注水井帶壓作業技術的研究與應用

王雪軍

大慶油田第七采油廠作業大隊黑龍江大慶，黑龍江大慶 163000

在采油七廠范圍內，目前約有 口以上的注水井由于井口壓力高等原因且不能釋放導致的長停井，這類井需要帶壓作業工藝才能施工。如果這類井不加快治理，因為一兩口此類井可能影響整個區塊的儲量動用及整體井位部署。采用帶壓作業，注水井不需要長時間放水泄壓，地層能量損失小，對提高注水開發效果、穩定單井產量具有積極意義。對于環境敏感區，注水井常規泄壓小修受到極大限制，如不使用帶壓作業，由于放水泄壓每口作業井平均發生倒水費1-1.5 萬元。帶壓作業施工不受地域和環境影響，可以最大限度的減輕和避免環境污染，同時減少了綜合作業占井時間，提高生產時率。

一、水井帶壓作業技術及原理

1、帶壓作業技術

帶壓作業是在保持井筒內一定壓力，不壓井、不放壓的情況下進行起下管柱的一種先進井下作業技術。帶壓作業技術是解決高壓水井施工難和減少環境污染的有效手段，可以很大程度的保護油氣層，延長油氣層的使用壽命。

2、帶壓作業配套設備

帶壓作業裝備主要構成包括：安全防噴器組、工作防噴器組、管柱舉升/下壓系統、動力及液壓控制系統、安全設施及附件等幾部分。

安全防噴器組包括：全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、卡瓦閘板防噴器（根據壓力等級及工況選配）、剪切閘板防噴器（根據壓力等級及工況選配）、試壓四通。

安全防噴器組的配備要求：安全防噴器組的組件壓力等級不應小于施工井的最高地層壓力；含有硫化氫等腐蝕性流體的井，安全防噴器組的組件應滿足抗硫要求；配備的防噴器殼體材質和密封橡膠材料的適用溫度范圍不低于防噴器工作的環境溫度;安全防噴器組的通徑應大于油管懸掛器的外徑；安全防噴器組應配備液壓防噴器并具備手動(或液壓)鎖緊功能；井口壓力不低于14MPa 的帶壓作業配備安全防噴器組至少應配備一套全封閘板防噴器和一套半封閘板防噴器，一套卡瓦閘板防噴器；半封閘板防噴器、卡瓦閘板防噴器閘板規格與井內管柱配套；天然氣井和含硫化氫等腐蝕性流體的井，安全防噴器組應配備剪切閘板防噴器；

配備卡瓦閘板防噴器為防止關井時井內管柱竄動。

安全防噴器組的安裝順序：由上而下依次為全封閘板防噴器（空井筒關井）、半封閘板防噴器（關井半封）、卡瓦閘板防噴器、試壓四通。其中，有特殊工藝要求時，剪切閘板防噴器可安裝在全封閘板防噴器的上方。

安全防噴器組按標稱壓力等級不同分為：7MPa 普通雙閘板、14MPa普通雙閘板、21MPa 普通三閘板、21MPa 帶剪切三閘板、35MPa 普通三閘板、35MPa 帶剪切三閘板和35MPa 帶剪切四閘板等多種結構型式。

工作防噴器組一般包括：環形防噴器、閘板防噴器、泄壓/平衡四通、過渡短接。

工作防噴器組配備要求：工作防噴器組的通徑應大于油管懸掛器的外徑；含有硫化氫等腐蝕性流體的井，工作防噴器組的組件應滿足抗硫要求；配備的防噴器的溫度性能要求同安全防噴器組中防噴器的溫度性能要求；在兩個工作防噴器之間應至少配備一個平衡四通（帶液動平板閥），使其上、下的防噴器能夠建立壓力平衡通道；在起下大直徑工具或不規則工具時，應配備防噴管，防噴管的高度不應小于單個大直徑或不規則工具的長度，但防噴管安裝位置不應影響液壓缸行程。

工作防噴器組根據工作壓力不同分為：7MPa 型式、14MPa 型式、21MPa 型式、35MPa 型式等多種結構型式。

3、帶壓作業技術原理

帶壓作業技術主要是通過帶壓設備防噴器組控制油套環空壓力，通過液壓系統提供動力來控制閘板和卡瓦的開關，其中游動萬能卡瓦具有防頂和承重的功能，液動閘板防噴器具有控制井口壓力的功能，主液壓缸用于支撐游動橫梁及游動萬能卡瓦，通過各部件之間的共同配合對壓力大的井完成起下管柱作業，并可以防止井內管柱上頂然后通過加壓動力系統對管柱施加外力克服井內上頂力，由油管堵塞器控制油管內部壓力，從而確保在帶壓的情況下順利實現起下管柱作業。

4、與常規修井作業的區別

井控級別：帶壓作業是依靠專用設備控制井口壓力（二級井控），常規作業是依靠液柱壓力平衡地層壓力（一級井控）。

井控過程：帶壓作業是動態的，常規作業是靜態的。

作業狀態：帶壓作業是在井口密閉狀態下作業。常規作業是在井口敞開狀態下作業。

作業方式：帶壓作業是靠施壓裝置起下管柱。常規作業是靠大鉤起下管柱。

二、水井帶壓作業技術現場應用

1、選井原則

套管短節承載能力不滿足作業要求的不宜進行帶壓作業且井下管柱腐蝕程度、管柱結構、管柱通徑等能滿足帶壓作業要求。

根據施工井關井壓力、地層含硫情況、井下工具長度、施工工藝復雜程度和施工環境，按施工難易程度將帶壓作業施工井由高到低的順序劃分為三類。

表1 帶壓作業施工井類型劃分

2、選擇防噴器組

工作防噴器組在起下管柱過程中，負責密封油套環空壓力的不同數量和種類的防噴器組合，一般是由環形防噴器和閘板防噴器組成。環型防噴器用于起下油管運動過程中密封油套環空，防止井內流體噴出，實現動密封。

表2 工作防噴器組型式及及應用范圍

安全防噴器組負責井控安全的防噴器組合稱為安全防噴器組，一般是由數量不同的全封閘板防噴器、半封閘板防噴器、剪切閘板防噴器和環形防噴器組成。

表3 安全防噴器組型式及應用范圍

以7P206-158 壓裂后重配為例：該井最高關井壓力為8 MPa、硫化氫含量0、油氣比：45m3/t、單個工具長度小于2m、施工工藝為其他工藝、施工井環境為除一類、二類井外的其它區域。該井套管抗內壓強度為36.7MPa，防噴器最高關井壓力在套管承壓安全范圍值以內。

該井最高關井壓力為8 MPa，為二級井控風險井。

按照工作防噴器組選擇要求：21MPa 普通三閘板低于21MPa 作業井至少應配置一個環形防噴器和一個閘板工作防噴器。優先選擇21MPa型式的工作防噴器該型式的工作防噴器適用于工作壓力等級為21MPa以內的帶壓作業機，其工作防噴器組包括兩臺（一臺）FZ18-21 單閘板防噴器、一臺（兩臺）FH18-21 環形防噴器，適用范圍是關井井口壓力在14MPa 以內的水井或者普通油井帶壓作業施工。

圖一 1-環形防噴器；2-平衡卸荷系統；3-下半封閘板防噴器；

按照安全防噴器組選擇要求：優選防噴器選配壓力為21MPa 的普通三閘板防噴器，推薦適用范圍是關井井口壓力在14MPa 以內的水井或者普通油井帶壓作業施工。此種類型安全防噴器一般不得作為工作防噴器使用。21MPa 普通三閘板型式的安全防噴器適用于壓力等級為21MPa 的帶壓作業機。防噴器從上到下裝全封閘板、半封閘板、卡瓦閘板總成 。防噴器上部可配備法蘭連接或雙頭螺栓栽絲連接，下部配備法蘭連接（旋轉法蘭）,適用于250、350 井口。該防噴器標稱工作壓力21MPa，通徑180mm 或186mm。

圖二 21MPa 的普通三閘板防噴器

3、帶壓作業施工準備過程

對高壓水井施工的第一步就是投堵，首先對油管通道進行堵塞，以防止油管通道產生溢流，施工過程是在不拆井口的情況下，向油管通道內投入油管堵塞器，井口上的油管閘門通過水龍帶與裝滿清水的罐車相連接，然后通過泵車向油管通道內打壓，推動堵塞器，把堵塞器送到預定的位置，來達到封堵全井油管的目的。拆卸井口，用油管提升短接與油管掛相連，關閉提升短接上的旋塞閥，以控制油管內的液體。然后用吊車吊三閘板防噴器，與井口法蘭相連，再用吊車吊裝帶壓設備，坐到三閘板防噴器上法蘭進行連接固定，實現帶壓設備的安裝。

4、帶壓狀態起下管柱控制技術

帶壓設備的雙向雙作用液壓缸、上游動卡瓦和下固定卡瓦，是解決帶壓狀態下起下管柱的主要部件，其中雙向雙作用液壓缸即升降油缸，行程為3.0m 左右，在固定卡瓦打開時，通過游動卡瓦卡緊井內管柱，操控液壓系統控制液壓缸的升降，在管柱重量小于井內液壓的上頂力（浮力），實現井內管柱的安全起下。當管柱重量大于井內液壓的上頂力時，停止使用升降液缸，而用修井機大鉤起下油管。在帶壓起下管柱時，正常應該用關閉環型防噴器的方式，來密封油套環型空間。但由于油管本體與油管接箍的外徑不同，當關閉環型防噴器，正常起下油管作業時，突然的變徑會對環形膠筒造成很大的損壞，幾乎每完成兩口井就要換一次環型防噴器膠筒，由于環形膠筒造價昂貴，而且更換的頻率高，這樣會增加施工工作量，降低施工效率，提高作業成本。因此在帶壓作業時，一般不用環形防噴器控制油套環型空間的壓力，而是用上快速閘板防噴器、泄壓閥、下快速閘板防噴器互相配合，進行倒油管接箍，一樣可以密封油套環形空間，控制壓力。當起油管作業時，打開下快速閘板防噴器，關閉泄壓閥，同時關閉上快速閘板防噴器，當油管接箍進入下快速閘板防噴器和上快速閘板防噴器之間時，關閉下快速閘板防噴器，先打開泄壓閥進行泄壓，然后再打開上快速閘板防噴器，把油管接箍提到井口，重復這樣的操作過程，實現起油管的作業施工。下油管是它的相反過程。

三、經濟效益

1、節省費用

注水井帶壓作業平均每口井可減少排水1814m3，修井后又需回注同樣體積的水。按15 元/m3注水成本計算，帶壓作業每修一口井避免浪費15.092 萬元。

節省水費：1814m3×2×15 元/m3=5.442 萬元/口；

節省罐車拉運污水費用（500 元/15m3）：1814m3÷15m3×500 元=6.05萬元；

節省污水處理費（按目前成本20 元/m3 計算）：1814m3×20 元/m3=3.6 萬元。

2、注水增油效益

按注采比為1：1，含水95%計算，帶壓作業每口注水井增油為：

3628m3×95%=171.4 m3

國際油價50 美元/桶（0.15898 m3/桶，美元與人民幣匯率為1：6.5）計算，折合人民幣2031 元/m3，帶壓作業每口注水井增油效益為：171.4 m3×2031 元/m3=35 萬元

由上述計算可知，利用帶壓作業施工注水井單井可創效50萬元，如綜合考慮排水注水時間等因素，綜合效益更為可觀。

四、結論

1、帶壓作業能夠有效解決高壓水井作業的難題，避免注水井作業泄壓問題發生，更好地保證注水開發效果，同時避免開采過程中對油氣層的破壞，更好地保護地層原始狀態，延長了油氣井的使用壽命。

2、油管堵塞器可以通過工具段，封堵球座以上尾管，很好的解決了起工具段時產生溢流的問題，實現了全部油管通道的防噴，確保了帶壓作業井筒不出液，達到綠色環保作業要求。

3、帶壓作業技術可以有效控制高壓水井井筒液體壓力，綜合效益可觀，為油田進一步開發提供了強有力的保障。