J 油田废弃井处置配套工艺技术研究与应用

孙艳妮，冯 青，李胜胜

（1.广东南油服务有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油服油田生产研究院，天津 300459）

油田经过多年生产，进入高含水开发阶段，许多油水井陆续出现超高含水、套管损坏、穿孔、变形错断等现象，部分井需要报废处理，按照废弃井处置标准，要求对这些报废的废弃井井下油水层进行层内挤注水泥封堵[1-4]，然后再封堵井筒。而目前在挤封封层施工过程中主要存在以下问题：（1）光油管笼统挤注无法对所有油层进行有效封堵；（2）采用扩张封隔器挤封管柱不能承受深井高温高压，存在施工过程中密封失效风险；（3）采用机械座封封隔器在深斜井中存在座封困难、密封不可靠等问题；（4）挤水泥过程中不能及时反洗，存在挤注不进水泥大量存留管内“灌香肠”或者水泥窜漏后凝固管柱“插旗杆”等现象，增加了大修难度。针对这些问题，为了提高封堵效果、提高挤注水泥成功率和封堵有效率、降低施工风险，因此研究了既能座封丢手一体、带压挤注，又可防返吐、可反洗井的安全可靠处置废弃井的管柱及配套工具[4-11]，经过一年来的研究、试验与改进完善，形成了废弃井水泥挤封管柱及工具配套技术。

1 水泥挤封管柱

1.1 管柱结构

水泥挤封管柱由油管、安全接头、插管反洗阀、防返吐插管桥塞组成[5-6]。

1.2 工作原理

（1）座封及丢手：下入由油管、防返吐插管桥塞组成丢手管柱后，油管内憋压20 MPa，座封桥塞，油管内继续憋压至25 MPa 或压力突降或套管返水，座封工具与插管桥塞之间连接销钉被剪断脱开，实现丢手，然后上提管柱，起出油管及座封工具。

（2）下入插管管柱：下入由安全接头、插管反洗阀组成的挤水泥管柱，至插管桥塞上方时，缓慢下放管柱至密封插管桥塞内，并下压10 t 预压力。

（3）桥塞验封：油管内加液压试挤，逐步提高至设计挤注压力，并保持30 min 以上，在测油层吸收量的同时，观察套管无漏失为验封合格。

（4）挤水泥：验封合格后，根据吸收量设计水泥用量，然后按设计向油管内挤注水泥，水泥经油管、插管、顶开插管桥塞底部防返吐单流阀进入封堵层，水泥挤注完成后用清水顶替至桥塞位置。挤注结束后，由于插管桥塞底部单流阀在底部压力和弹簧的作用下自动关闭，防止水泥返吐。然后反洗井并起出插入挤水泥管柱。

（5）反洗井：在挤水泥过程中，如果出现压力过高难以施工，或挤水泥过程中水泥由管外窜漏至桥塞上部时，可立即进行反洗井开启反洗阀，将水泥反洗出地面，然后起出插入施工管柱。如果管柱出现拔不动等异常现象，可正转油管，安全接头倒扣丢手，起出施工管柱。

1.3 主要技术参数

座封压力：15 MPa；丢手压力：25 MPa；工作压差：50 MPa；工作温度：150 ℃；反洗压力：8 MPa。

2 配套工具

2.1 插管桥塞

（1）结构：插管桥塞由座封、密封、锚定、丢手、密封中心管、导向防撞等部分组成[7]（见图1）。

（2）工作原理：插管桥塞下入时由下部导向防撞接头进行导向，并挡住来自下部的撞击和摩擦力，保护胶筒和卡瓦，防止桥塞中途座封；座封时高压液体通过丢手球座上端的进液孔推动座封活塞、外套、座封套下行，剪断座封销钉，带动上锥体下行压缩胶筒，座封套继续下行剪断固定销钉，推动卡瓦下行随锥体斜面张开锚定在套管内壁，两端卡瓦双向锚定并相互锁紧在套管内，实现桥塞的座封和锚定；继续提高压力剪断丢手剪钉，丢手球座与桥塞中心管脱开丢手，此时座封活塞下行至底端，露出座封进液孔实现油套连通，油管压力突降，完成座封和丢手。

（3）技术特点：①底部导向防撞接头锥形设计，既便于下入导向，又可保护胶筒和卡瓦，防止中途座封；②桥塞底部单流阀结构设计，挤注水泥施工后可快速自动反向关闭，防止水泥返吐凝固插管，避免造成大修事故；③双向分瓣卡瓦设计，锥体小角度整体锥进撑开，双向自锁锚定，锚定可靠、双向密封；④液压座封并丢手，操作简单、安全可靠；⑤中心管上部大角度导向、内径高精度设计，便于密封插管进入和密封。

（4）主要技术参数：座封压力：15 MPa；工作压差：50 MPa；工作温度：150 ℃；丢手压力：25 MPa。

2.2 插管反洗阀

（1）结构：由上接头、中心插管、外套、反洗活塞、销钉、“O”型密封圈组成（见图2）。

图2 插管反洗阀

（2）工作原理：反洗阀中心插管下部设计多组密封圈，下井时，将中心插管下部缓慢插入插管桥塞密封中心管内，依靠密封圈密封插管间隙，然后继续缓慢下放管柱直至插管全部进入并加压一定负荷。施工中如果水泥挤注异常，可实施反洗井，反洗时套管加液压推动反洗活塞上行，剪断销钉后打开反洗通道，大排量反洗将油管内的水泥洗出地面，防止管内水泥凝固事故。施工结束后直接上提即可抽出插管。

（3）技术特点：①反洗阀中心插管下部采用多级组合式密封，保证密封的有效性和可靠性；②反洗阀和插管一体化设计，缩短反洗通与桥塞距离，可将桥塞上部反洗彻底。

（4）主要技术参数：外径：100 mm；内径：50 mm；密封压差：50 MPa；反洗压力：3 MPa；反洗排量：≥30 m3/h。

3 现场试验

废弃井水泥挤封管柱及配套工具自2019 年以来在冀东油田废弃井和储气库井封层进行了12 井次的现场挤水泥封层施工。其中大斜度井11 口，水平井1 口，桥塞最大下深3 425 m，现场最大施工压力达到32.5 MPa。桥塞的下入、座封、丢手和插入对接、验封、挤注、反洗、起出等工艺均取得了成功，验封合格率100%，施工成功率由88%提高至100%，封堵密封有效率由76.4%提高至100%。解决了深斜井高温高压水泥挤注难、密封效果差、施工风险高等问题。满足了油田深井高压挤水泥封层施工的需要。

4 结论

现场应用表明，废弃井水泥挤封管柱及配套工具封堵储层施工可靠，具有适应高温高压、深斜井、可快速反洗、工艺安全可靠等特点，为挤水泥封层施工提供了技术支撑。该技术具有以下几个特点。

（1）该水泥挤封封层管柱液压座封丢手，耐高温高压、双向锚定密封，满足了深斜井高压井挤水泥封层的需要。

（2）桥塞底部设计单流阀，带压挤注后可自动关闭防止水泥返吐，可有效预防水泥凝固挤注管柱等事故发生。

（3）插管与桥塞中心管组合密封插接方便、密封可靠，操作简便。

（4）反洗阀和插管一体设计，如果出现窜漏或挤注难等情况，可及时反洗井后起出插入施工管柱，降低作业安全风险。