修井工藝新技術及其應用

□婁 明 □張 璽 □王亞勛

1.中國石油集團長城鉆探工程有限公司井下作業分公司 遼寧盤錦 124100

2.遼河油田公司 茨榆坨采油廠 遼寧盤錦 124100

大修井包括普通井大修、疑難井大修等。普通大修井的井下落物結構簡單，魚頂形狀是規則的，選用常規工具就可以處理。疑難大修井的井下落物結構復雜，或套管出現縮徑、破裂等問題，需要經過套銑、磨銑等前期處理[1-3]。修井施工作業中，常遇到不明型號的破損橋塞，目前沒有專用的打撈工具，或難以確定打撈工具的類型，導致打撈難度大[4～5]。此外，對于管材落物，目前常用的方法是先將魚頂磨銑至規則形狀，然后采取外撈或內撈的形式進行打撈。采用這一方法，施工工期相對較長，且工序復雜，嚴重影響油氣生產。因此，研制新型修井工具、探討修井新技術具有重要意義[6]。

1 復雜井下事故原因

要研究修井工藝新技術，需要先確認產生疑難大修井的原因。分析認為，產生疑難大修井的原因主要包括三個方面。

（1）人為因素。具體包括小件落物落入井內；操作不熟練；入井前沒有仔細檢查下井的管柱絲扣，造成管柱絲扣脫落掉入井內；井內管柱丈量不準確，打撈器與管柱絲扣不匹配；對井下數據不了解，在施工過程中管柱卡頓，進而破壞井下魚頂[7]。

（2）地層因素。具體包括地層巖性結構疏松，造成砂卡甚至砂埋管柱；開發過程中地層石蠟析出，粘貼在管柱上造成石蠟卡住管柱事故；高礦化度地下水導致井下嚴重結垢和腐蝕；地層運動造成套管損壞[8]。

（3）方案、工具因素。具體包括射孔時射錯層位，造成新井轉大修作業；措施井新工藝試驗不成功；壓裂施工時，壓力高導致套管不同程度損壞或層內串槽等套管損壞；壓裂管柱結構不合理，造成壓裂砂堵塞管柱；酸化后排酸不及時或排酸不徹底，造成酸化管柱腐蝕落井；大型井下震擊或射孔施工，使套管固井水泥環破壞或使套管破裂、斷脫；井下工具質量差，導致工具入井后不能正常使用，封隔器的側向沖擊力造成套管破裂；化學腐蝕造成套管損壞，如地層水或井筒液體中所含酸堿鹽離子等腐蝕，使套管穿孔造成損壞[9]。

2 修井工藝新技術

在大修井作業中，沖管扶正器打撈、水泥固卡管柱解卡及打撈是常見且難度較大的施工作業，施工人員為此研制了許多創新性的打撈器及打撈方法，如針對沖管扶正器的專用打撈器、封井器簡易試壓工具、可實現一次性坐封的Y211改進型封隔器、為避免稠油固卡管柱事故而改進的井分段洗井工藝、注汽井隔熱管解卡工藝、水泥固卡管柱解卡及打撈方法等。封隔器具有彈性密封元件，可封隔各種尺寸管柱與井眼之間，以及管柱與管柱之間的環形空間，并隔絕產層，以控制產液或注液，是保護套管的一種井下工具，常用的封隔器有Y445型、Y211型等。

2.1 沖管扶正器專用打撈器

某小修作業隊在鄭41-1-X21井施工中，向井筒內放內沖管來沖洗防砂工具內的砂粒時，發生砂卡沖管事故，經大力上提活動解卡及憋壓解卡均無效后，決定采用倒扣取出落物。施工現場安置在井內的管柱如圖1所示。

防砂管柱的打撈是一個難題，一是因為鄭41-1-X21 井斜近 30°，二是因為Y445型封隔器上有滑動式沖管扶正器，三是因為Y445型封隔器需要專用打撈工具且要打撈在固定位置才能解封。按照常規作業，首先應先處理Y445型封隔器上的落物，才能下工具打撈Y445型封隔器到固定位置進行解封。磨銑是常規作業方法之一，當磨銑掉沖管后，磨至滑動式沖管扶正器位置，沖管扶正器會隨磨鞋一起轉動，導致磨銑不能向地層深處鉆進。假如磨銑掉的鐵塊掉落入Y445型封隔器打撈位置，就無法進行下步打撈作業。

根據上述分析，筆者提出研制沖管扶正器專用打撈器，并采用“引剪對”式打撈。“引”就是引鞋，“剪”就是將落物引入管柱內腔后加壓剪斷銷釘，“對”就是剪斷銷釘后的管柱與引鞋發生位移，使打撈絲扣進入打撈位置進行打撈，而引鞋則留在外面。打撈過程中放棄內、外撈常規思路，而采用夾取法進行打撈，這種打撈方法的優點是沖管扶正器專用打撈器入井后一次撈獲并解卡取出落在井內的沖管扶正器。“引剪對”式打撈如圖2所示。

▲圖1 井內管柱示意圖

▲圖2 “引剪對”式打撈示意圖

2.2 水泥固卡管柱解卡及打撈方法

打撈施工時管柱被水泥固卡的情況較少，一旦發生，水泥固卡管柱有緊貼套管內壁或在套管中央兩種情況。處理在套管中央的固卡管柱相對比較簡單，可采用套銑、打撈、倒扣等方式。而當遇到緊貼套管內壁的固卡管柱時，由于被固管柱已經緊貼套管內壁，套銑筒無法套入管柱環空，若強制套銑則會導致管柱被劈開，不但施工進度緩慢，而且被劈開的管柱難以打撈。若采用下磨鞋磨銑，會因進尺緩慢而造成套管損壞，且從經濟效益方面考慮也得不償失[12]。

根據以上分析，設想只要使管柱周圍的水泥環變得松弛，在進行倒扣作業時便可將管柱撈出。因為被水泥固卡的管柱內外都有水泥，所以在套銑筒公錐的底部加焊硬質合金，啟動水泥固卡管柱打撈工具，使套銑筒公錐的絲扣進入管柱的內腔。撈獲后在套銑筒上施加足夠大的扭矩，鎖死轉盤，等待1～2 h，使管柱環空水泥在扭矩的作用下逐漸下移并變得松散。然后進行倒扣作業，被固卡的管柱內油管松動，實現解卡。水泥固卡管柱打撈解卡工作如圖3所示。在施工現場，有三口井采用這一方法打撈都取得了成功，從而避免了因水泥固卡管柱而使井面臨報廢的問題。

▲圖3 水泥固卡管柱打撈解卡工作示意圖

2.3 可實現一次性坐封的Y211改進型封隔器

檢驗套管串聯效果時，Y211型封隔器是首選工具，可以通過上提、下放管柱進行分段套試，找出井內漏點，省時省力。但這一工具應用于稠油井時，會出現坐封失靈的現象，即可正轉或倒轉，但不能取出或送入工具。因為入井后稠油將封隔器軌道包住，產生的摩擦阻力大于摩擦片與井壁之間的摩擦力，無法更換長短軌道，所以實現不了坐封[13]。

根據對現場操作失靈的現象分析，得到導致坐封無效的根本原因在于摩擦片與原井套管的摩擦力不足，在上提及下放過程中不能使封隔器坐封時換長短軌道，封隔器摩擦片沒有與中心管產生相對位移。為從根本上解決此問題，需要從摩擦片著手，使摩擦片與井壁的摩擦力增大，在上提及下放過程中使封隔器坐封時與中心管產生相對位移，使坐封一次成功。

只要增大摩擦片與井壁之間的摩擦力，使封隔器能克服稠油黏滯阻力，就能更換長短軌道，實現坐封。因原封隔器摩擦片是光滑表面，現改為如圖4所示的牙紋面，可以增大摩擦片與井壁之間的摩擦力。經試驗，實現入井后一次坐封成功，解決了稠油井套管驗串、封隔器難以坐封的難題。

▲圖4 Y211改進型封隔器示意圖

2.4 改進的稠油井分段洗井工藝

在稠油區塊施工時，由于稠油黏度較大，下管柱經常出現遇阻現象，必須進行分段熱洗井。每口井需要多次分段熱洗，耗時3～4天，需要水泥車三四套。如果在管柱遇阻的情況下進入井內，造成洗井泵壓過高、洗井洗不通等現象，并缺乏其它有效措施，只有采取熱水分段洗井的方法，因此造成了工作重復性投入，增大了勞動強度，同時成本費用增高，延長了作業周期。

改進稠油井分段洗井工藝可解決這一難題[14]。通過對常規下井的光油管管柱結構進行改進，在下井管柱的不同深度增加反向截止閥和反循環閥，使管柱可以分成三步進行正洗井、反洗井及全井正循環洗井，實現了管柱多用。管柱結構自上而下為油管、反向截止閥、油管、反循環閥、油管、筆尖。

當稠油遇阻井時，完成下一次管柱的作業，每口井需要分三四段進行分段熱洗，需要3～4天時間。經過改進下井管柱結構后，每口井只需進行一次洗井，1天時間即可完成施工。改進稠油井分段洗井工藝如圖5所示。圖5（a）表示稠油井分段洗井管柱組合。圖5（b）表示反向截止閥距井口400 m左右，利用反向截止閥進行第一階段正循環洗井，清井液體自油管進入，通過反向截止閥的側孔，經油套環空返出地面，實現了第一階段正循環洗井。圖5（c）表示反循環閥距井口800 m左右，液體由油套環空進入，通過反循環閥的側孔進入油管內腔返出地面，實現了第二階段反循環洗井。筆尖在管柱的最下部，其距反循環閥約400 m左右。圖5（d）表示在進行全井正循環洗井前，往油管內腔投入φ35鋼球，堵塞反向截止閥的側孔，液體自油管進入，流經反向截止閥和反循環閥及尾部筆尖，經油套環空返出地面，實現了第三階段的全井正循環洗井。

▲圖5 改進稠油井分段洗井工藝示意圖

2.5 注汽井隔熱管解卡工藝

蒸汽吞吐井，在向上提管柱時經常會遇到隔熱管被卡而無法動的問題。有時不得不轉交大修進行作業，對大修而言，解決方法也就是加大上提力，或割井口。大力上提是首選方式，目的是使管柱上移卸去井口帽，在接上管柱后下放，進行活動解卡。但不是每口井都適用，有的井在800 kN上提力作用下，管柱伸長，伸長后的管柱也打不上吊卡，活動解卡無法實現，這時只能采用氣割井口，使管柱落井后再打撈解卡。這種方法弊端很多：注汽井井口動火存在較大的風險性，割井口過程中井口處于失控狀態，管柱落井后會使隔熱管及防砂管柱受到破壞[15]。

因井口動火弊端較多，研究了新的解卡工藝。加長型滑塊撈矛長度為3 m，加長后的滑塊撈矛能夠進入井口蓋，并能箍住隔熱管短接，如圖6所示。

▲圖6 注汽井隔熱管解卡工藝示意圖

具體施工方法如下：

（1）向井內下長度為3 m、外徑為10.5 in（1 in=25.4 mm）的加長型滑塊撈矛，使其進入管柱1 m，外余2 m，對管柱加載400～500 kN的向上提作用力，觀察井口法蘭蓋是否上移，若上移則轉動卸去井口蓋；

（2）下放管柱后，進行上提下放活動解卡，直至完全解卡后取出井內隔熱管柱。

2.6 封井器簡易試壓工具的創新

自封井器配備以來，檢驗封井器完好大都采用泵車試驗打壓的方法，這種試壓方法復雜，增大了操作時的勞動強度，且很難控制標準試驗壓力，存在一定隱患。初步改進時采用了專用封井器試壓裝置，但該裝置仍較為笨重，需車載運輸，存在運輸及操作的弊端，且保養、維修復雜，單價成本高，達不到每個井隊一臺的試壓需求。基于以上原因，以滿足標準試驗壓力為主，兼顧成本低、體積小、質量輕，以及便于單人攜帶與單人試壓要求，設計出封井器簡易試壓裝置。這一裝置能控制壓力緩慢上升，最高壓力可達到50 MPa，滿足各種型號封井器的試壓要求，安全性好，并且向封井器中泵入25 L左右清水即可，節省了泵罐勞務費用及煩瑣的工作量。封井器簡易試壓裝置操作簡單、安全，可控制壓力緩慢上升，操作方法如下：

（1）地面連接好懸掛器、油管短接、三通，并將壓力表設置在套管四通上；

（2）關上封井器閘板；

（3）灌滿清水約25 L；

（4）操作試壓泵壓桿，連續泵入清水，直至壓力表指針上升至21 MPa時，停止泵液，觀察壓力變化情況，驗證封井器密封完好。

封井器與試壓泵連接后的裝置如圖7所示。這一裝置已被濱南作業大隊使用，對作業井的封井器壓力檢驗效果良好，保證了封井器使用時的安全可靠，同時節省了工作量與施工成本，具有推廣應用價值。

▲圖7 封井器與試壓泵連接后裝置

3 結論與展望

回顧近年來修井工藝的發展，修井技術及打撈工具日趨完善，改變了以往修井手段單一的狀況，以往無法修復的疑難井，通過開展技術攻關使其恢復了產能。但隨著油、水井趨于老齡化，套損井增多，以及水平井的大幅度增加，未來又將面臨新的課題。伴隨著采油工藝的發展和新工藝的推廣應用，井下管柱結構更為復雜，形勢要求修井作業不能停留在現有水平上，要不斷更新完善修井工藝技術，這樣才能解決不斷出現的新問題。