冷凍井口帶壓換閥技術(shù)的應(yīng)用

冉 婧，趙 青，何 婷，賈 騰，李 浩，高 欣，于 洋

（西安石油大學，陜西西安 710065）

國外冷凍井口帶壓換閘技術(shù)已形成確定施工參數(shù)的經(jīng)驗公式，國內(nèi)外現(xiàn)場井況不同，需進行相關(guān)配套技術(shù)的研制，冷凍井口帶壓換閘技術(shù)的工藝流程及安全防護工作需要加強[1-5]。

加拿大SNUBCO公司率先提出冷凍暫堵?lián)Q閥技術(shù)；冷凍井口帶壓換閘技術(shù)已成功應(yīng)用1 000井次，成功率達100%；在國內(nèi)，冷凍井口帶壓換閘技術(shù)在西南油氣田沙罐坪氣田罐31井首次成功應(yīng)用，為保護油氣層而需要進行帶壓整改井口又找到了一項新的技術(shù)途徑。

2014年新疆油田采用冷凍暫堵技術(shù)更換井口主控閥門，值得油田修井業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用。

2016年長慶油田公司引入冷凍井口帶壓換閥技術(shù)，成功更換12口氣井，20個閥門，消除了井口安全隱患。

1 冷凍暫堵帶壓換閥技術(shù)機理及設(shè)備簡介

1.1 技術(shù)原理

通過注入系統(tǒng)將暫堵劑注入采氣樹的環(huán)空和油管，然后在套管外圍用冷凍劑實施降溫，利用干冰保持溫度在-70℃，最后逐層冷凍，直至暫堵劑和管壁緊密結(jié)合，封隔井內(nèi)壓力（見圖1）。

1.2 主要設(shè)備

車載式柴油發(fā)電機：用于驅(qū)動液壓電氣裝置。

液壓控制系統(tǒng)：液壓泵、暫堵劑注入液缸、液壓發(fā)動機、助推增壓液缸、控制操作臺、液壓管匯。

暫堵劑注入系統(tǒng)：注入液缸、濕膨潤土暫堵劑儲備罐、螺桿送入泵、暫堵劑注入管匯等。

暫堵劑混合裝置：用于混合暫堵劑。

加熱式高壓清洗機∶作用是解凍和清潔。

1.3 工藝參數(shù)優(yōu)選及配套技術(shù)

1.3.1 暫堵劑選配及用量計算 暫堵劑的選擇：據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求，實驗結(jié)果表示以蒙脫石－（Al2，Mg3）-Si4O10OH2·nH2O為主的膨潤土作為暫堵劑，可以較好的吸附在油套管管壁，且具有良好的化學穩(wěn)定性，易返排等特性（水土比：1∶1.3）（見圖 2）。

暫堵劑的用量：V=V1+V2+V3

式中：V1－油管空間封堵體積；V2－油套環(huán)空封堵體積；V3-采氣樹及閥門通道附加體積。

1.3.2 段塞長度計算及驗證 根據(jù)公式計算，現(xiàn)場并進行承壓實驗，數(shù)據(jù)顯示當管柱內(nèi)段塞達到600 mm時，承壓均高于55 MPa，根據(jù)本廠地層壓力分析，推薦值為 550 mm～800 mm（見圖 3，表 1）。

圖1 冷凍暫堵帶壓換閥技術(shù)原理圖

式中：Lmin-最短安全長度；ID-封堵管柱內(nèi)徑；PSI-管柱內(nèi)的壓力。

圖2 暫堵劑篩選流程圖

圖3 段塞結(jié)構(gòu)圖

表1 油管承壓冷凍實驗表

1.3.3 冷凍時間的優(yōu)化 假設(shè)干冰作為恒溫源，溫度為-78℃，各層套管及油管形成同心圓柱不傳熱，油管與油套空間由常溫25℃降至-71℃。根據(jù)現(xiàn)場實驗：分組討論冷凍時間。數(shù)值分析，利用ANSYS數(shù)值模擬軟件進行瞬態(tài)熱分析，確定達到設(shè)定溫度所需時間，經(jīng)過參數(shù)修正，得出經(jīng)驗公式：

由此得出常規(guī)51/2"氣套氣井的冷凍時間約為12 h。

1.3.4 技術(shù)特點

（1）可以同時暫堵多層套管環(huán)空和油管內(nèi)部；（2）暫堵成功后，確保溫度在要求范圍內(nèi)，冷凍效果一直保持；（3）暫堵壓力較高，最高工作壓力達 70 MPa；（4）解堵方便，采用自然升溫或加熱升溫解堵。

2 冷凍井口帶壓換閥技術(shù)在雙X井的應(yīng)用

2.1 井場現(xiàn)狀

2017年6月發(fā)現(xiàn)該井1#、2#主控閥門存在外漏情況，為處理井口隱患，決定采用冷凍暫堵技術(shù)更換該井 1#、2#、3#主控閥門（見圖 4）。

2.2 閥門漏控制

在1#、3#閥門上安裝外漏控制器，確保閥門能夠正常開關(guān)無外漏。

2.3 連接壓井放噴流程

圖4 工藝流程圖

更換1#閥門作業(yè)時，壓井放噴管線接于3#閥門外法蘭處，更換2#、3#閥門作業(yè)時，壓井放噴管線接于1#閥門外法蘭處。

2.4 冷凍工作

子洲氣田外泄問題日趨嚴峻，當?shù)乩相l(xiāng)頻繁阻撓，設(shè)置路障，并索要超高賠償，使得道路損毀時無法及時修復，導致部分氣井配套措施不及時實施，出現(xiàn)井堵時無法解堵，給生產(chǎn)組織管理帶來很多困難，影響氣井正常生產(chǎn)。

2.5 外泄影響

在雙公短接處安裝冷凍盒，并加入冷凍介質(zhì)（干冰），冷凍1 h以上的同時：

（1）在3#閥上連接冷凍暫堵裝置，設(shè)備試壓50 MPa合格后，向油套環(huán)空注入暫堵劑，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，冷凍油套環(huán)空，冷凍時間2 h以上。

（2）在4#閥上連接冷凍暫堵裝置，試壓50 MPa合格后，通過4#、1#閥向油管內(nèi)注入暫堵劑，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，冷凍油管內(nèi)通道，冷凍時間10 h～12 h以上。

工藝要點：（1）根據(jù)熱量計算控制干冰加入量，預(yù)冷 2 h；（2）冷凍暫堵裝置，試壓壓力為 50 MPa；（3）冷凍油管內(nèi)通道，冷凍時間10 h～12 h以上。

2.6 更換主控閥

（1）在3#閥上安裝試壓/泄壓裝置，緩慢打開3#閥，觀察30 min若無泄漏，則反向試壓，試壓為井口壓力1.5倍；觀察15 min若無壓降，泄壓后再觀察15 min，確認暫堵成功。

（2）在4#閥上安裝試壓/泄壓裝置，緩慢打開4#閥，觀察30 min若無泄漏，則反向試壓，試壓為井口壓力1.5倍；觀察15 min若無壓降，泄壓后再觀察15 min，確認暫堵成功。

（3）拆除并更換采氣樹1#、2#、3#主控閥。

施工要點：（1）更換閥門過程中，及時調(diào)整連接壓井/放噴流程；（2）換閥作業(yè)過程中，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，確保作業(yè)過程中冷凍橋塞一直處于冷凍暫堵狀態(tài)。

2.7 解凍恢復井口

（1）拆除冷凍盒，冷凍橋塞自然解凍。

（2）按《試油（氣）作業(yè)井控實施細則》相關(guān)要求安裝地面放噴管線，通過放噴管線將暫堵劑排出。

（3）拆除冷凍暫堵設(shè)備及輔助設(shè)備。

（4）按要求恢復井場完井，做到工完料凈、井場清。

施工要點：（1）更換閥門過程中，及時調(diào)整連接壓井/放噴流程；（2）換閥作業(yè)過程中，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，確保作業(yè)過程中冷凍橋塞一直處于冷凍暫堵狀態(tài)。

3 結(jié)論與認識

（1）優(yōu)化冷凍暫堵技術(shù)相關(guān)施工工藝參數(shù)及配套設(shè)備。

（2）使本廠首次使用冷凍技術(shù)解決井口隱患問題成功開展。

（3）配合指導后續(xù)冷凍暫堵施工，提高效率，降低風險，有一定的推廣價值。