J 油田廢棄井處置配套工藝技術研究與應用

孫艷妮，馮 青，李勝勝

（1.廣東南油服務有限公司天津分公司，天津 300450；2.中海油服油田生產研究院，天津 300459）

油田經過多年生產，進入高含水開發階段，許多油水井陸續出現超高含水、套管損壞、穿孔、變形錯斷等現象，部分井需要報廢處理，按照廢棄井處置標準，要求對這些報廢的廢棄井井下油水層進行層內擠注水泥封堵[1-4]，然后再封堵井筒。而目前在擠封封層施工過程中主要存在以下問題：（1）光油管籠統擠注無法對所有油層進行有效封堵；（2）采用擴張封隔器擠封管柱不能承受深井高溫高壓，存在施工過程中密封失效風險；（3）采用機械座封封隔器在深斜井中存在座封困難、密封不可靠等問題；（4）擠水泥過程中不能及時反洗，存在擠注不進水泥大量存留管內“灌香腸”或者水泥竄漏后凝固管柱“插旗桿”等現象，增加了大修難度。針對這些問題，為了提高封堵效果、提高擠注水泥成功率和封堵有效率、降低施工風險，因此研究了既能座封丟手一體、帶壓擠注，又可防返吐、可反洗井的安全可靠處置廢棄井的管柱及配套工具[4-11]，經過一年來的研究、試驗與改進完善，形成了廢棄井水泥擠封管柱及工具配套技術。

1 水泥擠封管柱

1.1 管柱結構

水泥擠封管柱由油管、安全接頭、插管反洗閥、防返吐插管橋塞組成[5-6]。

1.2 工作原理

（1）座封及丟手：下入由油管、防返吐插管橋塞組成丟手管柱后，油管內憋壓20 MPa，座封橋塞，油管內繼續憋壓至25 MPa 或壓力突降或套管返水，座封工具與插管橋塞之間連接銷釘被剪斷脫開，實現丟手，然后上提管柱，起出油管及座封工具。

（2）下入插管管柱：下入由安全接頭、插管反洗閥組成的擠水泥管柱，至插管橋塞上方時，緩慢下放管柱至密封插管橋塞內，并下壓10 t 預壓力。

（3）橋塞驗封：油管內加液壓試擠，逐步提高至設計擠注壓力，并保持30 min 以上，在測油層吸收量的同時，觀察套管無漏失為驗封合格。

（4）擠水泥：驗封合格后，根據吸收量設計水泥用量，然后按設計向油管內擠注水泥，水泥經油管、插管、頂開插管橋塞底部防返吐單流閥進入封堵層，水泥擠注完成后用清水頂替至橋塞位置。擠注結束后，由于插管橋塞底部單流閥在底部壓力和彈簧的作用下自動關閉，防止水泥返吐。然后反洗井并起出插入擠水泥管柱。

（5）反洗井：在擠水泥過程中，如果出現壓力過高難以施工，或擠水泥過程中水泥由管外竄漏至橋塞上部時，可立即進行反洗井開啟反洗閥，將水泥反洗出地面，然后起出插入施工管柱。如果管柱出現拔不動等異?，F象，可正轉油管，安全接頭倒扣丟手，起出施工管柱。

1.3 主要技術參數

座封壓力：15 MPa；丟手壓力：25 MPa；工作壓差：50 MPa；工作溫度：150 ℃；反洗壓力：8 MPa。

2 配套工具

2.1 插管橋塞

（1）結構：插管橋塞由座封、密封、錨定、丟手、密封中心管、導向防撞等部分組成[7]（見圖1）。

（2）工作原理：插管橋塞下入時由下部導向防撞接頭進行導向，并擋住來自下部的撞擊和摩擦力，保護膠筒和卡瓦，防止橋塞中途座封；座封時高壓液體通過丟手球座上端的進液孔推動座封活塞、外套、座封套下行，剪斷座封銷釘，帶動上錐體下行壓縮膠筒，座封套繼續下行剪斷固定銷釘，推動卡瓦下行隨錐體斜面張開錨定在套管內壁，兩端卡瓦雙向錨定并相互鎖緊在套管內，實現橋塞的座封和錨定；繼續提高壓力剪斷丟手剪釘，丟手球座與橋塞中心管脫開丟手，此時座封活塞下行至底端，露出座封進液孔實現油套連通，油管壓力突降，完成座封和丟手。

（3）技術特點：①底部導向防撞接頭錐形設計，既便于下入導向，又可保護膠筒和卡瓦，防止中途座封；②橋塞底部單流閥結構設計，擠注水泥施工后可快速自動反向關閉，防止水泥返吐凝固插管，避免造成大修事故；③雙向分瓣卡瓦設計，錐體小角度整體錐進撐開，雙向自鎖錨定，錨定可靠、雙向密封；④液壓座封并丟手，操作簡單、安全可靠；⑤中心管上部大角度導向、內徑高精度設計，便于密封插管進入和密封。

（4）主要技術參數：座封壓力：15 MPa；工作壓差：50 MPa；工作溫度：150 ℃；丟手壓力：25 MPa。

2.2 插管反洗閥

（1）結構：由上接頭、中心插管、外套、反洗活塞、銷釘、“O”型密封圈組成（見圖2）。

圖2 插管反洗閥

（2）工作原理：反洗閥中心插管下部設計多組密封圈，下井時，將中心插管下部緩慢插入插管橋塞密封中心管內，依靠密封圈密封插管間隙，然后繼續緩慢下放管柱直至插管全部進入并加壓一定負荷。施工中如果水泥擠注異常，可實施反洗井，反洗時套管加液壓推動反洗活塞上行，剪斷銷釘后打開反洗通道，大排量反洗將油管內的水泥洗出地面，防止管內水泥凝固事故。施工結束后直接上提即可抽出插管。

（3）技術特點：①反洗閥中心插管下部采用多級組合式密封，保證密封的有效性和可靠性；②反洗閥和插管一體化設計，縮短反洗通與橋塞距離，可將橋塞上部反洗徹底。

（4）主要技術參數：外徑：100 mm；內徑：50 mm；密封壓差：50 MPa；反洗壓力：3 MPa；反洗排量：≥30 m3/h。

3 現場試驗

廢棄井水泥擠封管柱及配套工具自2019 年以來在冀東油田廢棄井和儲氣庫井封層進行了12 井次的現場擠水泥封層施工。其中大斜度井11 口，水平井1 口，橋塞最大下深3 425 m，現場最大施工壓力達到32.5 MPa。橋塞的下入、座封、丟手和插入對接、驗封、擠注、反洗、起出等工藝均取得了成功，驗封合格率100%，施工成功率由88%提高至100%，封堵密封有效率由76.4%提高至100%。解決了深斜井高溫高壓水泥擠注難、密封效果差、施工風險高等問題。滿足了油田深井高壓擠水泥封層施工的需要。

4 結論

現場應用表明，廢棄井水泥擠封管柱及配套工具封堵儲層施工可靠，具有適應高溫高壓、深斜井、可快速反洗、工藝安全可靠等特點，為擠水泥封層施工提供了技術支撐。該技術具有以下幾個特點。

（1）該水泥擠封封層管柱液壓座封丟手，耐高溫高壓、雙向錨定密封，滿足了深斜井高壓井擠水泥封層的需要。

（2）橋塞底部設計單流閥，帶壓擠注后可自動關閉防止水泥返吐，可有效預防水泥凝固擠注管柱等事故發生。

（3）插管與橋塞中心管組合密封插接方便、密封可靠，操作簡便。

（4）反洗閥和插管一體設計，如果出現竄漏或擠注難等情況，可及時反洗井后起出插入施工管柱，降低作業安全風險。