氣井帶壓起復雜管柱施工難點及對策

胡旭光

(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)

氣井帶壓起管柱技術已在中石油長寧-威遠國家級頁巖氣示范區、中石油涪陵頁巖氣區塊廣泛應用[1]，但需起出的管柱結構較簡單，大致管柱結構為：油管掛+油管+工作筒+油管+工作筒+篩管，或油管掛+油管+篩管。通常采用鋼絲作業設備在工作筒上坐封堵塞器或光油管上打電纜橋塞實現管柱內封堵后，帶壓起出井內管柱，工藝已較為成熟，但缺少帶壓起復雜管柱的實踐與經驗，限制了氣井帶壓作業技術的發展。以帶壓起復雜管柱實際案例為分析對象，歸納了作業過程中關鍵工藝難點，針對難點總結應對措施，為今后帶壓起復雜管柱提供參考與指導。

一、施工難點分析

1.復雜管柱內封堵

帶壓起管柱的首要工作是進行井內管柱內封堵[2-3]。對于管柱結構較簡單的情況，可通過電纜橋塞或鋼絲輸送堵塞器完成管柱內封堵。但若井下管柱中含有封隔器、滑套等工具，且封隔器、滑套的內徑小于油管內徑，如何通過小直徑工具封堵大直徑管柱是進行此類帶壓起管柱的關鍵難點之一。

以四川地區X1井為例，其井下管柱結構見圖1。

圖1 X1井管柱結構

井內油管內徑為97 mm，酸化封隔器內徑為90 mm。自井口往下1號滑套內徑為74 mm，2號滑套內徑為69 mm，3號滑套內徑為64 mm，其余短節、變扣、水力錨等內徑均不小于90 mm(未在圖中標出)。為達到帶壓起管柱條件，內封堵工具需通過3號滑套(內徑64 mm)封堵下部油管(內徑97 mm)，常規橋塞或油管堵塞器能通過與油管內徑相同或略小于油管內徑的工具進行油管內封堵，但無法通過內徑為64 mm的滑套封堵內徑為97 mm的油管。

2.起管柱時遇阻卡

油氣田開發中通過下入帶有分級壓裂封隔器的壓裂管柱進行加砂壓裂，或下入帶有封隔器的注氣管柱向井底注氣以提高產量。但加砂壓裂時存在油套連通的風險，注氣完成后打撈封隔器時也可能出現油套連通導致無法繼續施工，需進行帶壓作業以解決油套連通難題。

(1)以四川地區X1井為例，X1井井內管柱含有4個封隔器，封隔器外徑均為148 mm，油層套管內徑為154.78 mm，封隔器與油層套管間距僅為3.39 mm。因井內含有壓裂砂或其他固體懸浮物，同時封隔器不可能處于絕對居中狀態，帶壓起此類管柱時極易遇阻遇卡。

該井帶壓起管柱時累計起出油管59根時，感覺到管柱震動并有掛卡現象，同時懸重持續上漲，升至91 t時，伸長量為1.23 m，懸重升至110 t時，伸長量為0.67 m，總伸長量為1.9 m，管柱遇卡，兩次下放后嘗試上提均在同一位置遇卡。通過轉盤轉動管柱6圈，每次轉動一圈，扭矩4 000 N·m；然后邊轉邊上提，旋轉2圈，扭矩達到4 400 N·m，停止轉動，懸重為93 t；下放管柱至接單根位置并再次上提，上提至110 t，解卡失敗。

(2)以長慶地區X2井為例，X2井井內管柱結構見圖2。井內彈性扶正器及封隔器外徑均為115 mm，油層套管內徑為124.26 mm，封隔器與油層套管間距僅為4.63 mm。X2井為注氣井，前期已進行壓井作業，井內油氣與壓井液中固相物質混合后懸浮在井筒中，附著在套管壁上，極易導致帶壓起管柱時遇阻遇卡。

圖2 X2井井內管柱結構

該井下入帶有扶正器、撈矛的管柱打撈井內封隔器，帶壓下入289根油管后緩慢下推封隔器至2 749.3 m，待液缸懸重減少15 t后上提油管，上提3.3 m后遇卡，增大上提力至45 t，未解卡，每隔1 h嘗試上提下放油管，未解卡。

3.復雜管柱過長

帶壓作業裝置通過卡瓦系統提供對管柱的夾持力，卡瓦系統由固定卡瓦和游動卡瓦組成，其主要功能是卡緊管柱，通過固定卡瓦與游動卡瓦的相互倒換起出管柱，防止管柱在帶壓作業過程中飛出或落井[4-6]。卡瓦規格型號應與井內主要管柱的外徑保持一致，因此對于目前應用較多的帶壓起光油管，往往通過調整油管接箍位置，使其避開卡瓦牙，保持卡瓦夾持在油管本體上。但對于復雜管柱，由于其外徑不同于主要管柱，若其整體長度大于游動卡瓦與固定卡瓦之間的最大高度，會導致兩種卡瓦均無法夾持，無法起出井內管柱。

以X2井為例，井內復雜管柱段為：滑套+彈性扶正器+ Y445封隔器+彈性扶正器+變扣短節+油管外加厚母扣×0.13 m，則復雜管串總長度為3.95 m，大于帶壓作業機游動卡瓦與固定卡瓦之間的理論最大高度3.5 m，無法實現卡瓦之間的倒換夾持。

二、應對措施

1.使用過油管橋塞

目前帶壓起管柱前進行管柱內封堵的方式主要有以下兩種：對于預置工作筒的管柱可以通過鋼絲投放對應型號的堵塞器進行封堵；對于無預置工作筒的可采用電纜橋塞實現管柱內封堵。但對于需通過小尺寸管柱封堵大尺寸管柱是以上兩種方式無法實現的，針對此種情況，推薦使用過油管堵塞器，實現“過小封大”。

以X1井為例，連接過油管橋塞工具串，依次為：電纜頭+液體腔+磁定位+坐封工具+測試壓力平衡閥+穩壓器+機械丟手+液壓丟手+過油管橋塞，過油管橋塞外徑為54.1 mm，其參數見表1，結構示意圖見圖3。

表1 過油管橋塞工具串參數

圖3 過油管橋塞示意圖

通過電纜作業設備下入電纜，速度控制在60～80 m/min，從3 500 m開始電纜下入速度降至20 m/min，開始使用定位器進行校深，到達橋塞坐封位置3 638 m后，坐封橋塞，下放探塞面確認橋塞已坐封，對54.1 mm過油管橋塞進行油管內和油套環空試壓10 MPa，試壓合格，成功通過內徑為64 mm的滑套封堵內徑為97 mm的油管。

2.旋轉管柱及沖刷井筒

(1)通過帶壓作業機轉盤旋轉管柱。以X1為例，通過每次旋轉管柱1/4至1/2圈，改變管柱相位角嘗試解卡。在卡點之前每次正向轉動轉盤1/4圈，然后上提管柱。每次到卡點后，扭矩在管柱內向下傳遞，管柱有明顯震動，提升力為91 t，下放至接單根位置，再次上提，扭矩繼續傳遞，有震感；轉動四次，旋轉一周，再次旋轉1/4圈，管柱在井內有明顯震動，懸重為63 t，比正常上提懸重少5 t，管柱解卡，繼續上提至走完一個液缸行程，懸重恢復為正常值68 t，管柱解卡成功。

對比解卡過程發現，帶壓旋轉管柱時每次旋轉1圈未能解卡，但旋轉1/4至1/2圈能順利解卡。分析原因，總結出旋轉一圈可能導致管柱解卡后再次到達卡點，旋轉1/4至1/2圈能使復雜管柱解卡后不至于再次到達卡點，從而順利解卡。而對于不同情況下的帶壓起復雜管柱遇卡難題，可根據情況調節旋轉幅度進行解卡。

(2)正循環沖刷井筒。以X2井為例，多次上提下放管柱未能解卡后，采取從油管內大排量注入清水沖刷井筒內卡點位置的方法，嘗試進行解卡。連接地面循環管線，打開套管泄壓流程，通過2000型壓裂車向油管內以排量0.27 m3/min持續注入35 m3清水進行正循環，注入壓力13 MPa之后試提管柱，成功解卡。

3.轉移管柱載荷

以X2井為例，要解決復雜管串過長無法起出的難題，首先必須實現井內管柱自身載荷的轉移。可在井口組合合適位置加入懸掛法蘭來解決此問題，其參數見表2。通過上緊頂絲給懸掛齒施加載荷，使懸掛齒緊緊卡在均勻外徑的管柱上，承受管柱重量，此時即可打開帶壓作業機游動卡瓦及固定卡瓦，將上部復雜管柱卸扣后重新聯入與卡瓦尺寸匹配的上提短節，即可關閉游動卡瓦，松開懸掛法蘭頂絲，帶壓起出下部復雜管柱。

表2 懸掛法蘭規格參數

三、結論與建議

(1)管柱內封堵、遇阻卡、復雜段長是氣井帶壓起復雜管柱中可能遇到的關鍵工藝難題。

(2)過油管橋塞是解決過小直徑管柱封堵大直徑管柱難題的有效工具。

(3)對比解卡過程發現，旋轉一圈可能導致管柱解卡后再次到達卡點，旋轉1/4至1/2圈能使復雜管柱解卡后不至于再次到達卡點，從而順利解卡。而對于不同情況下的帶壓起復雜管柱遇卡難題，可根據情況調節旋轉幅度進行解卡。

(4)對于復雜管柱段過長，帶壓作業機卡瓦系統無法倒換的情況，可在井口組合中加入懸掛法蘭進行載荷轉移，從而配合完成卡瓦系統的倒換。