多功能一趟管聯(lián)作高效修井技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：為縮短作業(yè)占時(shí)，提高修井效率，控減勞務(wù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)降本增效，提出“一趟管修井”優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，研發(fā)“不動(dòng)管聯(lián)作”系列技術(shù)，建立“多工序集成”作業(yè)提速新模式。通過優(yōu)化整合一趟管聯(lián)作管柱設(shè)計(jì)，創(chuàng)新研發(fā)多功能組合工具串，形成了射孔下泵聯(lián)作、沖洗下泵聯(lián)作、壓裂下泵聯(lián)作、丟手下泵聯(lián)作、修井一趟管聯(lián)作等五大類共十項(xiàng)聯(lián)作技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了只利用一趟管柱即可完成傳統(tǒng)技術(shù)上需要起下三趟管柱作業(yè)工序的工作量，在達(dá)到同樣作業(yè)目的前提下，還解決了帶壓起下管過程井口冒噴污染、井控風(fēng)險(xiǎn)高等技術(shù)問題。聯(lián)作技術(shù)已在江漢油區(qū)累計(jì)推廣152井次，累計(jì)減少起下?lián)Q管74.4×10⁴m，單井平均縮短作業(yè)占時(shí)26 h，降低修井費(fèi)用￥3.5萬元，提高修井效率約30%。

關(guān)鍵詞：多功能；一趟管；聯(lián)作；多工序；防噴；作業(yè)占時(shí)

中圖分類號：TE935

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.01.012

Research and Application of Multifunctional one Trip Ttubing

Combined High Efficiency Well Servicing Technology

ZHENG Ruibo

（Jianghan Oil Production Plant， Jianghan Oilfield Company， SINOPEC，Qianjiang 433123， China）

Abstract：In order to shorten the operation time， improve workover efficiency， control labor costs， and achieve cost reduction and efficiency increase， an optimization design method of “one trip pipe workover” is proposed， and a series of technologies of “fixed pipe joint operation” are developed to establish a new mode of “multi process integration” operation speed increase. By optimizing and integrating the design of a single pipe joint operation string， innovative research and development of a multi-functional combination tool string， a total of ten joint operation technologies have been formed， including five categories： perforation pump joint operation， flushing pump joint operation， fracturing pump joint operation， releasing pump joint operation， and well repair single pipe joint operation. By utilizing only one trip of the pipe string， the workload of traditional technology requiring three trips of pipe string operations can be completed. Under the premise of achieving the same operation purpose， technical problems such as wellhead blowout pollution and high risk of well control during pressure pipe tripping can also be solved. The joint operation technology has been promoted a total of 152 wells in Jianghan Oil Region， reducing the number of trips and pipe replacements by 744 000 m. The average operation time for a single well has been shortened by 26 hours， reducing the cost of workover by ￥35 000 yuan， and improving the efficiency of workover by about 30%.

Key words：multi functional; one trip management; joint construction; multi process; blowout prevention; job duration

江漢油區(qū)隨著開發(fā)不斷深入，油井出砂、結(jié)鹽、腐蝕等井況愈發(fā)復(fù)雜^［1］，導(dǎo)致作業(yè)工序多、占井時(shí)間長、產(chǎn)量影響大等問題愈發(fā)凸顯。為有效控減總作業(yè)成本，既要控制作業(yè)井次，還要有效降低單井作業(yè)勞務(wù)費(fèi)用。因此，提出“一趟管修井”優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，研發(fā)“不動(dòng)管聯(lián)作”系列技術(shù)，建立“多工序集成”作業(yè)提速新模式。即，通過運(yùn)用“聯(lián)作一體化”設(shè)計(jì)思路^［2］，將優(yōu)化設(shè)計(jì)油井泵抽管柱結(jié)構(gòu)，整合改進(jìn)作業(yè)工序方法，作為工藝技術(shù)進(jìn)步的攻關(guān)點(diǎn)和突破口。研究旨在達(dá)到同樣作業(yè)目的，甚至更好效果情況下，利用一趟工序完成傳統(tǒng)三趟工序的工作量，減少起下趟數(shù)，控減單井作業(yè)勞務(wù)費(fèi)用，并解決多趟工序作業(yè)技術(shù)局限。目前已形成了射孔下泵聯(lián)作、沖洗下泵聯(lián)作、壓裂下泵聯(lián)作、丟手下泵聯(lián)作、修井一趟管聯(lián)作等五大類共十項(xiàng)聯(lián)作高效修井技術(shù)。聯(lián)作技術(shù)已在江漢油區(qū)累計(jì)推廣152井次，累計(jì)減少起下?lián)Q管74.4×10⁴m，單井平均縮短作業(yè)占時(shí)26 h，降低修井費(fèi)用3.5萬元，提高修井效率約30%。

1 大通徑頂?shù)纂p密封聯(lián)作桿式泵優(yōu)化設(shè)計(jì)

“不動(dòng)管聯(lián)作”系列技術(shù)為了達(dá)到井筒作業(yè)施工完不起出管柱而直接轉(zhuǎn)抽完井的目的，均配套采用了桿式泵。但是為了滿足作業(yè)中油管柱加壓、旋轉(zhuǎn)^［1］，以及過油管下入測試儀器和大排量循環(huán)沖洗的要求，必須對API標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)桿式泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和性能升級。因此，專門設(shè)計(jì)了大通徑頂?shù)纂p密封聯(lián)作桿式泵^［2］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該型聯(lián)作桿式泵采用頂部皮碗插入密封扶正，底部金屬錐面密封、鎖爪支承固定的結(jié)構(gòu)形式。桿式泵支承筒整體抗滑扣強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度均不低于?73 mmN80鋼級平式油管機(jī)械性能。最主要的支承筒底部鎖緊支承接頭最小內(nèi)通徑設(shè)計(jì)加大至?51 mm，滿足了測試儀器和投球通過以及大排量沖砂洗井的過流要求。而且，該型支承筒對于?28/32/38/44 mm四種泵徑規(guī)格的頂?shù)纂p密封聯(lián)作桿式泵均可互換通用。

2 射孔防噴下泵聯(lián)作

2.1 工藝原理及管柱結(jié)構(gòu)

射孔防噴下泵聯(lián)作技術(shù)，簡稱“射采防噴”聯(lián)作，是將射孔和下泵整合為一趟管柱^［2-8］，射孔觀察后只需將射孔槍提出射孔井段，就可直接下桿式泵開抽完井。聯(lián)作管柱除了用于連接的油管串外，關(guān)鍵井下工具自上至下依次為桿式泵座（支承筒）、油管校深短節(jié)、投球驗(yàn)管球座、接球座、油管內(nèi)堵塞器^［9-10］、油套連通閥、起爆器+射孔槍串，“射采防噴”聯(lián)作管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

1） 校深精度高。由于桿式泵支承筒最小內(nèi)通徑為?51 mm，常用校深定位儀最大外徑為?38～40 mm，所以，對于埋深3 000 m以上的深井，可以不受泵深限制，使校深儀穿過桿式泵支承筒，直接進(jìn)行泵下尾管內(nèi)的定位校深，將校深總零長^［8］縮短至50 m以內(nèi)，完全消除射孔槍管柱在井下的自由伸長量誤差。而如果使用管式泵進(jìn)行“射采防噴”聯(lián)作，則只能進(jìn)行泵上定位校深，這對于埋深較深，尾管超過200 m的機(jī)抽井是無法保證射孔校深精度的。

2） 油管內(nèi)帶壓防噴下泵，當(dāng)?shù)貙幽芰枯^高，但射孔后井口壓力和溢流量不足以維持較長時(shí)間的穩(wěn)定自噴生產(chǎn)時(shí)，不壓井不動(dòng)管，保護(hù)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，避免起下管過程產(chǎn)生抽汲激動(dòng)壓力，而直接下泵連噴帶抽生產(chǎn)無疑是最佳的選擇。在管柱底部，射孔槍與油套連通閥之上連接油管內(nèi)堵塞器（亦稱泵下堵塞器^［9］，結(jié)構(gòu)如圖3所示），堵塞器以上至井口灌滿活性水以平衡套管壓力，便可達(dá)到管柱有效防噴目的。在低壓關(guān)井狀態(tài)下，油管內(nèi)可以直接不帶壓下入抽油桿帶桿式泵，當(dāng)泵入支承筒坐封前，直接油管內(nèi)加壓，當(dāng)油管內(nèi)向下壓差達(dá)到堵塞器的開啟剪斷壓力后，堵塞器的密封芯子落入射孔槍起爆器頂部、油套連通閥側(cè)孔以下，即可開啟尾管進(jìn)液通道，桿式泵順勢坐封后實(shí)現(xiàn)連噴帶抽生產(chǎn)。

3） 射孔后可實(shí)施氣舉降液，加快油氣顯示，當(dāng)儲(chǔ)層物性較差，射孔液面較淺，較高的井底液柱壓力會(huì)大大延后見油見氣時(shí)間。采用泡沫液循環(huán)或純氣舉返排降液可以快速降低井筒液柱壓力，放大生產(chǎn)壓差，加速油氣在地層中的滲流速度，同時(shí)清潔疏通儲(chǔ)層孔喉滲流通道內(nèi)固相雜質(zhì)，達(dá)到加快油氣顯示目的。該技術(shù)射孔后打掉堵塞器，聯(lián)作管柱在油套連通閥處即實(shí)現(xiàn)油套連通，工具串內(nèi)通徑可滿足大排量循環(huán)或氣舉的過流需要。當(dāng)達(dá)到降液目的后，即可不動(dòng)管下桿式泵完井。

4） 該管柱生產(chǎn)經(jīng)過一個(gè)檢泵周期后，可不動(dòng)管只換新桿式泵完井。該技術(shù)在尾管預(yù)設(shè)了投球驗(yàn)管球座和接球座，在生產(chǎn)一個(gè)檢泵周期后，根據(jù)起出抽油桿和桿式泵偏磨、腐蝕情況，可以不動(dòng)管投球?qū)嵤┒悟?yàn)管，驗(yàn)管合格打掉球座后可直接改下相同或其它泵徑的桿式泵繼續(xù)生產(chǎn)（桿式泵支承筒通用），從而第二次減少起下?lián)Q管工序，縮短作業(yè)占井時(shí)長，提高檢換泵效率。

2.3 聯(lián)作施工步驟^［11］

1） 射孔觀察后存在低壓溢流。

下組合管柱→GR/CCL校深^［8］→調(diào)整射孔管柱→反打壓射孔→觀察油氣顯示→下抽油桿帶桿式泵→打壓驗(yàn)管并開啟堵塞器→桿式泵坐封→連光桿開抽。

2） 射孔后循環(huán)降液。

下組合管柱→GR/CCL校深→調(diào)整射孔管柱→反打壓射孔→觀察油氣顯示→起管帶槍出油層→打壓驗(yàn)管并開啟堵塞器→泡沫液（氣舉）循環(huán)降液→下桿式泵坐封→連光桿開抽。

3） 射孔后直接下泵完井。

下組合管柱→GR/CCL校深→調(diào)整射孔管柱→反打壓射孔→觀察油氣顯示→起管帶槍出油層→打壓驗(yàn)管并開啟堵塞器→下桿式泵坐封→連光桿開抽。

3 沖洗防噴下泵聯(lián)作

3.1 工藝原理及管柱結(jié)構(gòu)

沖洗防噴下泵聯(lián)作技術(shù)，簡稱“沖采防噴”聯(lián)作，是將沖砂洗井和下泵整合為一趟管柱，沖砂洗井結(jié)束后，上提管柱至設(shè)計(jì)泵深位置，就可直接下桿式泵開抽完井。聯(lián)作管柱除了用于連接的油管串外，關(guān)鍵井下工具自上至下依次為桿式泵座（支承筒）、投球驗(yàn)管滑套^［1］、活頁式防噴閥、十字叉接球座、鋸齒沖砂頭，“沖采防噴”聯(lián)作管柱結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

油管內(nèi)帶壓^［6］沖砂和防噴下泵，當(dāng)壓裂井放噴生產(chǎn)末期，下泵轉(zhuǎn)抽前都仍具有一定的低壓溢流能量，井口呈現(xiàn)長時(shí)間溢流冒噴狀態(tài)（一般敞口不裝油嘴控制時(shí)溢流排量約15～20 L/min）。為了保護(hù)儲(chǔ)層不能進(jìn)行大比重壓井至完全“壓死”狀態(tài)，而按照目前的井控作業(yè)技術(shù)要求，當(dāng)油管存在油氣冒噴時(shí)，是不允許起下活動(dòng)管柱的。這種井口長時(shí)間冒噴就造成無法及時(shí)起下管沖砂作業(yè)，制約了壓裂自噴井帶壓轉(zhuǎn)抽上產(chǎn)進(jìn)度。

“沖采防噴”聯(lián)作技術(shù)設(shè)計(jì)就是在上述狀態(tài)下，利用組合工具串達(dá)到下入聯(lián)作管柱過程、正沖砂洗井過程、下入桿式泵過程、驗(yàn)管驗(yàn)漏過程，全程一趟管有序聯(lián)作施工，全程井口不產(chǎn)生溢流冒噴的效果。其中，活頁式防噴閥內(nèi)通徑為?50 mm，可以保證大排量正循環(huán)沖砂洗井，而在停泵換單根及起下活動(dòng)管柱期間，活頁蓋板閥在復(fù)位彈簧及上頂壓差作用下可以及時(shí)關(guān)閉密封油管內(nèi)通道。其反向防噴密封耐壓可達(dá)20 MPa，但是在溢流冒噴末期，管內(nèi)充滿沖砂液情況下，防噴閥處承受上頂壓差一般不會(huì)超過5 MPa，可以做到完全密封、可靠防噴，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

當(dāng)沖砂洗井結(jié)束，上提管柱達(dá)到完井泵深要求并坐好管掛，此時(shí)因防噴閥關(guān)閉了尾管進(jìn)液通道，在下桿式泵之前需要先投鋼球落入投球驗(yàn)管滑套，然后不打開滑套，直接在防噴閥開閉、油管內(nèi)不帶壓狀態(tài)下下入桿式泵。最后在桿式泵入支承筒坐封前，先井口加壓驗(yàn)管，再升壓打開投球驗(yàn)管滑套，然后順勢坐封桿式泵，調(diào)整光桿開抽即可。投球驗(yàn)管滑套打開后露出側(cè)孔成為尾管進(jìn)液口，也就是進(jìn)液口由沖砂洗井時(shí)的鋸齒沖砂頭底部上升至滑套側(cè)孔，升高約1.5 m，這對于泵抽生產(chǎn)管柱來講沒有任何影響。

3.3 施工步驟

下組合管柱→探砂面→正循環(huán)沖砂洗井→上提管柱至完井泵深→投球入座→下抽油桿帶桿式泵→坐封前加壓驗(yàn)管→升壓打開滑套→坐封桿式泵→連光桿開抽。

4 壓裂防砂下泵聯(lián)作

4.1 工藝原理及管柱結(jié)構(gòu)

壓裂防砂下泵聯(lián)作技術(shù)，簡稱“壓采”聯(lián)作，是將壓裂和下泵整合為一趟管柱，壓裂放噴結(jié)束后，上提管柱解封封隔器（水力錨因內(nèi)外壓平衡自動(dòng)解卡收回），封隔器解封后以其坐封深度為準(zhǔn)，在上下50 m范圍內(nèi)上提下放活動(dòng)管柱，并對比坐封前管柱懸重，確保管柱活動(dòng)自如，封隔器完全解封到位。最后限速上提管柱至完井泵深位置，就可直接下桿式泵開抽完井。聯(lián)作管柱是在常規(guī)壓裂管柱上部連接專用防砂型桿式泵支承筒，除了用于連接的油管串外，關(guān)鍵井下工具自上至下依次為桿式泵座（支承筒）、安全接頭、水力錨、Y341-114型封隔器、坐封球座、接球籃，“壓采”聯(lián)作管柱結(jié)構(gòu)如圖6所示。

4.2 技術(shù)優(yōu)勢

該技術(shù)具有壓裂后直接下泵轉(zhuǎn)抽，加快措施液返排，減輕儲(chǔ)層傷害的優(yōu)勢。“壓采”聯(lián)作選井要滿足井筒沉砂“口袋”大于50 m，壓裂放噴后，不起出壓裂管柱、不需要沖砂，直接下泵轉(zhuǎn)抽返排，減少壓裂液對儲(chǔ)層的浸泡時(shí)間。因存在壓裂砂返吐現(xiàn)象，特制的防砂型桿式泵將以往的“短柱塞-長泵筒”結(jié)構(gòu)桿式泵優(yōu)化設(shè)計(jì)為“長柱塞-短泵筒”結(jié)構(gòu)具有防砂卡堵的新型桿式泵。同時(shí)，特制防砂桿式泵支承筒設(shè)計(jì)承壓達(dá)到70 MPa，桿式泵坐封密封面硬度達(dá)到HRC65，使其具有長時(shí)間、承高壓、高砂比、大排量攜砂液磨蝕液切性能，可以滿足壓裂過流需要。

4.3 施工步驟

下組合管柱→投球入座→加壓坐封坐錨→升壓打掉坐封球座→壓裂→放噴→上提解封→活動(dòng)管柱→上提管柱至完井泵深→下抽油桿帶桿式泵→坐封桿式泵→連光桿開抽。

5 丟手卡堵下泵聯(lián)作

5.1 工藝原理及管柱結(jié)構(gòu)

丟手卡堵下泵聯(lián)作技術(shù)，簡稱“丟采”聯(lián)作，是將卡封丟手和下泵整合為一趟管柱，同樣利用桿式泵支承筒高強(qiáng)度、大通徑的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)投球坐封底部卡堵層上下的雙封隔器后，若采用反扣安全接頭作為丟手接頭，則正轉(zhuǎn)管柱倒扣實(shí)現(xiàn)丟手；若采用液壓丟手裝置^［1］，則投球入丟手接頭球座后，井口加壓實(shí)現(xiàn)剪斷丟手。最后上提管柱至完井泵深位置，就可直接下桿式泵開抽完井。聯(lián)作管柱除了用于連接的油管串外，關(guān)鍵井下工具自上至下依次為桿式泵座（支承筒）、反扣安全接頭（或液壓丟手裝置）、液壓堵水封隔器×上下各1套、坐封球座、接球籃。

5.2 技術(shù)優(yōu)勢

該技術(shù)具有卡堵層丟手后直接下泵轉(zhuǎn)抽，不需起下?lián)Q管、提高作業(yè)效率、縮短占井時(shí)長的優(yōu)勢。

5.3 施工步驟

1） 采用反扣安全接頭作為丟手接頭。

下組合管柱→投球入座→加壓坐封雙封隔器→升壓打掉坐封球座→正轉(zhuǎn)倒扣丟手→上提管柱至完井泵深→下抽油桿帶桿式泵→坐封桿式泵→連光桿開抽。

2） 采用液壓丟手裝置。

下組合管柱→投球入座→加壓坐封雙封隔器→升壓打掉坐封球座→投球入座丟手裝置→加壓剪斷丟手→上提管柱至完井泵深→下抽油桿帶桿式泵→坐封桿式泵→連光桿開抽。

6 修井一趟管聯(lián)作

修井一趟管聯(lián)作技術(shù)，是指整合修井作業(yè)過程中的多趟工序?yàn)橐惶斯ば?sup>［12^］，但不能實(shí)現(xiàn)不起出作業(yè)管柱而直接下泵轉(zhuǎn)抽，即未整合下泵聯(lián)作。目前現(xiàn)場應(yīng)用的主要包括射孔壓裂聯(lián)作、通井刮削聯(lián)作、投入式射流泵酸化返排聯(lián)作，以及沖砂轉(zhuǎn)撈砂聯(lián)作^［13-15］四項(xiàng)技術(shù)。

7 現(xiàn)場應(yīng)用

2019年以來，立足自主研發(fā)，經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、迭代升級“聯(lián)作一體化”系列技術(shù)，目前已形成五大類共十項(xiàng)聯(lián)作系列化技術(shù)，在江漢油區(qū)累計(jì)推廣應(yīng)用152井次，“一趟管”聯(lián)作完井成功率94%，累計(jì)減少起下?lián)Q管74.4×10⁴m，平均縮短單井作業(yè)占時(shí)26 h，降低單井勞務(wù)費(fèi)用3.5萬元，提高修井效率約30%，取得了良好的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)論

1） 射孔防噴下泵聯(lián)作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將射孔和下泵兩趟管柱合二為一，射孔后不動(dòng)管柱帶壓防噴轉(zhuǎn)抽功能，既可避免高壓井射孔壓井后下泵造成的儲(chǔ)層傷害，又能避免帶壓下泵造成的作業(yè)繁瑣、占井時(shí)長、冒噴污染等問題。

2） 沖洗防噴下泵聯(lián)作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將沖砂和下泵兩趟管柱合二為一，在井筒低壓溢流狀態(tài)下可安全可控完成正循環(huán)防噴沖砂洗井作業(yè)，油管內(nèi)不帶壓下泵后液壓開啟尾管進(jìn)液通道，完成自噴井末期帶壓沖砂不動(dòng)管直接轉(zhuǎn)抽作業(yè)。

3） 壓裂防砂下泵聯(lián)作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將壓裂和下泵兩趟管柱合二為一，壓裂后直接下泵轉(zhuǎn)抽，達(dá)到加快措施液返排，減輕儲(chǔ)層傷害目的。特制防砂桿式泵支承筒承壓達(dá)到70 MPa，桿式泵坐封密封面硬度達(dá)到HRC65，使其具有長時(shí)間、承高壓、高砂比、大排量攜砂液磨蝕液切性能，可以滿足壓裂過流需要，“長柱塞-短泵筒”結(jié)構(gòu)桿式泵具有防壓裂砂卡堵功能。

4） 丟手卡堵下泵聯(lián)作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將卡封丟手和下泵兩趟管柱合二為一，卡堵層坐封丟手后直接下泵轉(zhuǎn)抽，不需起下?lián)Q管、提高作業(yè)效率、縮短占井時(shí)長。

其它修井一趟管聯(lián)作技術(shù)，是整合修井作業(yè)過程中的多趟工序?yàn)橐惶斯ば颍荒軐?shí)現(xiàn)不起出作業(yè)管柱而直接下泵轉(zhuǎn)抽，主要包括射孔壓裂聯(lián)作、通井刮削聯(lián)作、投入式射流泵酸化返排聯(lián)作、沖砂轉(zhuǎn)撈砂聯(lián)作技術(shù)。

5） 多功能一趟管聯(lián)作高效修井系列技術(shù)改變了傳統(tǒng)維護(hù)作業(yè)方式方法，創(chuàng)新了相關(guān)工藝操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是實(shí)現(xiàn)最大程度降低油井，尤其是2 500 m以上深抽井的作業(yè)成本、提高檢泵效率的有效途徑之一，對于新井搶投搶建、措施快速返排、轉(zhuǎn)抽高效完井工作，具有一定的技術(shù)借鑒作用。

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