帶壓下復雜管柱技術在長慶油田X井的應用

胡旭光, 董守濤, 王江南

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

二十世紀六十年代我國開始帶壓作業技術研究，進入二十一世紀帶壓作業需求日益旺盛，裝備與技術快速發展，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用[1-7]。近年來，帶壓作業主要集中在帶壓下結構簡單的管柱，如在中國石油長寧-威遠頁巖氣區塊帶壓完井中，入井管柱結構為：引鞋+篩管+油管1根+油管內密封工具+設計深度的油管+油管懸掛器；在中石化重慶涪陵頁巖氣區塊帶壓完井中，入井管柱結構為：喇叭口+篩管+油管內密封工具+XN型工作筒+設計深度的油管+X型工作筒+設計深度的油管+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，管柱結構簡單，下入難度小。喇叭口+篩管+油管內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，再關閉對應的環空密封裝置，即可將此段管柱下入井內。而對于復雜管柱，帶壓作業施工難度大，目前暫無國內文獻提及相關解決方法。以長慶油田X井帶壓作業為例，分析了帶壓下復雜管柱中存在的技術難點，提出了對應的解決措施，成功帶壓下入帶有循環滑套、扶正器、封隔器及轉換短節的復雜管柱。

一、X井基本情況

X井是長慶油田CO2驅先導試驗區的一口重點注氣井，前期已累計注入1 200 t CO2，為避免放空造成空氣污染以及人員凍傷、窒息等風險，后期注水將CO2氣體驅替至地層。注水完成后利用常規修井機解封封隔器，突然出現油套帶壓的情況，油壓為15 MPa，套壓為7 MPa，由于井口帶壓，無法繼續進行常規修井作業。為保護儲層，避免壓井帶來的儲層傷害、產量下降，擬通過帶壓作業技術下入完井管柱。需帶壓下入的完井管柱結構自下而上為：篩管+定壓接頭+球座+?73.02 mm油管×5根+變扣短節+彈性扶正器+封隔器+彈性扶正器+循環滑套+變扣短節+?73.02 mm油管若干(根據最終完井深度確定)+變扣短節+雙公短節+油管掛。參數見表1,管柱結構見圖1。

表1 X井完井管柱參數

圖1 完井管柱結構

二、施工難點

1.復雜管柱過長游動卡瓦與固定卡瓦無法倒換

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

X井復雜管柱結構為：循環滑套+彈性扶正器+封隔器+彈性扶正器+變扣短節+油管外加厚母扣，油管外加厚母扣長度為0.13 m，則復雜管柱總長度為3.95 m，大于帶壓作業機液缸最大行程。

(1)若采用一把下入的方式，液缸行程不夠導致游動卡瓦只能夾在復雜管柱上，而復雜管柱外徑均與油管外徑不同，卡瓦不能夾持，無法下入復雜管柱。

(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+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，采用游動卡瓦可以一把下至環形防噴器上部，但此時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卡瓦，游動卡瓦與固定卡瓦不能相互倒換，無法下入復雜管柱。

2.復雜管柱過長導致環空壓力無法密封

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

三、解決措施

1.井口組合中配備懸掛法蘭

考慮到復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+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，采用游動卡瓦可以一把下至環形環空動密封裝置以上，此時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卡瓦，將游動卡瓦上行至最高位置。懸掛法蘭壓力等級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：循環滑套+變扣短節+油管，利用絞車吊起第二段與剛入井的第一段對扣，上緊絲扣，此時游動卡瓦可以全部夾持在油管上，關閉游動卡瓦后即可松開懸掛法蘭頂絲，繼續下管柱作業。

2.調整井控防噴器組合形式

考慮到復雜管柱長度大于工作防噴器組最大高度，在關閉下閘板式環空動密封裝置的情況下無法關閉環形環空動密封裝置。此時考慮調整井控單閘板防噴器位置，使環形環空動密封裝置至上部井控半封防噴器之間的高度大于復雜管柱的長度。調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 調整前與調整后的防噴器組合形式

采用調整后的防噴器組合形式后，可先關閉工作閘板防噴器組中的下閘板式環空動密封裝置，將復雜管柱下至下閘板式環空動密封裝置以上，低壓關閉環形環空動密封裝置，此時環形環空動密封裝置關閉在壁厚均勻光滑的循環滑套上，關閉上部井控半封防噴器，打開平衡泄壓四通，打開下閘板式環空動密封裝置，上部井控半封防噴器與下閘板式環空動密封裝置之間的壓力通過平衡泄壓四通泄掉，打開環形環空動密封裝置。此時，游動卡瓦處于關閉狀態，液缸下行，將復雜管柱下至環形環空動密封裝置以下，關閉環形環空動密封裝置，在環形環空動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，下入復雜管柱并更換上部井控半封防噴器密封件。

四、結論與建議

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

(2)在復雜管柱長度大于工作防噴器組腔室高度的情況下，通過調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現管柱的短暫動密封，解決了復雜管柱過長導致無法實現環空壓力密封的難題。

(3)為更好地解決帶壓下復雜長管柱中動密封腔室高度不足的難題，可根據復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，以滿足帶壓作業中下不同長度復雜管柱的需要。