 mm绳帽×0.15 m+ Ø36 mm加重杆×1.8m+Ø36 mm旋转接头×0.14 m+Ø36 mm加重杆×1.2 m+Ø32 mm压力计2支×0.6 m。

3. 打捞作业难点

(1)气井压力高、硫化氢含量高，作业风险大。

(2)井下完井管柱复杂，完井管柱为组合油管且带有井下安全阀、完井封隔器及球座，给打捞工具的下入起出带来风险、操作难度大。

(3)该井钢丝掉井后，仍以产气量8.6×104m3/d、产水量59.25 m3/d生产了几个月，对落鱼位置的影响难以判断。

4. 方案设计关键参数

4.1 计算鱼头位置

(1)落鱼在油管末端球座处(4 532.8 m)遇阻，停止下落。

T=4532.8-4450+(4450-4.49)×12/1000=136.14 m

(2)落鱼掉出油管末端球座到达人工井底，该井人工井底4 590.54 m。

T=4590-4450+(4532.8-4.49)×12/1000+6.2=199.5 m

估算鱼头井深为199.5～249 m左右。

4.2 钢丝室内拉力实验

打捞钢丝规格Ø3.2 mm，材质：MP35N，破断拉力：14.78 kN，落鱼钢丝规格Ø2.34 mm，材质MP35N，破断拉力7.67 kN。

5. 现场施工

按照施工设计工序进行作业并步步确认，钢丝绞车张力数据参见图5。

图5 GS102井打捞作业钢丝绞车张力数据

(1)采用钢丝整形器探鱼顶位置在168 m处，初步判断落鱼未掉出油管。

(2)完成钢丝整形后，下入双瓣内外捞矛组合工具捞获落鱼，设置钢丝上提最大拉力。

(3)缓慢上提，在确保不拉断落鱼钢丝的前提下，通过对比上提距离～张力关系(捞获落鱼上提80 m后张力急剧增加)判断出鱼顶在井下安全阀位置处。

(4)严格控制打捞工具过安全阀处的上提速度，设置张力预警增加值不超过50 kg，缓慢上提观察张力～位移的变化，确保落鱼钢丝不拉断。

(5)打捞工具在通过井下安全阀后，张力急剧下降，通过悬重判断落鱼未出油管。

(6)打捞工具串起入防喷管，向油管内注入除硫剂和清水。

(7)倒出鱼头钢丝转回收绞车。

本次打捞作业成功捞获全部Ø2.34 mm钢丝4 450 m和2支压力计，恢复了气井生产通道畅通，保证了气井井筒完整性。创造了钢丝打捞几个纪录：一是首次在井口油压超过50 MPa高压情况下完成带压打捞钢丝作业；二是首次在硫化氢含量超过60 g/m3情况下，安全顺利高效地完成带压打捞钢丝作业；三是在12 h内(用时最短)，一次性捞获全部井下落物。

四、结论

(1)针对高压高含硫气井，在完井管柱中有井下安全阀和封隔器的情况下，采用抗硫粗钢丝带压作业打捞井下细钢丝及落物在工程技术上是切实可行的。

(2)基础数据核实、钢丝破断拉力室内实验参数的获取是制定打捞方案的前提，实验数据与现场数据结合是现场施工参数调整决策的重要依据。

(3)准确分析评估、细化作业方案、落实安全措施是安全成功作业的保障。

(4)高压高含硫气井带压钢丝打捞在经济上与压井后采用钢丝打捞或修井打捞相比，动用设备少，施工时间短、安全风险可控、作业成本最低。

(5)井下落物捞出恢复了气井生产通道，保证了气井井筒完整性。

(6)下步应开展高压高含硫大斜度井内的试井钢丝及压力计落物打捞技术攻关。