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长庆油田注水井带压作业技术研究与应用

发布时间:2016-11-22 21:17:37 浏览:376 次 字体大小: | |

    摘要:在分析研究长庆油田注水井带压作业装置工作原理及前期施工存在问题的基础上,对单流阀进行了改进,研制了双作用阀、可捞式油管桥塞及其配套工具,现场试验效果良好,进一步提高了注水井带压作业的适应性。共实施32井次,装置操作平稳,与常规检串作业相比,平均单井作业时间可缩短17d,返水量减少2700m³;与使用初期相比,平均单井作业时间缩短7d,返水量减少384m³,起下管柱压力提高4.0MPa

    关键词:长庆油田 注水井 带压作业 放空 单流阀 双作用阀 油管堵塞器

    长庆油田共有三叠系注水井5283口,平均注水压力14.5 MPa,日注水量124700m³/d。随着开发时间的延长,注水井作业工作量随之增大。常规水井作业只有等压力符合作业施工条件才能施工,因此必须经过关井一放溢流卸压一井下作业一恢复注水的过程。常规水井作业方法存在的主要问题有浪费资源、损坏套管、伤害油气层、破坏地层压力、污染环境及维护费用高。

    注水井带压作业技术是一种在不压井、不放喷的条件下,通过不压井作业设备与油管堵塞器等系列配套工具及工艺的配合使用,克服井筒上顶压力进行带压起下管柱、打捞、冲砂以及带压射孔作业的综合性工艺技术,它能有效保护油气层,简化作业施工工序,提高生产效率,降低生产成本。2007年首次在X24 - 313口注水井上进行了带压作业现场试验,取得了初步成功。随着三叠系高压力注水井的增多,为维持地层压力稳定、保证注水连续不间断,很有必要进一步完善推广注水井带压作业技术,以避免注水井检串或措施前放空时间长、放水量大,造成地层局部能量下降、返出水排放困难等问题,达到缩短作业停注时间、提高注水井开井时率的目的。

    一、注水井带压作业装置简介

    1.装置构成

    长庆油田现用DY18 - 14C型带压作业装置主要由井控装置、液压起下装置、液压操作控制系统等部分构成。DY18 -14C型带压作业装置结构示意图如图1所示。

DY18-14C型带压作业装置结构示意图

    1    DY18-14C型带压作业装置结构示意图

    1-游动卡瓦;2-FH18-21环形防喷器;3-固定卡瓦;4-3F218-21环形防喷器;

    5-安全卡瓦;67-F218-21半封闸板防喷器;8-全封闸板防喷器;9-套管

    井控装置主要由管柱密封系统、全封闸板防喷器和安全卡瓦等部分组成。管柱密封系统由一台3F218 - 21防喷器、一台FH18 - 21环形防喷器和两台F218 - 21单闸板防喷器组成,它是带压作业装置的核心元件,控制和密封着井筒环空之间的压力,防止井喷。全封闸板防喷器用于空井筒状态下的封井,半封闸板防喷器和安全卡瓦用于作业间隙封井,以及带压作业时卡封井内管柱,防止管柱在井内压力作用下窜出井筒。

    液压起下装置包括固定卡瓦、游动卡瓦,升降油缸,以及与作业机的联结装置等部件。游动卡瓦通常与固定卡瓦配合使用,在液压系统的控制下,通过固定卡瓦和游动卡瓦开关转换,可实现在管柱自重小于井内上顶力时的安全起下操作。升降液缸为双向双作用液压缸,其作用在于井内上顶力大于油管自重时安全起下油管。当井内上顶力小于油管自重时,直接用作业车大钩起吊或下放油管。联结装置实现升降油缸的机械安装与拆卸,减轻工人劳动强度。

    液压操作控制系统是对液控操作台、蓄能器和液压油箱等部件的集成。液控操作台实现了井口封井器的开关动作及升降油缸的上下运动,同时也可调整各封井器系统液压,使各封井器处于最佳工作压力。蓄能器系统可储存一定的压能,在作业机或液压泵出现故障时,依靠所储存能量实现液压远程快速关井,提高带压作业的安全系数。

    2.工作原理

    起升油管作业时,用环形封井器封住井内压力,全封闸板防喷器和单闸板防喷器作为备用。当油管自重大于井压对油管的上顶力时,不使用卡瓦和升降液缸,直接使用通井机绞车起升管柱,随着井下管柱越来越少,重量越来越轻,井内上顶力与油管自重逐渐接近,即当指重表的读数接近零时,开始使用卡瓦卡住油管,用升降液缸和卡瓦的相互配合进行起升油管作业。在作业间隙,若井筒内有油管,用半封闸板防喷器封住井压,若井筒内无油管,则用全封闸板防喷器封堵井压。

    下放油管时的工艺过程与起升油管过程相反。

    3.技术参数

    (1)闸板防喷器(全封、半封):工作压力21MPa,通径180mm

    (2) 3F218-21/FH18 - 21防喷器:工作压力14MPa(21MPa),胶芯自由通径180mm

    (3)液压(游动、固定、安全)卡瓦:夹持力300~ 500kN,承压等级21MPa

    (4)油缸行程:3.5m

    (5)液压缸能力:推力380~ 500kN,拉力190~ 250kN

    (6)适用井口压力不大于14MPa

    (7)最大上升速度:6~10m/min

    (8)最大下降速度:12~ 20m/min

    二、注水井带压作业装置配套工具改进研究

    针对初期带压作业施工过程中存在的油管堵塞器承压能力低、投放不准、所下单流阀影响洗井等问题,为进一步提高该技术的适应性,满足推广应用要求,重点对油管内堵塞技术进行了改进和完善。

    1.单流阀改进

    初期开展合注井带压作业试验时,为防止下放管柱过程中地层水从油管中返出,在管柱末端安装了带筛管的单流阀,造成测试仪器无法通过,影响合注井测试效果。为解决这一问题,研制了下带喇叭口的截流器,完井时经打压剪断剪钉,使截流器堵塞芯子落入井底,从而满足注水和测试要求。

    2.双作用阀研制

    针对分注井球座与单流阀配合使用时,由于球座截流油管水,导致单流阀钢球不能推至筛管底部、造成无法洗井的问题,设计研制了双作用阀,双作用阀结构示意图如图2所示。

双作用阀结构示意图

    2    双作用阀结构示意图

    1-接箍;2-钢球;3-外筒;4-密封杆;5-球座;6-内筒;7-密封圈;8-密封圈;9-剪钉;10-筛管

    1)工作原理

    带压作业下放管柱时,将双作用阀接在管柱末端,管柱下到位后,向管柱内注水打压(上下压差大于3MPa),使得密封杆落入筛管底部,钢球坐封到球座上,此时双作用阀变为单向导流,从而满足分注井注水和洗井的要求。

    2)现场试验

    为了验证改进后的双作用阀是否能满足油水井带压作业检修需要,在P38 - 01P35 -1等井上开展现场试验。下放管柱过程中油管无溢流,下完管柱后,用水泥车打压坐封,泄压后油管返水,说明改进后的双作用阀密封性能良好,可实现单向导流。

    3.可捞式油管桥塞及配套工具研制

    针对装置配套的水力投送式油管堵塞器不能打捞、油管结垢严重易造成密封胶筒损坏等问题,设计研制了可捞式油管封堵桥塞及其配套工具。该油管桥塞装置主要由打捞头、连接套、上卡瓦、上锥体、胶筒、下锥体、下卡瓦、引鞋等部件组成,其结构示意图如图3所示。

油管桥塞结构示意图

    3    油管桥塞结构示意图

    1-引鞋;2-下卡瓦;3-下锥体;4-胶筒;

    5-上锥体;6-下卡瓦;7-连接套;8-打捞头

    1)可捞式油管桥塞工作原理

    用钢丝绳将工具串(油管桥塞+丢手接头+震击器+加重杆+绳帽)下入井下设计位置后,快速下放使得上下卡瓦同时坐卡,然后上提钢丝绳到一定高度后再次快速下放,用震击器撞击油管桥塞上接头,胶筒受到撞击而压缩,同时内设锁紧机构将压缩胶筒锁死,如此反复撞击,直至胶筒压缩到位,油管桥塞即可完成坐封过程。最后向上震击丢手,如图4所示。

可捞式油管桥塞投放示意图

    4    可捞式油管桥塞投放示意图

    2)油管桥塞配套投捞工具

    油管桥塞打捞作业需借用专用的打捞器进行,可捞式油管桥塞打捞器示意图如图5所示。可捞式油管桥塞配套工具包括绳帽、加重杆、震击器、打捞器和通井规。绳帽用于连接钢丝与下井工具;加重杆用于克服钢丝及工具串下行阻力,保证工具顺利下井,同时与震击器配合,为桥塞的坐封、丢手等提供所需的作用力;通井规用于检查油管是否满足油管桥塞投放条件。

油管桥塞打捞器示意图

    5    油管桥塞打捞器示意图

    进行油管桥塞打捞作业时,打捞器上端直接与震击器相连,利用钢丝作业车将其下放到油管桥塞所处位置,使打捞器下端抓紧桥塞打捞头,震击器向上震击实现解封后即可将桥塞提出油管;如果解封不成功,震击器向下震击剪断剪钉,即可实现打捞器与桥塞打捞头丢手。

    3)可捞式油管桥塞现场试验

    结合P38 - 01井、S32 -2等井更换井口主闸门作业,对可捞式油管桥塞性能进行了现场工况条件下的测试,试验效果良好。测试过程如下:用通径规通油管后,投放油管桥塞,工具顺利下至第二根油管处。快速下放工具串,人工拉钢丝震击数次,总闸门停止漏水,放空井口无溢流,表明下卡瓦座封到位、胶筒密封良好。向上猛拉钢丝震击,丢手成功,将震击器和加重杆起出,成功完成井口主闸门更换,井口主闸门更换完毕后,换上打捞器,快速下放使其抓住油管桥塞打捞头,向上震击、3~5次成功解封。

    三、现场应用情况

    2007年,首次在X24 - 31等三口注水井上开展了带压作业现场试验,获得了初步成功。作业前平均放空时间2d,放空水量500m³,平均起下管柱压力7MPa,起管柱过程中井口溢流量153m³,见表1

    1    2007年带压作业施工统计表

2007年带压作业施工统计表

    2008年以来,经过对带压作业装置配套工具的改进完善,装置适应性进一步增强,作业效果明显提高。累计共实施注水井带压作业32井次,作业前平均放空时间1. 8d,放空水量154m³,平均起下管柱压力11MPa,井口平均溢流量115 m³。

    与常规检串作业(平均占井周期28d,放空水量3000m³)相比,平均作业周期缩短17d,返水量减少2730m³;与2007年相比,平均作业时间缩短7d,返水量减少384m³,起下管柱压力提高4. 0MPa

    四、结论

    (1)带压作业技术的引进与应用,实现了带压起下管柱,缩短了作业占井周期,减少了地层返吐水量,维持了地层压力的稳定和注水的连续性,具有稳产、环保双重效果。

    (2)对合注井单流阀的改进及分注井双作用阀的研发,满足了注水井带压起下管柱、测试及洗井等实际生产要求。

    (3)研发的基于钢丝作业工艺的新型可捞式油管桥塞及其配套工具,为不压井作业提供了新的油管堵塞手段。它具有下放准确到位、可在任意位置投捞、承压能力高等特点,增强了作业安全系数,可用于注水井不压井作业及井口阀门更换等相关施工作业。

    (4)通过对带压作业装置配套工具的改进,装置适应性进一步增强,平均单井作业时间、返水量明显下降,起下管柱时井口压力明显提高。