渤中28-1油田油套同壓治理的探索與實(shí)踐

馮 碩，羅少鋒，朱洪華，王支柱，向英豪

(1.中海石油 (中國)有限公司天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心，天津 300452;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

1 基本情況

渤中28－1油田位于渤海南部海域，為1980年12月中日石油開發(fā)株式會(huì)社與渤海石油公司合作勘探開發(fā)區(qū)域，生產(chǎn)層位為奧陶系、中寒武統(tǒng)和沙河街組。該油田油氣井氣油比高，上升速度快，后期綜合氣油比大于2000，同時(shí)部分油氣井存在油套連通現(xiàn)象，井下管柱和地面生產(chǎn)設(shè)施在幾十年的生產(chǎn)過程中都有不同程度的腐蝕老化，存在一定的安全隱患。

2 油套同壓原因及危害

2.1 油套同壓產(chǎn)生的原因

(1)生產(chǎn)油管、井下工具發(fā)生腐蝕、穿孔或裂縫，導(dǎo)致油管內(nèi)與油管和套管之間的環(huán)形空間(簡稱油套環(huán)空)相互連通，油管內(nèi)壓力傳入油套環(huán)空，產(chǎn)生油套同壓。

(2)工程施工過程中，由于設(shè)計(jì)或施工質(zhì)量原因?qū)е路謱臃飧羝髅芊馐Щ蛏a(chǎn)管柱密封模塊未能進(jìn)入封隔器密封筒，導(dǎo)致套壓過高，進(jìn)一步產(chǎn)生油套同壓。

(3)隨著油氣井生產(chǎn)，由于井況或各種其他原因，井下分層封隔器可能會(huì)出現(xiàn)封隔失效，以致地層壓力傳至油套環(huán)空，造成油套同壓。

(4)部分油氣井生產(chǎn)年限較長，或井內(nèi)流體有較強(qiáng)腐蝕性，導(dǎo)致套管發(fā)生腐蝕、穿孔等，套管外地層壓力傳至套管環(huán)空，造成油套同壓。

2.2 油套同壓帶來的危害

(1)套壓過高會(huì)對(duì)油氣井正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響。長期處于較高壓力的油氣井，輕者會(huì)對(duì)井口設(shè)備、管匯產(chǎn)生高壓沖蝕，產(chǎn)生裂縫、密封失效等問題;重者會(huì)導(dǎo)致油氣泄漏引起火災(zāi)、爆炸等事故。

(3)對(duì)于采用電動(dòng)潛油泵生產(chǎn)的油氣井，套壓過高會(huì)迫使套管環(huán)空動(dòng)液面下降，沉沒度降低。當(dāng)動(dòng)液面下降至電泵吸入口附近時(shí)，氣體竄入電動(dòng)潛油泵內(nèi)，發(fā)生氣鎖現(xiàn)象。同時(shí)沉沒度下降，電泵吸入口壓力降低也會(huì)使電泵揚(yáng)程變小，井筒內(nèi)液體無法正常抽至地面，嚴(yán)重影響潛油泵井的泵效及產(chǎn)量［1］。

(4)在后期作業(yè)過程中，套壓過高的井往往會(huì)增大壓井難度，同時(shí)生產(chǎn)管柱可能有腐蝕、穿孔、斷裂等現(xiàn)象，增大了井下管柱斷裂落井的風(fēng)險(xiǎn)。

3 常見的復(fù)雜井況及處理措施

3.1 壓井方法

油套同壓井在壓井時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)油管穿孔或封隔器密封不嚴(yán)等問題，其壓井方法不同于常規(guī)壓井［2］。圖1為渤中28－1油田油套同壓井漏點(diǎn)分布圖，管柱腐蝕漏點(diǎn)無規(guī)則地分布在氣舉管柱的各個(gè)位置。針對(duì)管柱中不同位置的漏點(diǎn)，可以使用循環(huán)加重壓井、擠注壓井、連續(xù)油管壓井等方法［3］。

圖1 渤中28－1油田油套同壓井漏點(diǎn)分布圖Fig 1 Leakage points distribution of wells of casing and tubing with pressure in Bozhong 28－1 Oilfield

生產(chǎn)管柱漏點(diǎn)較深的井，其壓井方法與常規(guī)壓井方法類似。通過測(cè)試得到井底地層靜壓，或測(cè)定立管壓力，計(jì)算出所需要的壓井液密度，隨即可直接進(jìn)行循環(huán)脫氣、加重壓井，依靠建立起來的液柱壓力平衡地層壓力，達(dá)到壓井目的。

生產(chǎn)管柱漏點(diǎn)較淺的井，在井內(nèi)無法建立正常循環(huán)通路，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)壓井。此時(shí)可采取擠注壓井方法，提前計(jì)算好壓井液密度，同時(shí)根據(jù)Stokes公式，氣泡從井底向井口運(yùn)移的過程中，隨著上覆壓力的降低，氣泡的體積和直徑不斷變大，而氣泡直徑和氣體運(yùn)移速度呈指數(shù)關(guān)系變化，氣泡向上運(yùn)移速度越來越快［4］。因此，要采取大排量、高泵速，連續(xù)一次性將壓井液擠注入地層，控制氣體向上運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)擠注壓井目的。

當(dāng)層流區(qū)雷諾數(shù)Re＜2300時(shí)，Stokes公式為:

式中 u∞——?dú)馀萁K速度;

ρf、ρg——液體及氣體的密度;

g——重力加速度;

db——?dú)馀莸漠?dāng)量直徑;

μf——流體的黏度。

在對(duì)渤中28－1油田油套同壓井的治理過程中統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，由于各種原因，井下管柱的漏點(diǎn)無法確定。對(duì)4口井 (N4井、N7井、N8井和S3井)進(jìn)行治理，漏點(diǎn)位置見表1。因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)油套同壓的治理井，要仔細(xì)判斷漏點(diǎn)位置，針對(duì)不同情況采取不同壓井措施，或用多種措施相互結(jié)合的方式進(jìn)行綜合治理［5］。

表1 渤中28-1油田油套同壓井管柱漏點(diǎn)位置表Table 1 Column leakage points position of wells of casing and tubing with pressure in Bozhong 28-1 Oilfield

3.2 堵漏方法

渤中28－1油田油氣井投產(chǎn)年限較長，儲(chǔ)層處于裂縫發(fā)育帶，壓力梯度和溫度較高，同時(shí)油氣井均為高產(chǎn)氣井 (日均產(chǎn)氣20×104m3)，井史顯示漏失量較大，為了更好地保護(hù)儲(chǔ)層，減少工作液漏失對(duì)產(chǎn)量的影響，采取暫堵方法來減少工作液漏失。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果可知:簡易PRD修井液體系的原始滲透比遠(yuǎn)小于普通修井液 (圖2)，堵漏效果較好;濾失量與累計(jì)時(shí)間比的斜率隨累計(jì)時(shí)間推移變小且趨于穩(wěn)定 (試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論)，可以有效阻止修井液滲透進(jìn)入儲(chǔ)層 (圖3)。上述效果不但能起到保護(hù)儲(chǔ)層的作用，并且由于PRD修井液體系形成的弱凝膠膠膜返排突破壓力低 (0.2～0.3MPa)，投產(chǎn)時(shí)不會(huì)堵塞油氣通道，在儲(chǔ)層環(huán)境下所用材料能全部自動(dòng)降解，不會(huì)對(duì)油氣層造成永久傷害［6］。

圖2 簡易PRD修井液與普通修井液滲透比對(duì)比圖Fig.2 Comparison of permeability ratios between simple PRD drilling fluid and common one

圖3 濾失量隨時(shí)間變化圖Fig.3 Variation of filtration with time

3.3 井下管柱斷裂及處理方法

由于井下生產(chǎn)管柱可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕、穿孔、斷裂等現(xiàn)象，所以在處理油套同壓等問題井時(shí)需要打撈井下斷裂、落井的落魚。管柱腐蝕斷裂的位置無規(guī)律性，所以在打撈井下落魚時(shí)往往難度較大［7］，如:①斷裂點(diǎn)深度較淺，斷裂點(diǎn)周圍存在電纜、控制管線、毛細(xì)管、壓力計(jì)信號(hào)電纜等，落魚頂部比較復(fù)雜，外徑不規(guī)則;②斷裂點(diǎn)位于油管接箍上方較近位置，距離油管接箍較近，油管本體打撈位置較短;③油管腐蝕斷裂點(diǎn)附近往往腐蝕嚴(yán)重，打撈部分物理強(qiáng)度較低，不利于打撈工具抓牢落魚;④由于腐蝕穿孔的位置通常不只一處，在打撈工具抓住落魚后震擊打撈過程中，下部管柱存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)。這樣，不僅增加重復(fù)打撈的次數(shù)，也增加了二次打撈的難度。

針對(duì)上述可能出現(xiàn)的較為復(fù)雜的管柱斷裂情況，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況采取如下預(yù)防措施［8］:

(1)在對(duì)落魚頂部附近有電纜、控制管線、毛細(xì)管及壓力計(jì)信號(hào)電纜的落魚進(jìn)行打撈時(shí)，針對(duì)電纜、液控管線類繩狀落魚下入帶壓盤外鉤處理，露出落井的生產(chǎn)管柱;然后下入打撈筒，如果無法正常引入落魚，可利用銑環(huán)修復(fù)魚頂。

(2)針對(duì)落魚頂部打撈范圍小且下部存在油管接箍或其他大直徑工具的落魚，可采取“短引鞋打撈筒+大外徑銑環(huán)+適中引鞋”方式。大外徑銑環(huán) (銑環(huán)外徑略大于不規(guī)則魚頂?shù)淖畲笾睆?可以使銑環(huán)避開油管接箍或護(hù)罩卡子等工具，相對(duì)縮短了打撈長度。

(3)在打撈工具撈住剩余生產(chǎn)管柱后，盡量避免使用震擊器進(jìn)行震擊打撈，可采用小噸位范圍內(nèi)上下活動(dòng)管柱，嘗試將落魚撈出，可防止落魚下部管柱再次發(fā)生斷裂，造成多次打撈的復(fù)雜井況。

(4)在井下生產(chǎn)管柱情況復(fù)雜多變的情況下，通過結(jié)合化學(xué)切割、倒扣打撈等方式對(duì)卡點(diǎn)以上生產(chǎn)管柱進(jìn)行處理，隨后再通過震擊打撈等方式將卡點(diǎn)以下生產(chǎn)管柱處理干凈。根據(jù)卡點(diǎn)的深度及管柱與地層之間的連通情況，在不影響油氣井生產(chǎn)及安全的情況下可直接恢復(fù)生產(chǎn)。

渤中28－1油田油套同壓井治理過程中，4口油套同壓井皆為氣舉自噴管柱，也都出現(xiàn)了因管柱腐蝕而導(dǎo)致管柱斷裂落井的現(xiàn)象。其中3口井?dāng)嗔盐恢脼橛凸鼙倔w，1口井為氣舉閥接箍處斷裂。根據(jù)斷口打撈部分的尺寸，選取相應(yīng)尺寸的打撈工具進(jìn)行打撈即可。根據(jù)情況通常選用“卡瓦打撈筒 (配相應(yīng)尺寸的籃瓦)+3in短鉆桿+6in 震擊器+4in 鉆鋌 +3in 鉆桿” 的鉆具組合進(jìn)行打撈。

在4口井的打撈過程中，N4井和N7井由于無法直接震擊打撈出井下落魚，通過化學(xué)切割的方式，分段切割打撈，成功撈出全部生產(chǎn)管柱。4口井的生產(chǎn)管柱全部打撈完畢后逐一檢查，檢查發(fā)現(xiàn)斷裂處油管 (工具)存在較大范圍腐蝕，且斷口附近不同程度地存在多處腐蝕、穿孔等現(xiàn)象，詳見圖4［9］。

3.4 其他復(fù)雜情況

3.4.1 封隔器無法解封、定位密封黏卡

圖4 渤中28－1油田油套同壓治理井部分管柱斷口照片F(xiàn)ig.4 Pictures of some column fractures in the wells of casing and tubing with pressure in Bozhong 28－1 Oilfield

在渤中28－1油田油套同壓井治理過程中，除上述常見問題外，還出現(xiàn)了井內(nèi)PHL封隔器無法解封的現(xiàn)象。渤中28－1油田油套同壓井多為氣舉自噴井，完井自噴管柱下入哈里伯頓公司的PHL封隔器，主要作用是封隔油套環(huán)空，防止自噴管柱向上移動(dòng)，7in PHL封隔器設(shè)計(jì)解封拉力為4550lbs×12(銷釘數(shù)量)=54600lbs(約為 25t)，修井過程中，兩口井PHL封隔器無法正常解封。同時(shí)，N7井由于井內(nèi)高溫及腐蝕等原因，防砂封隔器密封筒和定位密封高溫金屬黏卡和垢化物黏卡嚴(yán)重，超過設(shè)計(jì)解封噸位20t后仍無法提活原井生產(chǎn)管柱。

對(duì)于此種生產(chǎn)管柱卡死或封隔器無法解封的問題，最常用的處理方式就是切割打撈后套銑。利用卡點(diǎn)公式對(duì)卡點(diǎn)位置進(jìn)行預(yù)估，隨后對(duì)卡點(diǎn)以上管柱進(jìn)行切割，最后對(duì)切割位置以下管柱進(jìn)行震擊打撈處理。若無法成功打撈，則進(jìn)行套銑打撈;也可根據(jù)井筒與地層連通情況及生產(chǎn)的要求，直接下入對(duì)接生產(chǎn)管柱或下入合采管柱投產(chǎn)。

3.4.2 下部生產(chǎn)管柱堵塞

在油套同壓井的治理過程中，最常出現(xiàn)的復(fù)雜情況就是管柱腐蝕斷裂，而管柱腐蝕斷裂往往伴隨著產(chǎn)生較多的結(jié)垢碎屑。在一些腐蝕性較大的井，為了保護(hù)套管，在套管環(huán)空替入套管封隔液。在起下鉆過程中結(jié)垢碎屑或套管封隔液等異物會(huì)不同程度地落入井底，對(duì)下部生產(chǎn)管柱或地層造成堵塞，對(duì)地層造成傷害。

通常用如下3種方法減少井內(nèi)異物對(duì)下部生產(chǎn)管柱或地層的影響:①下入小油管對(duì)下部生產(chǎn)管柱內(nèi)的堵塞雜質(zhì)進(jìn)行沖洗，將砂橋沖開，將井內(nèi)異物雜質(zhì)沖洗干凈后下入生產(chǎn)管柱;②下入生產(chǎn)管柱后，使用連續(xù)油管對(duì)堵塞位置進(jìn)行沖洗;③下入生產(chǎn)管柱后，使用沖孔工具對(duì)下部生產(chǎn)管柱進(jìn)行打孔，再使用連續(xù)油管誘噴投產(chǎn)。

4 再完井時(shí)解決方法

4.1 完井生產(chǎn)管柱

再完井中下入生產(chǎn)管柱時(shí)，為降低腐蝕，應(yīng)盡量選擇抗腐蝕性好的油管，同時(shí)應(yīng)全井采用氣密性油管。在油管下入過程中，對(duì)其上扣扭矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證全井油管的高密封性。使用氣密性油管專用吊卡和卡瓦，避免在下入過程中油管損壞。

井下工具及上下短節(jié)要選擇抗腐蝕性材質(zhì)，各工具、變扣之間連接的扣型也要選擇氣密扣型。在選擇封隔器坐封位置時(shí)，應(yīng)盡量接近射孔層位，同時(shí)選擇固井質(zhì)量好的井段，避開套管接箍，保證封隔器良好地封隔上下層段。

在生產(chǎn)管柱的下入過程中，各定位密封、隔離密封應(yīng)盡量選擇加長型，保證多道密封模塊處于生產(chǎn)封隔器密封筒內(nèi);同時(shí)井口配管時(shí)也要適當(dāng)增大下壓噸位，通常建議下壓鉆壓在5～10t范圍內(nèi)配管，保證定位密封及各模塊密封可以更穩(wěn)定地進(jìn)入生產(chǎn)封隔器的各密封筒內(nèi)，以確保生產(chǎn)封隔器所封隔的層位在投產(chǎn)后不會(huì)由于壓力過高而竄層，避免再次發(fā)生套管壓力上升過快及油套同壓的現(xiàn)象。

4.2 后期投產(chǎn)措施

處理油套同壓井時(shí)會(huì)對(duì)下部生產(chǎn)管柱、地層造成不同程度的傷害，所以投產(chǎn)初期可以考慮增產(chǎn)工藝措施來進(jìn)一步減小修井作業(yè)對(duì)井筒、地層的影響，更好地達(dá)到增產(chǎn)效果。根據(jù)實(shí)際井況，可選擇自噴、替柴油誘噴、連續(xù)油管氣舉誘噴、酸化等措施，解除近井地帶的傷害。

正式投產(chǎn)后，要密切關(guān)注油氣井生產(chǎn)制度，選擇合理的油嘴開度，控制好流壓及生產(chǎn)壓差，同時(shí)記錄套壓與產(chǎn)量間的關(guān)系，定期人工釋放套壓，控制套壓使油氣井處于相對(duì)高產(chǎn)狀態(tài)下［10］。

5 結(jié)束語

(1)腐蝕引起的管柱穿孔、斷裂現(xiàn)象對(duì)油氣井壓井工作影響很大，故壓井前需充分判斷管柱漏點(diǎn)的深度與位置，根據(jù)生產(chǎn)管柱及地層情況選擇壓井方式及壓井液密度，保證井控安全。

(2)海上油田多數(shù)油套同壓井產(chǎn)層的滲透性較好，在作業(yè)過程中一定要優(yōu)化壓井工作液配方，做好壓井工作液與地層配伍性試驗(yàn)，嚴(yán)格控制濾失量，避免工作液對(duì)地層的傷害。

(3)在對(duì)落井管柱進(jìn)行打撈處理時(shí)，需要根據(jù)落魚上部油管的情況仔細(xì)分析井下落魚，判斷落魚打撈部分的尺寸、長度、是否規(guī)整以及腐蝕程度等，綜合分析后，根據(jù)井下落魚情況合理進(jìn)行打撈工具、打撈參數(shù)的選擇與控制。

(4)油氣井后期投產(chǎn)后，應(yīng)根據(jù)油氣井具體情況實(shí)施增產(chǎn)措施，并制訂合理的生產(chǎn)制度，在安全范圍內(nèi)控制套壓，密切關(guān)注油氣井的生產(chǎn)情況，使其在相對(duì)“健康、高產(chǎn)”的工作制度下運(yùn)行。

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