冷凍井口帶壓換閥技術(shù)的應(yīng)用

冉 婧，趙 青，何 婷，賈 騰，李 浩，高 欣，于 洋

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

國(guó)外冷凍井口帶壓換閘技術(shù)已形成確定施工參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)井況不同，需進(jìn)行相關(guān)配套技術(shù)的研制，冷凍井口帶壓換閘技術(shù)的工藝流程及安全防護(hù)工作需要加強(qiáng)[1-5]。

加拿大SNUBCO公司率先提出冷凍暫堵?lián)Q閥技術(shù)；冷凍井口帶壓換閘技術(shù)已成功應(yīng)用1 000井次，成功率達(dá)100%；在國(guó)內(nèi)，冷凍井口帶壓換閘技術(shù)在西南油氣田沙罐坪氣田罐31井首次成功應(yīng)用，為保護(hù)油氣層而需要進(jìn)行帶壓整改井口又找到了一項(xiàng)新的技術(shù)途徑。

2014年新疆油田采用冷凍暫堵技術(shù)更換井口主控閥門(mén)，值得油田修井業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用。

2016年長(zhǎng)慶油田公司引入冷凍井口帶壓換閥技術(shù)，成功更換12口氣井，20個(gè)閥門(mén)，消除了井口安全隱患。

1 冷凍暫堵帶壓換閥技術(shù)機(jī)理及設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 技術(shù)原理

通過(guò)注入系統(tǒng)將暫堵劑注入采氣樹(shù)的環(huán)空和油管，然后在套管外圍用冷凍劑實(shí)施降溫，利用干冰保持溫度在-70℃，最后逐層冷凍，直至?xí)憾聞┖凸鼙诰o密結(jié)合，封隔井內(nèi)壓力（見(jiàn)圖1）。

1.2 主要設(shè)備

車(chē)載式柴油發(fā)電機(jī)：用于驅(qū)動(dòng)液壓電氣裝置。

液壓控制系統(tǒng)：液壓泵、暫堵劑注入液缸、液壓發(fā)動(dòng)機(jī)、助推增壓液缸、控制操作臺(tái)、液壓管匯。

暫堵劑注入系統(tǒng)：注入液缸、濕膨潤(rùn)土?xí)憾聞﹥?chǔ)備罐、螺桿送入泵、暫堵劑注入管匯等。

暫堵劑混合裝置：用于混合暫堵劑。

加熱式高壓清洗機(jī)∶作用是解凍和清潔。

1.3 工藝參數(shù)優(yōu)選及配套技術(shù)

1.3.1 暫堵劑選配及用量計(jì)算 暫堵劑的選擇：據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示以蒙脫石－（Al2，Mg3）-Si4O10OH2·nH2O為主的膨潤(rùn)土作為暫堵劑，可以較好的吸附在油套管管壁，且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，易返排等特性（水土比：1∶1.3）（見(jiàn)圖 2）。

暫堵劑的用量：V=V1+V2+V3

式中：V1－油管空間封堵體積；V2－油套環(huán)空封堵體積；V3-采氣樹(shù)及閥門(mén)通道附加體積。

1.3.2 段塞長(zhǎng)度計(jì)算及驗(yàn)證 根據(jù)公式計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行承壓實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示當(dāng)管柱內(nèi)段塞達(dá)到600 mm時(shí)，承壓均高于55 MPa，根據(jù)本廠地層壓力分析，推薦值為 550 mm～800 mm（見(jiàn)圖 3，表 1）。

圖1 冷凍暫堵帶壓換閥技術(shù)原理圖

式中：Lmin-最短安全長(zhǎng)度；ID-封堵管柱內(nèi)徑；PSI-管柱內(nèi)的壓力。

圖2 暫堵劑篩選流程圖

圖3 段塞結(jié)構(gòu)圖

表1 油管承壓冷凍實(shí)驗(yàn)表

1.3.3 冷凍時(shí)間的優(yōu)化 假設(shè)干冰作為恒溫源，溫度為-78℃，各層套管及油管形成同心圓柱不傳熱，油管與油套空間由常溫25℃降至-71℃。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)：分組討論冷凍時(shí)間。數(shù)值分析，利用ANSYS數(shù)值模擬軟件進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，確定達(dá)到設(shè)定溫度所需時(shí)間，經(jīng)過(guò)參數(shù)修正，得出經(jīng)驗(yàn)公式：

由此得出常規(guī)51/2"氣套氣井的冷凍時(shí)間約為12 h。

1.3.4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）可以同時(shí)暫堵多層套管環(huán)空和油管內(nèi)部；（2）暫堵成功后，確保溫度在要求范圍內(nèi)，冷凍效果一直保持；（3）暫堵壓力較高，最高工作壓力達(dá) 70 MPa；（4）解堵方便，采用自然升溫或加熱升溫解堵。

2 冷凍井口帶壓換閥技術(shù)在雙X井的應(yīng)用

2.1 井場(chǎng)現(xiàn)狀

2017年6月發(fā)現(xiàn)該井1#、2#主控閥門(mén)存在外漏情況，為處理井口隱患，決定采用冷凍暫堵技術(shù)更換該井 1#、2#、3#主控閥門(mén)（見(jiàn)圖 4）。

2.2 閥門(mén)漏控制

在1#、3#閥門(mén)上安裝外漏控制器，確保閥門(mén)能夠正常開(kāi)關(guān)無(wú)外漏。

2.3 連接壓井放噴流程

圖4 工藝流程圖

更換1#閥門(mén)作業(yè)時(shí)，壓井放噴管線接于3#閥門(mén)外法蘭處，更換2#、3#閥門(mén)作業(yè)時(shí)，壓井放噴管線接于1#閥門(mén)外法蘭處。

2.4 冷凍工作

子洲氣田外泄問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)頻繁阻撓，設(shè)置路障，并索要超高賠償，使得道路損毀時(shí)無(wú)法及時(shí)修復(fù)，導(dǎo)致部分氣井配套措施不及時(shí)實(shí)施，出現(xiàn)井堵時(shí)無(wú)法解堵，給生產(chǎn)組織管理帶來(lái)很多困難，影響氣井正常生產(chǎn)。

2.5 外泄影響

在雙公短接處安裝冷凍盒，并加入冷凍介質(zhì)（干冰），冷凍1 h以上的同時(shí)：

（1）在3#閥上連接冷凍暫堵裝置，設(shè)備試壓50 MPa合格后，向油套環(huán)空注入暫堵劑，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，冷凍油套環(huán)空，冷凍時(shí)間2 h以上。

（2）在4#閥上連接冷凍暫堵裝置，試壓50 MPa合格后，通過(guò)4#、1#閥向油管內(nèi)注入暫堵劑，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，冷凍油管內(nèi)通道，冷凍時(shí)間10 h～12 h以上。

工藝要點(diǎn)：（1）根據(jù)熱量計(jì)算控制干冰加入量，預(yù)冷 2 h；（2）冷凍暫堵裝置，試壓壓力為 50 MPa；（3）冷凍油管內(nèi)通道，冷凍時(shí)間10 h～12 h以上。

2.6 更換主控閥

（1）在3#閥上安裝試壓/泄壓裝置，緩慢打開(kāi)3#閥，觀察30 min若無(wú)泄漏，則反向試壓，試壓為井口壓力1.5倍；觀察15 min若無(wú)壓降，泄壓后再觀察15 min，確認(rèn)暫堵成功。

（2）在4#閥上安裝試壓/泄壓裝置，緩慢打開(kāi)4#閥，觀察30 min若無(wú)泄漏，則反向試壓，試壓為井口壓力1.5倍；觀察15 min若無(wú)壓降，泄壓后再觀察15 min，確認(rèn)暫堵成功。

（3）拆除并更換采氣樹(shù)1#、2#、3#主控閥。

施工要點(diǎn)：（1）更換閥門(mén)過(guò)程中，及時(shí)調(diào)整連接壓井/放噴流程；（2）換閥作業(yè)過(guò)程中，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，確保作業(yè)過(guò)程中冷凍橋塞一直處于冷凍暫堵?tīng)顟B(tài)。

2.7 解凍恢復(fù)井口

（1）拆除冷凍盒，冷凍橋塞自然解凍。

（2）按《試油（氣）作業(yè)井控實(shí)施細(xì)則》相關(guān)要求安裝地面放噴管線，通過(guò)放噴管線將暫堵劑排出。

（3）拆除冷凍暫堵設(shè)備及輔助設(shè)備。

（4）按要求恢復(fù)井場(chǎng)完井，做到工完料凈、井場(chǎng)清。

施工要點(diǎn)：（1）更換閥門(mén)過(guò)程中，及時(shí)調(diào)整連接壓井/放噴流程；（2）換閥作業(yè)過(guò)程中，不間斷向冷凍盒中加入冷凍介質(zhì)，確保作業(yè)過(guò)程中冷凍橋塞一直處于冷凍暫堵?tīng)顟B(tài)。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）優(yōu)化冷凍暫堵技術(shù)相關(guān)施工工藝參數(shù)及配套設(shè)備。

（2）使本廠首次使用冷凍技術(shù)解決井口隱患問(wèn)題成功開(kāi)展。

（3）配合指導(dǎo)后續(xù)冷凍暫堵施工，提高效率，降低風(fēng)險(xiǎn)，有一定的推廣價(jià)值。