江漢油田帶壓作業配套井下工具研究及應用

陳和平，申君，管斌，王小軍，方夢莉

（1．中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035；2．中國石化江漢油田分公司勘探開發研究院，湖北 武漢430035）

江漢油田帶壓作業配套井下工具研究及應用

陳和平1，申君2，管斌1，王小軍1，方夢莉1

（1．中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，湖北 武漢430035；2．中國石化江漢油田分公司勘探開發研究院，湖北 武漢430035）

結合江漢油田油水井帶壓作業施工的實際需求，開展了帶壓作業配套井下工具研究，設計出不同類型的油管內密封工具、帶壓沖砂洗井工具、完井工具等，基本解決了江漢油田各類型油水井帶壓作業施工井下工具配套問題，在現場施工中取得了較好應用效果。

江漢油田；油水井；帶壓作業；內密封工具

前 言

江漢油田江漢油區及坪北油區注水井常規作業時均存在不同程度的溢流問題。其中江漢油區部分區塊存在著地層物性差、注水壓力高、停注后壓力擴散慢、作業時施工溢流大的問題。而坪北油區屬特低滲油藏，地層吸水能力差，區塊內注水井普遍存在著作業時注入水回吐的問題。據統計，江漢油區高壓注水井作業前平均關井和放壓時間達50天，單井平均放噴污水量達400方。坪北油區注水井作業時單井平均放噴污水量達110方。

注水井作業前關井放壓不僅時間長，而且還會影響到周邊井甚至整個區塊的產量；放壓后還要面臨污水處理等問題。原井注入水大量返出地層，會造成地層應力變化導致套管變形。此外，由于注入水的回吐，作業開注后必須重新補充地層能量，將大大影響注水效率。

2009年江漢油田開始引進打壓作業技術，并于2010年購置了第一套帶壓作業施工設備，組建了自己專業施工隊伍，同時開展了帶壓作業油管內密封工具及配套井下工具的研究，形成了江漢油田帶壓作業油管內密封技術，先后在江漢油區和坪北油區進行了推廣應用，取得了較好的應用效果。

1 帶壓作業技術

帶壓作業技術就是利用井控設備控制井口壓力，對高壓油水井在不泄壓狀態下，進行油水井維護和事故處理的修井作業。主要解決施工作業過程中油套環形空間動密封及管柱防噴問題，克服流體作用于管柱的上頂力，實現安全起下管柱等問題。帶壓作業設備由井控密封系統（見圖1）、加壓動力系統、提升系統等三大部分組成。井控密封系統主要由閘板防噴器、環形防噴器等組成，主要是密封環形空間或關井，保證井內液體不外溢。加壓動力系統由雙向雙作用液壓缸、游動卡瓦、固定卡瓦等組成，用于當油管自身重量小于井內流體作用于油管的上頂力時，進行提放管柱。提升系統主要由修井機構成。

帶壓作業首先對作業井油管進行通管，根據通管情況選擇合適的油管堵塞器封堵油管壓力。油管封堵成功后，將油管內壓力放空，拆除井口。再將帶壓作業井控設備及作業機安裝好。施工時利用井控設備的防噴器組控制油套環空壓力，在帶壓環境中倒出油管掛，再將井內生產管柱起出。下入工藝管柱前，在油管末端連接專用的完井工具封堵油管壓力，利用井控設備密封油套環空壓力，在帶壓環境下將工藝管柱下入井內。管柱下至設計深度，連通管柱通道后進行下步措施。如需直接完井，則倒入油管掛，拆除帶壓作業輔助機，裝好井口，完成封隔器坐封等步驟后，打開管柱通道完井。

帶壓作業技術的關鍵就是要解決油管內部堵塞，在整個帶壓作業過程中，無論是施工前對油管壓力的封堵，還是施工中帶壓通井、刮管、沖砂、洗井等工序，以及下完井管柱恢復生產，實施上述步驟時都必須配套使用專用井下工具才能完成。這些配套工具的性能及指標直接決定了施工的效率和效果，因此帶壓作業配套井下工具是開展帶壓作業施工的必備條件，也是決定施工成敗的最關鍵組成部分之一。

圖1 井控密封系統

2 帶壓作業配套井下工具研究

2009年至今，圍繞帶壓作業油管內密封技術及配套井下工具技術開展了多方面技術研究和應用，提升了帶壓作業能力，提高了修井作業時效，形成了適合江漢油田的帶壓作業技術。目前已完成固定式油管堵塞器、活動式油管堵塞器、帶壓正洗閥、多功能沖砂洗井閥、防溢流球座、分層注水井不壓井循環閥、定壓滑套等配套工具的研究工作。上述工具可實現油水井帶壓起管、換封和帶壓酸化壓裂，以及帶壓刮管、沖砂、洗井等中間工序。

2．1 固定式油管堵塞器

（1）結構：主要由工作筒、堵塞器本體組成。

（2）工作原理：該類型堵塞器需配套工作筒使用，工作筒安裝于注水管柱底端，需要起管柱作業時直接從井口投放堵塞器至工作筒處封堵油管。

（3）主要技術指標：最大外徑90mm，最小內徑30mm，工作溫度120℃，反向最大承受壓差35MPa。

2．2 卡瓦式活動堵塞器

（1）結構：主要由丟手連接桿、中心管、錐體、密封件、推動頭、限位塊等部分組成。

（2）工作原理：使用鋼絲投送入井，到達預定位置時上提鋼絲，使堵塞器座卡，繼續上提鋼絲直至銷釘剪斷，完成堵塞器坐封，油管泄壓確認堵塞器封堵成功后方可起管。

（3）主要技術指標（見表1）。

表1 卡瓦式堵塞器主要技術指標。

2．3 彈簧爪式活動堵塞器

（1）結構：主要由丟手連接桿、中心管、錐體、卡瓦、密封件、推動頭、連接銷、推動頭等部分組成。

（2）工作原理：同上。

（3）主要技術指標（見表2）。

表2 活動式油管堵塞器主要技術指標

2．4 帶壓正洗閥

（1）結構：主要由上接頭、鋼球、擋板、下接頭等部分組成。

（2）工作原理：帶壓正洗閥為反向單流閥結構，正向連通，起下管柱時生產層位反向壓力推動鋼球上行至上接頭處錐面處形成密封，實現正洗井和防溢流功能。

（3）主要技術指標：最大外徑94mm，最小內徑32mm，密封壓力（0－35）MPa。

2．5 多功能沖砂洗井閥

（1）結構：主要由鋼球、擋球套、擋塊、扭簧、連桿和下接頭等部分組成。

（2）工作原理：將該沖砂洗井閥配接于管柱底部，并帶接球籃。在下管柱的過程中，鋼球與上接頭密封面形成密封，封堵井底壓力，使管柱實現帶壓下放。當下放至指定位置之后，進行正洗井，洗井液的沖力可將球沖離扭簧和連桿，掉至接球籃，連通管柱實現沖砂洗井功能。該工具與常規球座配套使用，還能作為坐封完井工具使用。

（3）主要技術指標：最大外徑92mm，最小內徑30mm，密封壓力（0－35）MPa。

2．6 防溢流坐封球座

（1）結構：主要由上接頭、密封盤根、球座芯子、剪釘等部分組成。

（2）工作原理：上接頭處設計有限位臺階用于固定球座芯子，下管柱時依靠密封盤根和球座芯子防止溢流。管柱下至設計位置后，油管加液壓至設計壓力打掉球座芯子，連通注水通道。

（3）主要技術指標：最大外徑94mm，開啟壓力（5－10）MPa，工作溫度120℃。

2．7 分層注水井不壓井底部閥

（1）結構：主要由工作筒、連接短節、皮碗總成、堵頭、緩沖套等部分組成。

（2）工作原理：下管柱時依靠其底部堵頭密封油管，注水前憋壓打掉堵頭后起到坐封封隔器和循環反洗的作用。需要起管柱作業時先封堵分層注水配水器，再從油管投入配套堵塞器至底部循環閥工作筒處封堵油管。

（3）主要技術指標：總長1500mm，最大外徑90mm，最小內徑30mm，底部堵頭正向開啟壓力20MPa，配套堵塞器工作溫度120℃，堵塞器工作壓力35MPa。

3 現場應用

江漢油田從2009年底開始引進帶壓作業技術，現場應用效果較好，于2010年購置第一套帶壓作業設備，在全油田推廣應用，截止2011年9月，帶壓作業累計完成41口井次，工藝成功率100%，最大井深達到3000米，最大井口壓力達到20MPa，累計減少溢流約14000m3。帶壓作業技術在江漢油田的成功應用，對保持油層壓力、改善低滲透油田注水開發效果、滿足環保需要等發揮了重要作用，為進一步提高注水效果創造了條件（見表3）。

表3 江漢油田部分注水井帶壓作業效果統計表

3．1 帶壓作業縮短了作業鉆井周期

江漢油田部分高壓注水井，由于放壓溢流量大，作業前只能通過關井擴散降低井口壓力，部分井關井擴散周期過長，平均約50天，最長達178天，壓力僅從30MPa降到18MPa，常規作業仍無法開展修井作業，現有帶壓作業技術可以實現井口壓力小于20MPa帶壓修井，減少了高壓注水井關井擴散時間（見表4），一定程度上縮短了作業鉆井周期。

表4 江漢油區部分高壓注水井壓力擴散情況統計表

3．2 實現20MPa以內不泄壓小修作業

帶壓作業能減少泄壓水量，提高注入水的有效利用，減少對周圍油井產量的影響。目前江漢油田帶壓作業可實現20MPa以內不泄壓修井，可以進行注水井檢管、換封、沖砂及措施作業等施工作業，最大井深達到3000米，最大井口壓力達到20MPa，帶壓作業能力和施工效果顯著提高。

3．3 帶壓作業實現了坪北油田注水井作業零溢流量

坪北油田屬于低滲透油田，井口壓力在（6－9）MPa之間，常規作業存在關井壓力擴散慢、放壓周期長、溢流量大等問題，平均單井溢流量約110m3左右（見表5）。

表5 坪北油區部分注水井作業時套管溢流情況統計表

針對該油田注水井井口壓力低這一特點，應用帶壓作業的技術可以省去放壓環節，實現了注水井作業零溢流量。

4 結論及建議

（1）帶壓作業井下配套工具的研究與應用，解決了油田注水井常規放噴泄壓作業所帶來的負面影響，在增加油井產能、實施油藏保護、防止環境污染和減少水資源浪費等方面都起到了十分重要的作用，為油田注水開發、注水井維護性作業以及事故處理提供了有力的技術支持。

（2）經過現場實踐，形成了完善的帶壓作業技術，實現了注水井全過程不泄壓作業施工。提高了注水井修井作業效率，占井周期縮短，大幅度降低了注水開發成本。

（3）對于江漢油田結鹽結垢較為嚴重的井，鋼絲提放通井規通管已不能滿足現場需要，建議加快油管刮管器的研究進度，采用抽油桿連接油管刮管器進行硬通管，同時要求井控設備提供與抽油桿相匹配的卡瓦和封井器。

（4）目前江漢油田注水井帶壓作業工藝已日趨成熟，氣井油管內密封工具尚屬空白，應加快氣井堵塞器的研究步伐，以滿足氣井帶壓作業需要。

［1］崔斌．帶壓作業修井裝置的研制［J］．石油礦場機械，2007，36（1）：63－65．

On the Study and Application of Equipments for Underground Operations under Pressure in Jianghan Oil Field

CHEN He－ping1，SHEN Jun2，GUAN Bin1，WANG Xiao－jun1，FANG Meng－li1

（1．Oil Production Technology Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China；2．Exploration ＆Development Research Institute of Jianghan Oilfield Company，SINOPEC，Wuhan Hubei 430035，China）

In this paper，the authors study the underground tools for operation under increasing pressures according to the actual needs during oil－water well operations in Jianghan Oil Field and come up with diversified tools such as sealing tools inside oil pipes，well cleaning and sand washing tools under pressure and well completion equipment which can meet the needs of various oil－water well operations under pressure in Jianghan Oil Field and prove to be efficient in practices．

Jianghan Oil Field；Oil－Water Wells；Operations under Pressure；Inner Sealing Tools

TE35

A

1009—301X（2012）01—0051—04

2011－11－21

陳和平（1979－），男，大學本科，工程師，現工作于中國石化江漢油田分公司采油工藝研究院，主要從事采油工藝技術研究。

［責任編輯 郭華玉］