儲氣庫注采井帶壓安全投產技術

劉宏偉

（中國石化中原油田分公司，河南濮陽 457001）

1 概述

目前國內儲氣庫多為枯竭型儲氣庫，注采井的儲層壓力系數低，以文23儲氣庫為例，地層壓力低至4 MPa左右，為了最大程度保護儲層，氣庫建設采用鉆采一體化的設計理念，即從鉆井完井采用微泡泥漿低壓循環、欠平衡快速鉆井、生產完井中盡量減少入井液體，從而實現整個完井過程最大程度保護儲層。生產完井過程中為減少入井液體對儲層的傷害，主要面臨以下困難：

一是地層虧空嚴重，壓井液將會大量漏失，入井液返排困難，個別井甚至沒有返排能力，既增加了壓井液的總量費用，又易對儲層造成傷害。

二是地層污染嚴重[1]，氣層傷害難以解除。作業過程中的大量入井液體對儲層造成永久性傷害。根據文23氣田開發歷史經驗，壓井檢管后氣井產能降低近一半，挖潛新層時會嚴重污染老層，措施效果難以體現，部分井措施無效甚至減產，措施風險大大提高。

三是井下作業施工難度加大。由于入井液漏失快，常規作業無法建立循環，壓井液將容易漏失，增加了井控風險。

2 儲氣庫帶壓作業存在問題

處理井筒和更換管柱時，如果采用常規壓井作業方法會污染儲層，且部分漏失井不壓就噴，存在井控風險；一壓就漏，對儲層的污染更嚴重，造成注采能力的大幅下降，儲層保護難度大。射孔生產一體化完井管柱雖然可以解決該問題，但其施工難度大、無法測產剖、無法丟槍、槍串腐蝕等問題又使其存在一定的技術缺陷，導致存在很多安全隱患。

目前儲氣庫井不壓井作業存在以下兩個難題：一是長井段射孔槍內部有彈架、外部存在射孔孔眼、毛刺，無法實現內部和外部封堵。二是為保證儲氣庫的安全性和實時監測功能，其注采井完井管柱都帶有安全閥液控管線或監測管線，在投產作業過程中，存在無法實現下帶液控管線的管柱帶壓作業難題。文章重點從工藝上論述如何從工藝技術上解決帶壓起待液控管線管柱和起長井段射孔槍的問題，從而有效解決 “高壓層井控” 和“低壓儲層保護”的難題。

3 常規帶壓作業裝置設備

帶壓起下作業井口裝置是實施帶壓作業的關鍵設備[2]，包括動力源、液壓系統、油管起下液缸、液壓卡瓦、液壓防噴器、儲能器等。按運載方式分為車載式和橇裝式，按配套方式分為獨立式和輔助式。按作業時環空密封方式分為動密封和靜密封，按一次提升管柱行程分為長沖程和短沖程。車載自走式不壓井作業設備的機動性優于橇裝式。獨立式不壓井作業設備不需其他設備配合即可獨立進行作業，而輔助式不壓井作業設備需其他設備配合。長沖程不壓井作業設備的沖程大于10.98 m，一次可提升下壓1根管柱，作業效率較高；短沖程不壓井作業設備的沖程為3~5 m.需要幾次才可起升或下壓l根管柱，作業效率較低，勞動強度高。動密封不壓井作業設備[4]的防噴器膠心與管柱之間是相對滑動密封，對防噴器要求較高，對管柱要求180斜坡接箍，同時作業時防噴器膠心損壞較快，作業成本較高；靜密封不壓井作業設備的防噴器膠心與管柱之間是無相對滑動的密封。目前國內不壓井修井作業設備的整機結構均為橇裝輔助式短沖程，主要由動力系統、井控裝置系統、提升/下壓系統、控制系統等部件組成，還沒有整機集成的先例。經過前期對國內5個油田數據統計分析，注水井、油氣井井壓小于21 MPa的井占總井數80%以上，提升管柱載荷一般在784 kN以內，具體數據見表1。

表1 國內5個油田井口壓力和井深狀況

通過對各種方式不壓井作業設備的優劣對比以及不壓井作業在國內各大油田的應用，文23儲氣庫地層壓力低，只有4 MPa，且中國石化帶壓作業裝置在氣井上已應用較為成熟。普通的不壓井裝置就可以滿足文23氣井的工況，結合國內油田對修井作業設備性能的主要需求，下面的不壓井作業設備性能能滿足文23儲氣庫建設的需要，其主機參數見表2。

表2 不壓井作業技術參數

4 注采井帶壓安全投產工藝

不壓井作業基本工作原理是利用堵塞工具封堵管柱內部通道，利用井口防噴器封堵管柱與井筒環形空間外部通道，在加壓裝置控制下強行起下管柱，依靠防噴器膠芯抱住管柱本體實現密封，從而實現在不壓井、不放噴條件下起下管柱的目的。

4.1 帶壓作業配合封隔器回插管柱工藝

4.1.1 工藝特點

儲氣庫注采井和監測井完井管柱因設計有井下安全閥，外壁帶1/4″的液控管線，見圖1，這種不規則形狀，難以實現密封，與不壓井裝置不配套。對于這種帶有液控管線的完井管柱，在完井過程中，液控管線以下的管柱，按照普通的不壓井程序下井，帶有液控管線部分的管柱通過優化工藝在現有的條件下實施不壓井作業，該工藝特點是作業工藝簡單，無需更換不壓井作業設備，同時井控風險低，可有效解決投產作業過程中無法實現下帶液控管線的管柱帶壓作業難題，同時入井液用量少，最大程度減少儲層污染，提高注采能力。

圖1 油管外面的液控管線

4.1.2 主要工藝設備

井內油管能否實施封堵是決定成功進行下一步帶壓作業的關鍵，在起油管前堵塞底部油管內腔，防止井內高壓流體從油管內噴出，主要包括堵塞器、油管橋塞、旋塞閥、單流閥、特殊油管壓力控制工具。圖2是比較常見的油管堵塞器[5]，主要由丟手頭、卡瓦系統、密封系統、自封啟動機構等部分組成。

圖2 堵塞器

堵塞器長度為530 mm，承受上下壓差70 MPa，耐溫135℃，下井前將油管堵塞器自封啟動機構調整到合適位置，將丟手頭與堵塞工具用特殊銷釘連接。堵塞工具的密封系統外徑小于58 mm（用于內徑為73 mm的油管），用液壓繩索絞車（也可用其他方式）將其下入預定深度，慢提鋼絲使卡瓦系統與油管充分接觸。利用特殊機械震擊器將銷釘震斷。送人的繩索工具則可起出地面，井下堵塞工具在自封啟動機構的作用下預封。當井口泄壓后堵塞器上下壓差所產生的推力使第二級高強度密封膠筒工作，達到堵塞油管的目的。堵塞器上下壓差所產生的推力作用在卡瓦系統上，推力越大卡得越緊。

文23儲氣庫完井管柱比較特殊，其配有專門的坐落短節，見圖3，該坐落短節與鋼絲繩下入的堵塞器配合使用，可以密封井內的油管，給封隔器提供坐封壓力。

圖3 坐落接頭

4.1.3 工藝流程

主要施工工藝流程如下：

1）帶壓作業下入永久式封隔器下面的完井管柱，封隔器下方坐落短接處定位一個油管堵塞裝置。

2）封隔器插入密封處上部安裝與封隔器尺寸相當的普通油管，用普通油管帶著封隔器下入到坐封位置。

3）打壓坐封，確保驗封合格。

4）上部普通油管從封隔器插入密封處倒開，取出，見圖4。

圖4 封隔器回插管柱工藝

重新下入帶有液控管線工具的生產管柱，回接到插入密封處，最后由鋼絲作業打撈出堵塞器投產。安裝井口及采油樹，然后使用鋼絲作業配備工具打撈出堵塞器，進行生產。

4.2 研發了起長段射孔槍裝置及工藝

4.2.1 工藝特點

現有的不壓井作業工藝是利用不壓井作業裝置的環形防噴器動密封油管，游動卡瓦和固定卡瓦交替工作，并配合舉升系統液缸，在井口起下管柱。而在油氣井射孔作業過程中，槍與槍之間由于需要傳爆，上下接頭內部相通，槍內部還有不規則的槍架填充，射完孔后槍體又布滿孔眼，這就造成射孔槍串內部和外部均不易封堵，導致油氣井的油氣泄漏，存在施工安全隱患。另外由于射孔工藝需要對射孔層位自下而上連續射開，對射孔的精準度和質量又有嚴格的要求，以保證射孔效果。這就導致對射孔槍串進行任何改造，如槍與槍間增加盲管、槍身外增加密封工具等，都造成部分油氣層會避射，影響氣井產量。因此要實現不壓井起射孔槍工藝難度大。現有不壓井起射孔槍工藝，只能起較短的射孔槍，一般射孔槍串只有幾米到幾十米。對于幾米的射孔槍串，通常采用井口放壓或少量液體壓井，快速提槍出井口的變通方法，完成起槍作業。對于幾十米的射孔槍串，通過調研國外一些完井服務公司，采用井口安裝防噴管，配合吊車將射孔槍一次提出井口。由于受防噴管安全施工和吊車起吊高度的影響，最多也只能起幾十米的射孔槍串。但對于通常利用枯竭油氣藏建的儲氣庫井，完井工藝要求既要最大程度保護低壓儲層，又要提高單井生產能力，因此通常一次性射開井段高達幾百米，這就導致現有的不壓井作業工藝均無法解決該問題，只能采用壓井的方式起長井段射孔槍，不利于完井過程中油氣層的保護。

因此，研發了起長段射孔槍裝置及工藝[3]，該裝備充分利用目前帶壓作業設備的特點，在原有設備基礎上，通過調整參數，優化設計，在確保井控安全條件下，從根本上實現帶壓起長井段射孔槍作業，該工藝在起長井段射孔全過程中無入井液，減少儲層污染，同時利用井控設備可實現每個環節井控可控，技術人員在作業過程中需操作精準，確保作業質量。起長井段射孔槍裝置包括井口不壓井作業裝置及專用油管短節工具串。

4.2.2 主要工藝設備

井口不壓井作業裝置由游動卡瓦、上固定卡瓦、環形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節、下固定卡瓦、三閘板防噴器和升降系統組成。游動卡瓦安裝在升降系統的上橫梁中心，上固定卡瓦、環形防噴器、平衡泄壓四通、全封防噴器、升高短節、下固定卡瓦、三閘板防噴器自上至下依次通過法蘭連接，見圖5。

圖5 起長井段射孔槍裝置

油管短節工具串由絲堵、油管短節、打撈工具組成，油管短節上端與絲堵螺紋連接，其下端與打撈工具反扣螺紋連接。

平衡泄壓四通一側通過平衡壓力管線與油管頭四通連接，另一側與地面放噴管線連接。

升降系統由上橫梁、下橫梁和升降液缸組成，升降液缸通過上橫梁和下橫梁固定連接，上橫梁在升降液缸的液壓作用下做軸向升降運動。

4.2.3 工藝流程

不壓井起射孔槍的主要工藝流程如下：

1）不壓井作業裝置安裝：通過井口不壓井作業裝置下部的三閘板防噴器將不壓井作業裝置安裝在井口油管頭四通上。

2）起油管：通過鋼絲作業將油管封堵工具下到井下管柱的射孔槍上部的末根油管內，采用常規不壓井作業方法在井口起出末根油管以上的油管柱；利用環形防噴器動密封油管，游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管，直至射孔槍接頭位于不壓井作業裝置的升高短節缸體內，關閉下固定卡瓦，使其卡住射孔槍，拆卸末根油管，游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作將其起出全封防噴器上部后，關閉全封防噴器，打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側閘門，泄掉全封防噴器以上缸內壓力，開環形防噴器，將末根油管提出井口。

3）撈射孔槍：井口下油管短節工具串，其自上而下依次為絲堵、油管短節、卡瓦打撈筒，游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作將油管短節工具串下至全封防噴器上部，關環形防噴器，打開平衡泄壓四通與壓力平衡管線相連的一側閘門，重新平衡全封防噴器以上缸內壓力，開全封防噴器，繼續下油管短節工具串，使其下部卡瓦打撈筒打撈住射孔槍接頭后，游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管短節工具串，直至下節射孔槍接頭位于下固定卡瓦上端面，同時使上節射孔槍位于升高短節至平衡泄壓四通之間的缸體內，關閉下固定卡瓦，使其卡住射孔槍。

4）卸起射孔槍：轉動井口油管短節工具串，使上下兩節射孔槍脫扣后，游動卡瓦和上固定卡瓦交替工作起上節射孔槍至全封防噴器上部，關閉全封防噴器，打開平衡泄壓四通與地面放噴管線相連的一側閘門，泄掉全封防噴以上缸內壓力，開環形防噴器，提油管短節工具串及與其相連射孔槍出井口。

5）循環步驟3）、4）直至射孔槍串全部起出。

5 結論

針對儲氣庫注采井不能實現帶壓下帶液控管線管柱、無法帶壓起長井段射孔槍的、無法實現完全井控的安全風險的問題，創新形成了帶壓作業配合封隔器回插管柱工藝，解決無法帶壓下液控管線的難題，研發了起長射孔槍裝置及工藝，解決了無法帶壓起長射孔槍的難題。這兩種儲氣庫帶壓作業工藝可行性已經過多次專家論證，可操作性強，工藝成熟，可有效解決儲氣庫井投產作業過程中井控安全和低壓儲層保護的難題。目前研究人員在衛城儲氣庫、文13西儲氣庫、文24儲氣庫等可研方案上進行論證，待儲氣庫建設投產可進一步探索應用，同時為國內同類儲氣庫建設提供技術經驗。