帶壓下復(fù)雜管柱技術(shù)在長慶油田X井的應(yīng)用

胡旭光, 董守濤, 王江南

(1中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心 3中國石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司井下作業(yè)分公司 4四川蜀渝石油建筑安裝工程有限公司)

二十世紀(jì)六十年代我國開始帶壓作業(yè)技術(shù)研究，進(jìn)入二十一世紀(jì)帶壓作業(yè)需求日益旺盛，裝備與技術(shù)快速發(fā)展，在西南油氣田、長慶油田、中石化涪陵頁巖氣等油氣田廣泛應(yīng)用[1-7]。近年來，帶壓作業(yè)主要集中在帶壓下結(jié)構(gòu)簡單的管柱，如在中國石油長寧-威遠(yuǎn)頁巖氣區(qū)塊帶壓完井中，入井管柱結(jié)構(gòu)為：引鞋+篩管+油管1根+油管內(nèi)密封工具+設(shè)計(jì)深度的油管+油管懸掛器；在中石化重慶涪陵頁巖氣區(qū)塊帶壓完井中，入井管柱結(jié)構(gòu)為：喇叭口+篩管+油管內(nèi)密封工具+XN型工作筒+設(shè)計(jì)深度的油管+X型工作筒+設(shè)計(jì)深度的油管+油管懸掛器。其中引鞋(或喇叭口)+篩管長度約為3.1 m，油管內(nèi)密封工具約為0.28 m，XN型工作筒及X型工作筒長度約為0.3 m，管柱結(jié)構(gòu)簡單，下入難度小。喇叭口+篩管+油管內(nèi)密封工具雖然長度在3.38 m左右，但由于是首先入井的管柱，可關(guān)閉井控全封閘板后連接一根油管，直接用絞車下放至井控全封閘板以上，再關(guān)閉對應(yīng)的環(huán)空密封裝置，即可將此段管柱下入井內(nèi)。而對于復(fù)雜管柱，帶壓作業(yè)施工難度大，目前暫無國內(nèi)文獻(xiàn)提及相關(guān)解決方法。以長慶油田X井帶壓作業(yè)為例，分析了帶壓下復(fù)雜管柱中存在的技術(shù)難點(diǎn)，提出了對應(yīng)的解決措施，成功帶壓下入帶有循環(huán)滑套、扶正器、封隔器及轉(zhuǎn)換短節(jié)的復(fù)雜管柱。

一、X井基本情況

X井是長慶油田CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的一口重點(diǎn)注氣井，前期已累計(jì)注入1 200 t CO2，為避免放空造成空氣污染以及人員凍傷、窒息等風(fēng)險(xiǎn)，后期注水將CO2氣體驅(qū)替至地層。注水完成后利用常規(guī)修井機(jī)解封封隔器，突然出現(xiàn)油套帶壓的情況，油壓為15 MPa，套壓為7 MPa，由于井口帶壓，無法繼續(xù)進(jìn)行常規(guī)修井作業(yè)。為保護(hù)儲(chǔ)層，避免壓井帶來的儲(chǔ)層傷害、產(chǎn)量下降，擬通過帶壓作業(yè)技術(shù)下入完井管柱。需帶壓下入的完井管柱結(jié)構(gòu)自下而上為：篩管+定壓接頭+球座+?73.02 mm油管×5根+變扣短節(jié)+彈性扶正器+封隔器+彈性扶正器+循環(huán)滑套+變扣短節(jié)+?73.02 mm油管若干(根據(jù)最終完井深度確定)+變扣短節(jié)+雙公短節(jié)+油管掛。參數(shù)見表1,管柱結(jié)構(gòu)見圖1。

表1 X井完井管柱參數(shù)

圖1 完井管柱結(jié)構(gòu)

二、施工難點(diǎn)

1.復(fù)雜管柱過長游動(dòng)卡瓦與固定卡瓦無法倒換

帶壓下管柱時(shí)，通過游動(dòng)卡瓦與固定卡瓦之間的相互倒換保持管柱時(shí)刻處于卡緊狀態(tài)，防止管柱飛出或“落井”[8-10]。其中游動(dòng)卡瓦通過帶壓作業(yè)機(jī)液缸控制，液缸的最大行程是帶壓作業(yè)機(jī)的重要參數(shù)，該井使用的氣井帶壓作業(yè)機(jī)最大液缸行程為3.5 m，為目前國內(nèi)帶壓作業(yè)機(jī)最大液缸行程。

X井復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)為：循環(huán)滑套+彈性扶正器+封隔器+彈性扶正器+變扣短節(jié)+油管外加厚母扣，油管外加厚母扣長度為0.13 m，則復(fù)雜管柱總長度為3.95 m，大于帶壓作業(yè)機(jī)液缸最大行程。

(1)若采用一把下入的方式，液缸行程不夠?qū)е掠蝿?dòng)卡瓦只能夾在復(fù)雜管柱上，而復(fù)雜管柱外徑均與油管外徑不同，卡瓦不能夾持，無法下入復(fù)雜管柱。

(2)若采用分段下入的方式，例如將扶正器+封隔器+扶正器+變扣短節(jié)+油管外加厚母扣連成一體先行下入，此段管柱總長度為2.8 m，小于液缸行程，采用游動(dòng)卡瓦可以一把下至環(huán)形防噴器上部，但此時(shí)此段管柱正好位于固定卡瓦位置，由于固定卡瓦無法夾持非油管外徑管柱，在固定卡瓦無法夾持的情況下不能打開游動(dòng)卡瓦，游動(dòng)卡瓦與固定卡瓦不能相互倒換，無法下入復(fù)雜管柱。

2.復(fù)雜管柱過長導(dǎo)致環(huán)空壓力無法密封

帶壓作業(yè)機(jī)通過工作防噴器組實(shí)現(xiàn)帶壓下管柱期間環(huán)空壓力密封，工作防噴器組從上至下包括環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置、上閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置、平衡泄壓四通、下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置[11-12]。對于復(fù)雜管柱，根據(jù)管柱長度不同可采用環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置+下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置開閉倒換下入管柱或上、下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置開閉倒換下入管柱，但實(shí)現(xiàn)以上倒換的前提條件是復(fù)雜管柱長度小于倒換的腔室高度。以環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置+下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置為例，此高度為環(huán)空動(dòng)密封裝置實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封的最大高度，考慮各動(dòng)密封裝置法蘭高度后最大高度為2.8 m。而復(fù)雜管柱長度為3.95 m，將復(fù)雜管柱下至下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置以上時(shí)，無法關(guān)閉環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置，在不關(guān)閉環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置的情況下不能打開下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置，進(jìn)而無法帶壓下入復(fù)雜管柱。

三、解決措施

1.井口組合中配備懸掛法蘭

考慮到復(fù)雜管柱長度大于液缸最大行程，因此采用分段下入的方式，第一段為：扶正器+封隔器+扶正器+變扣短節(jié)+油管外加厚母扣，上緊絲扣后通過送入單根先行下入，此段管柱總長度為2.8 m，小于液缸行程，采用游動(dòng)卡瓦可以一把下至環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置以上，此時(shí)此段管柱正好位于固定卡瓦位置，固定卡瓦不能夾持。采用對角順序依次頂緊懸掛法蘭頂絲，測量頂絲桿外露長度，確保頂絲頂緊后松開游動(dòng)卡瓦，將游動(dòng)卡瓦上行至最高位置。懸掛法蘭壓力等級(jí)70MPa，最大懸掛?73.02 mm油管重量為54 t。

倒出送入單根后，地面連接第二段：循環(huán)滑套+變扣短節(jié)+油管，利用絞車吊起第二段與剛?cè)刖牡谝欢螌?，上緊絲扣，此時(shí)游動(dòng)卡瓦可以全部夾持在油管上，關(guān)閉游動(dòng)卡瓦后即可松開懸掛法蘭頂絲，繼續(xù)下管柱作業(yè)。

2.調(diào)整井控防噴器組合形式

考慮到復(fù)雜管柱長度大于工作防噴器組最大高度，在關(guān)閉下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置的情況下無法關(guān)閉環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置。此時(shí)考慮調(diào)整井控單閘板防噴器位置，使環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置至上部井控半封防噴器之間的高度大于復(fù)雜管柱的長度。調(diào)整前井控防噴器組組合從上至下依次為：半封防噴器+半封防噴器+全封防噴器+剪切防噴器，調(diào)整后的組合從上至下依次為：剪切防噴器+半封防噴器+全封防噴器+半封防噴器，見圖2。

圖2 調(diào)整前與調(diào)整后的防噴器組合形式

采用調(diào)整后的防噴器組合形式后，可先關(guān)閉工作閘板防噴器組中的下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置，將復(fù)雜管柱下至下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置以上，低壓關(guān)閉環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置，此時(shí)環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置關(guān)閉在壁厚均勻光滑的循環(huán)滑套上，關(guān)閉上部井控半封防噴器，打開平衡泄壓四通，打開下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置，上部井控半封防噴器與下閘板式環(huán)空動(dòng)密封裝置之間的壓力通過平衡泄壓四通泄掉，打開環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置。此時(shí)，游動(dòng)卡瓦處于關(guān)閉狀態(tài)，液缸下行，將復(fù)雜管柱下至環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置以下，關(guān)閉環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置，在環(huán)形環(huán)空動(dòng)密封裝置與上部井控半封防噴器之間打平衡壓，打開上部井控半封防噴器，下入復(fù)雜管柱并更換上部井控半封防噴器密封件。

四、結(jié)論與建議

(1)井口組合配備懸掛法蘭后，可通過懸掛法蘭與帶壓作業(yè)卡瓦系統(tǒng)的相互倒換，實(shí)現(xiàn)管柱重量的轉(zhuǎn)移，從而可以選擇性釋放卡瓦系統(tǒng)，在井內(nèi)有管柱的情況下保持卡瓦系統(tǒng)全開，調(diào)整液缸位置，變相增加了液缸最大行程，為帶壓下復(fù)雜長管柱必備裝置，同樣適用于帶壓起復(fù)雜管柱。

(2)在復(fù)雜管柱長度大于工作防噴器組腔室高度的情況下，通過調(diào)整井控防噴器組合形式，增加防噴器腔室密封高度，依靠井控半封防噴器實(shí)現(xiàn)管柱的短暫動(dòng)密封，解決了復(fù)雜管柱過長導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)環(huán)空壓力密封的難題。

(3)為更好地解決帶壓下復(fù)雜長管柱中動(dòng)密封腔室高度不足的難題，可根據(jù)復(fù)雜管柱長度在工作防噴器組之間加入不同高度的升高短節(jié)，以滿足帶壓作業(yè)中下不同長度復(fù)雜管柱的需要。