高壓返吐井的放噴與防治配套技術(shù)

劉 銳

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433124）

高壓注水是針對(duì)低滲透油藏注水開(kāi)發(fā)中，注水井層難注而采用的一項(xiàng)增注技術(shù)。為避免高壓注水對(duì)套管傷害，江漢采油廠110口高壓井下有封隔器保護(hù)管柱。但是，由于高壓注水井返吐，帶來(lái)了保護(hù)管柱失效及停注或作業(yè)過(guò)程中的鹽卡等諸多問(wèn)題，管理難度大。

1 高壓注水井返吐問(wèn)題

1）高壓注水井注水中停泵停注返吐帶來(lái)如下影響：①造成高壓管柱失效；②臟物進(jìn)入閥體后造成密封不嚴(yán)而加劇泵體磨損，導(dǎo)致增壓泵損壞；③管柱滲漏返吐控制不當(dāng)，加速管柱失效。

2）返吐井井口壓力高，難以卸壓作業(yè)。

3）返吐造成出鹽井鹽卡。

4）放噴導(dǎo)致地層能量損失，帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

5）放噴帶來(lái)的環(huán)保安全隱患。

2 返吐井的放噴與防治配套技術(shù)

近年來(lái)，針對(duì)注水時(shí)、作業(yè)前、作業(yè)中三個(gè)過(guò)程的防吐及放噴，研究應(yīng)用了相應(yīng)的防治技術(shù)。

2.1 注水過(guò)程中的返吐研究與防治

2.1.1 注水過(guò)程中的返吐原因

1）注水泵停注返吐。受注水系統(tǒng)停電、注水泵或單井增壓泵維修等因素的影響而停泵，導(dǎo)致返吐。

2）注水系統(tǒng)干線壓力波動(dòng)造成停泵返吐。注水系統(tǒng)增壓泵多，每臺(tái)泵啟停均會(huì)造成注水干線壓力波動(dòng)大，當(dāng)壓力低于任何一臺(tái)增注泵供水額定壓力時(shí)，引起增壓泵跳閘，高壓井停注返吐。

3）高壓井保護(hù)管柱滲漏返吐。隨著高壓注水井生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，部分井的油管絲扣滲漏或封隔器密封不嚴(yán)，造成套壓不斷上升，當(dāng)套壓大于保護(hù)設(shè)定值時(shí)，注水泵自動(dòng)保護(hù)跳停。由于管柱滲漏量徽弱，放套壓后能維持生產(chǎn)，但一段時(shí)間套壓又緩慢上升，需要間歇性地放壓。

2.1.2 注水過(guò)程中的返吐防治技術(shù)

1）設(shè)計(jì)了地面、地下雙防吐水流程

為防止返吐造成管柱失效及對(duì)生產(chǎn)造成影響，利用單向閥原理，設(shè)計(jì)了井下與井口結(jié)合的雙防吐流程。

①井下防吐水專用工具（圖1）。結(jié)合開(kāi)發(fā)的DGL永久式封隔器超高壓注水插管管柱，設(shè)計(jì)有井下單流閥及擋板閥，該管柱特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)只需要更換插管。

防吐作用：依靠井下單向閥，正注時(shí)單向閥打開(kāi)；注水泵停注返吐時(shí)，反向力的作用使單向閥關(guān)閉，防止返吐；依靠擋板閥，作業(yè)時(shí)插管起出，擋板閥關(guān)閉，防止作業(yè)過(guò)程返吐。單流閥的應(yīng)用，延長(zhǎng)了管柱壽命。

適應(yīng)局限：該管柱適應(yīng)范圍有限，只適應(yīng)于井斜不大，注水井返吐水、井深2 500～3 600m、不出鹽的超高壓注水井。主要原因是插管與封隔器采用鉤槽連接，一旦鉤槽遇鹽后插管易卡死，管柱拔不出來(lái)。因此，僅應(yīng)用了8口井。

圖1 井下防吐水管柱示意圖

②地面泵出口單向閥。井下單流閥可防止吐水，若井下單流閥失效，可通過(guò)泵出口單流閥再次阻止地層返出物進(jìn)入增壓泵泵體對(duì)泵損壞（圖2）。

圖2 地面防吐水流程圖

2）利用“PLC閉環(huán)控制”技術(shù)，通過(guò)地面系統(tǒng)穩(wěn)壓控制

注水系統(tǒng)自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控技術(shù)是利用“閉環(huán)控制”的原理，實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能。先在注水泵出口管線上安裝壓力傳感器，通過(guò)壓力傳感器將信號(hào)送至智能數(shù)字儀表，在智能數(shù)字儀表上設(shè)定好出口壓力規(guī)定值，并把出口壓力規(guī)定值送至內(nèi)置有PID自整定調(diào)節(jié)器的可編程控制器，此時(shí)當(dāng)前壓力值與設(shè)定壓力值作比較，把預(yù)算結(jié)果輸出到變頻器，由變頻器不斷調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。利用該技術(shù)便能把當(dāng)前的壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力偏差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)的壓力閉環(huán)穩(wěn)壓控制（圖3）。

圖3 工作原理圖

全廠應(yīng)用10個(gè)站17個(gè)區(qū)塊，避免了系統(tǒng)壓力波動(dòng)大增壓泵停泵的頻繁發(fā)生，減少欠注井12口，月增加注水量4 200m3；同時(shí)，降低了返吐停泵對(duì)管柱失效影響。

3）利用自動(dòng)放套技術(shù)，對(duì)注水過(guò)程管柱滲漏進(jìn)行放壓控制

采用井口自動(dòng)放套工藝，在設(shè)定的壓力范圍下自動(dòng)放套，可以避免套壓上升到一定值后，自動(dòng)保護(hù)裝置驅(qū)動(dòng)下的泵跳閘停注而需要頻繁地放套壓再啟泵，從而保證超高壓注水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。通過(guò)自動(dòng)套管放壓后，注水井能維持注水，對(duì)管柱失效起到了一定緩解作用，延長(zhǎng)了井下管柱換封周期。目前，井口采用的自動(dòng)放套壓工藝主要有兩種：

①智能控制閥自動(dòng)放套技術(shù)。該裝置的工作原理是：開(kāi)機(jī)裝置運(yùn)行于自動(dòng)狀態(tài)，壓力變送器采集套管壓力信號(hào)，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。當(dāng)套壓高于設(shè)定的開(kāi)閥壓力值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)泄放壓力；當(dāng)套壓下降至設(shè)定的關(guān)閥壓力時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)。

②安全閥卸壓技術(shù)。在井口套壓表之前安裝一個(gè)安全閥。當(dāng)套壓達(dá)到設(shè)定的保護(hù)壓力值時(shí)，安全閥自動(dòng)卸壓，起到保護(hù)管柱的目的。

2.2 作業(yè)前返吐井的放噴研究與防治

雖然上述措施緩解了高壓管柱的失效，但是高壓管柱失效仍然客觀存在，需要作業(yè)。每年高壓管柱失效及作業(yè)井次達(dá)75井次，大部分高壓井停注后壓力高吐水，無(wú)法作業(yè)，需要放噴卸壓。

2.2.1 作業(yè)前放噴卸壓原因及必要性

高壓吐水井管柱失效后需要作業(yè)。在2009年11月之前，只有常壓作業(yè)這一種作業(yè)方式，采用該作業(yè)方法，需要將注水井井口壓力降到0；2009年11月，引進(jìn)了一種帶壓作業(yè)方式，采用該作業(yè)方法，需要將注水井井口壓力降到設(shè)備工作壓力。因高壓井吐水壓力高，完全依靠自然停注擴(kuò)散的辦法，一些井長(zhǎng)期無(wú)法達(dá)到作業(yè)壓力，必須結(jié)合放噴卸壓，來(lái)加快降壓速度。

2.2.2 放噴防治技術(shù)及規(guī)范化管理

以前，高壓井一旦需要作業(yè)，就交作業(yè)隊(duì)接管，由作業(yè)隊(duì)執(zhí)行放噴卸壓。為了追趕作業(yè)進(jìn)度，作業(yè)隊(duì)放噴水量大，速度快，隨意性強(qiáng)，無(wú)控制的放壓導(dǎo)致了多起鹽卡事故及對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

1）改變運(yùn)行方式，放壓管理規(guī)范化

2009年3月以來(lái)，江漢采油廠制定了《高壓注水井放壓管理規(guī)定》，由采油廠接管放壓，完成后再交作業(yè)隊(duì)作業(yè)。在運(yùn)行管理上，安排廠、區(qū)、隊(duì)三級(jí)單位專人負(fù)責(zé)放壓跟蹤，錄取相應(yīng)資料，填寫(xiě)跟蹤放噴井日?qǐng)?bào)，對(duì)運(yùn)行情況隨時(shí)掌握，出現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整措施。通過(guò)新工藝的應(yīng)用，促進(jìn)了防噴防治技術(shù)的不斷完善，使管理更加規(guī)范化。

2）放噴防治技術(shù)

①放噴控制要領(lǐng)。一是高壓井放噴過(guò)程中嚴(yán)禁隨意放套壓。例如黃18－6井2009年8月因井口套管短節(jié)滲漏，套管返吐無(wú)法控制，返出水中結(jié)晶鹽含量高，結(jié)晶鹽將套管環(huán)空填埋，導(dǎo)致管柱卡死而報(bào)廢。二是合理控制返排量，及時(shí)監(jiān)測(cè)Cl－濃度，是有效防止鹽卡的關(guān)鍵。根據(jù)放噴過(guò)程調(diào)查實(shí)驗(yàn)及摸索的經(jīng)驗(yàn)值，放壓排量不得超過(guò)5m3／h；Cl－濃度不得大于16×104mg／l，否則應(yīng)采取清水沖洗解鹽措施。三是結(jié)合自然擴(kuò)散及合理控制地層返吐排量，是控制地層鹽返到井筒的重要手段。可將結(jié)晶鹽控制于井底，不易造成使結(jié)晶鹽將油管堵塞的問(wèn)題。

②套管環(huán)空反替清水解鹽技術(shù)。根據(jù)結(jié)晶鹽形成規(guī)律，Cl－濃度達(dá)到19×104mg／l極易快速地形成結(jié)晶鹽橋，將油、套管柱通道堵死。套管環(huán)空反替清水解鹽技術(shù)是采用水力車(chē)或井口增壓泵或者系統(tǒng)來(lái)水壓力做動(dòng)力，將低鹽濃度水或清水（Cl－ 濃度在12.5×104mg／l以下）從套管環(huán)空摻入，與原返出水混合，從油管放出，使CL－濃度降到16×104mg／l以下，返出水用罐車(chē)回收。套管摻水及油管放壓排量應(yīng)控制在5m3／h以下，且摻水排量低于油管放壓排量。套管環(huán)空反替清水解鹽技術(shù)適應(yīng)封隔器完全失效或有洗井通道的井。

2.2.3 應(yīng)用效果

以放噴防治技術(shù)為支撐的管理制度及合理放壓運(yùn)行方式，使每口注水井放噴資料掌握齊全，運(yùn)行管理做到具體化、規(guī)范性及可控性，確保了正確操作及放噴措施有效地落到實(shí)處，確保了高壓注水井正常生產(chǎn)，杜絕了注水井鹽卡事故，減少了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 不壓井作業(yè)工藝技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用

由于常壓作業(yè)無(wú)法解決一部分長(zhǎng)期難以卸壓作業(yè)及放噴出鹽的難題，放噴也會(huì)帶來(lái)地層能量損失、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)以及環(huán)保安全等附加問(wèn)題。針對(duì)這一狀況，需要采用帶壓作業(yè)。2009年11月，江漢采油廠首次引進(jìn)了帶壓作業(yè)設(shè)備施工，帶壓作業(yè)設(shè)備允許的井口最高作業(yè)壓力為15Mpa。

2.3.1 不壓井帶壓作業(yè)工藝原理

不壓井作業(yè)工藝主要由井控密封系統(tǒng)和油管內(nèi)密封系統(tǒng)組成。井控密封系統(tǒng)由剪切封井系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和油管外密封系統(tǒng)構(gòu)成。主要包括雙閘板防噴器、安全卡瓦、球形防噴器、剪切閘板、單閘板防噴器、環(huán)形防噴器、游動(dòng)卡瓦等。

油管內(nèi)密封系統(tǒng)主要是依靠堵塞器在起下管柱作業(yè)時(shí)堵塞油管內(nèi)部通道。在井內(nèi)管柱堵塞的情況下由防噴器、封井器、環(huán)封實(shí)施帶壓起下管柱的油套環(huán)空密封，并能進(jìn)行卡瓦類工具、扶正類工具的密封卸扣，停井時(shí)實(shí)現(xiàn)半全封井和防噴；當(dāng)井內(nèi)壓力使管柱上頂時(shí)，由固定、游動(dòng)卡管器、油缸組成的加壓控制裝置夾持管柱克服上頂力實(shí)施帶壓安全起下管柱。

2.3.2 帶壓作業(yè)的應(yīng)用效果

1）帶壓作業(yè)井較好地完成了注水任務(wù)。12口帶壓作業(yè)井施工完后，日注水量由作業(yè)前的371方上升到了726方，日增注水量355方。

2）無(wú)法卸壓的高壓井順利完成了作業(yè)。由于卸壓困難，部分井壓力不降，長(zhǎng)期無(wú)法達(dá)到常壓作業(yè)壓力，而通過(guò)帶壓作業(yè)，順利實(shí)施了作業(yè)。

3）減少了停注卸壓時(shí)間及放噴水量，保護(hù)了地質(zhì)能量。由于常壓作業(yè)井要將注水壓力釋放到0，而帶壓作業(yè)只需放到15Mpa左右，可以減少放噴注水量，有利于減少地層的能量損失。帶壓作業(yè)后，停注卸壓的時(shí)間及放噴的水量均較常壓作業(yè)大大減少，平均單井停注卸壓時(shí)間由原來(lái)的29天降為18天，平均單井放噴水量由700方降為140方。

4）在一定程度上控制了放噴對(duì)鹽層破壞所導(dǎo)致的高壓井鹽卡事故的發(fā)生。

2.3.3 帶壓作業(yè)的局限性

1）帶壓作業(yè)不適合選擇管柱下井時(shí)間長(zhǎng)，油管腐蝕穿孔井。

2）受帶壓作業(yè)設(shè)備壓力的限制，無(wú)法真正地實(shí)現(xiàn)不放噴。

3）受帶壓作業(yè)設(shè)備壓力的限制，對(duì)含鹽高、由于種種原因不能通過(guò)卸壓降壓井，無(wú)法實(shí)施帶壓作業(yè)。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1）帶壓作業(yè)工藝應(yīng)用，解決了一些長(zhǎng)期無(wú)法卸壓到常壓的高壓井作業(yè)難題，減少了停注卸壓時(shí)間及放噴水量，減少了能量損失，在一定程度上控制了放噴對(duì)鹽層破壞所導(dǎo)致的高壓井鹽卡事故的發(fā)生，極大地解決了返吐問(wèn)題。

2）放噴規(guī)范化管理與常壓作業(yè)及帶壓作業(yè)工藝有機(jī)結(jié)合，是目前返吐井放噴防治的關(guān)鍵。

3）以注水井特點(diǎn)研究形成的放噴控制技術(shù)、制定并嚴(yán)格執(zhí)行的管理規(guī)定，確保了放噴防治措施有效的落到實(shí)處。

4）從注水過(guò)程中的返吐控制工藝技術(shù)、作業(yè)前合理控制放噴的規(guī)范化管理到不壓井作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)高壓返吐井的放噴認(rèn)識(shí)以及防治工藝技術(shù)也逐步完善與成熟。

5）受目前帶壓作業(yè)設(shè)備15MPa壓力的局限性，一部分高壓井無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全不放噴，少數(shù)吐鹽井因解鹽及降壓困難，應(yīng)用仍然受到限制，只能依靠長(zhǎng)期的自然擴(kuò)散。

3.2 建議

1）嚴(yán)格執(zhí)行放噴管理規(guī)定，合理控制日常生產(chǎn)過(guò)程中的放壓及作業(yè)前的放壓操作，才能確保常壓作業(yè)及帶壓作業(yè)順利實(shí)施。

2）繼續(xù)推廣高壓井帶壓作業(yè)工藝。在目前15MPa的帶壓作業(yè)設(shè)備下，選井及適用條件受限，因此要根據(jù)注水井井筒管柱條件、作業(yè)壓力、出鹽狀況進(jìn)行選擇并采取合理控制措施，滿足帶壓作業(yè)要求，提高帶壓作業(yè)效果。

3）提高帶壓作業(yè)設(shè)備工作壓力到25～35MPa，就能更大范圍地解決一批長(zhǎng)期卸壓困難、多種因素導(dǎo)致不能卸壓的作業(yè)井，并能防止放噴鹽卡及放噴卸壓的各種危害。

［1］金平，馮波，孫曉菡.防返吐保壓候凝擠堵封井管柱［J］.石油機(jī)械，2010（08）：57－59.

［2］萬(wàn)仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)（修訂本）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1991.