高壓高含硫氣井鋼絲落魚(yú)打撈

唐寒冰

(中國(guó)石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院)

隨著高含硫氣藏的開(kāi)發(fā)，氣藏工程需要通過(guò)試井獲取高含硫氣井的壓力、溫度等動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)，為氣藏動(dòng)靜態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算和校核，制定開(kāi)發(fā)方案及采取工藝措施、分析增產(chǎn)措施效果等提供依據(jù)。試井通常采用鋼絲作業(yè)下入存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)獲取井下溫度、壓力。在作業(yè)過(guò)程中，因井下復(fù)雜(遇阻遇卡)、鋼絲缺陷、設(shè)備故障或操作失誤等原因?qū)е落摻z和井下工具掉井，造成油管內(nèi)因有鋼絲落物影響生產(chǎn)和后續(xù)其它施工作業(yè)[1-3]。對(duì)于高壓高含硫氣井井下鋼絲落物的處理，由于氣井壓力高、硫化氫含量高，打撈作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大[4-5]，若選用修井起管柱處理，因高含硫氣井通常采用井下安全閥+永久封隔器完井，需處理封隔器并進(jìn)行二次完井，其難度較大，作業(yè)費(fèi)用高達(dá)數(shù)百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)。因此，大多數(shù)情況下若非必須處理或嚴(yán)重影響生產(chǎn)，會(huì)選擇繼續(xù)生產(chǎn)，待氣井壓力降低后再進(jìn)行處理。

為安全、經(jīng)濟(jì)地解決高壓高含硫氣井井下鋼絲落物的打撈問(wèn)題，近年來(lái)，高含硫天然氣開(kāi)采企業(yè)嘗試采用壓井后用電纜或鋼絲打撈的方式，如中石化YB121H井[6]，采用吊灌+液面監(jiān)測(cè)壓井后使用?11.8 mm抗硫電纜作業(yè)，打撈工具串下井7次，撈出全部落井工具串和落井鋼絲6400 m；中石油LG001-23井，用鹽水壓井后，采用?3.2 mm抗硫鋼絲，一次性打撈出?2.74 mm鋼絲5 979.8 m。

從對(duì)氣井的影響、作業(yè)周期、作業(yè)難度、費(fèi)用等方面綜合考慮，在保障安全的前提下，打撈高壓高含硫氣井井下鋼絲落物最經(jīng)濟(jì)有效的方式是采用比落井鋼絲更粗的抗硫鋼絲帶壓打撈出井下落井鋼絲和落物，恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)。本文以GS102井為例，介紹高壓高含硫氣井鋼絲落魚(yú)帶壓作業(yè)打撈技術(shù)。

一、打撈方案的制定

在制定打撈方案前，首先收集作業(yè)井情況；落井鋼絲及工具串長(zhǎng)度、型號(hào)、重量等數(shù)據(jù)；調(diào)查鋼絲落井事故過(guò)程，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)井下落魚(yú)狀況、作業(yè)設(shè)備能力、作業(yè)隊(duì)伍水平、安全控制措施進(jìn)行分析評(píng)估，合理選擇打撈工具，科學(xué)制定打撈作業(yè)程序，最終確定打撈方案。

1. 鋼絲破斷拉力實(shí)驗(yàn)

在打撈過(guò)程中，確定打撈過(guò)程中的最大拉力，是保證打撈鋼絲安全，確保不發(fā)生新的斷落事故的前提，在室內(nèi)對(duì)擬用于打撈的MP35N、?3.2 mm鋼絲和落井的MP35N、?2.34 mm鋼絲分別進(jìn)行破斷拉力以及打撈過(guò)程中不同工況下的模擬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 ?3.2 mm鋼絲張力-變形曲線(xiàn)

圖2 ?2.34 mm鋼絲張力-變形曲線(xiàn)

圖3 采用?3.2 mm鋼絲拉斷?2.34 mm 鋼絲的張力-變形曲線(xiàn)

實(shí)驗(yàn)表明，?3.2 mm鋼絲的最大拉斷力為14.67 kN，?2.34 mm鋼絲的最大拉斷力為7.48 kN，對(duì)于?3.2 mm鋼絲取1.8的安全系數(shù)，仍然能夠確保在拉斷?2.34 mm鋼絲的前提下保證自身安全；由于井下斷落鋼絲是和繩帽連接在一起，在該處的拉斷張力為5.46 kN，小于?2.34 mm鋼絲的最大拉斷力7.48 kN，因此即使井下工具串掉出油管無(wú)法通過(guò)油管鞋或球座拉回時(shí)，也會(huì)在繩帽處拉斷。

2. 參數(shù)計(jì)算

2.1 打撈工具串加重桿配重F計(jì)算

加重桿配重需要考慮鋼絲上頂力和防噴盒盤(pán)根對(duì)鋼絲的摩擦阻力兩部分。對(duì)于低壓井，摩擦阻力可以簡(jiǎn)單處理為配重增加10 kg即可，而對(duì)于高壓井，通過(guò)工程實(shí)踐，推薦配重考慮為鋼絲上頂力的1.2倍為宜。

(1)

式中：F—加重桿配重，kg；

d—鋼絲直徑，mm；

pwhc—操作期間井口最大關(guān)井壓力，MPa。

2.2 加重桿長(zhǎng)度L計(jì)算

(2)

式中：G—每米加重桿重量，kg。

實(shí)際加重桿的配重略大于計(jì)算值，但不宜超太多，過(guò)長(zhǎng)的加重桿配重將增加作業(yè)和事故處理的難度。

2.3 魚(yú)頂位置計(jì)算

H魚(yú)頂=H工具串-L鋼絲+L鋼絲×σL油管/100

(3)

式中：H魚(yú)頂—鋼絲魚(yú)頂位置，m；

H工具串—工具串末端可能到達(dá)的實(shí)際深度，m,應(yīng)結(jié)合工具串最大外徑和長(zhǎng)度、井下管柱最小內(nèi)徑和井斜角分析工具串在井下的可能落點(diǎn)位置；

L鋼絲—井內(nèi)鋼絲的長(zhǎng)度，m；

σL油管—受鋼絲和油管尺寸影響的鋼絲伸縮量，m/1 000 m。

鋼絲在油管內(nèi)自由伸縮估計(jì)值見(jiàn)表1。

表1 鋼絲在油管內(nèi)自由伸縮估計(jì)值

實(shí)際操作過(guò)程中，由于加重桿配重不同和落井鋼絲強(qiáng)度影響，實(shí)際探測(cè)的魚(yú)頂位置一般要比計(jì)算值H魚(yú)頂深20～50 m左右。

3. 作業(yè)裝備選擇

(1)所有井口設(shè)備壓力等級(jí)、抗硫性能均應(yīng)滿(mǎn)足打撈作業(yè)要求，防噴管長(zhǎng)度留有一定余量，防噴管、防噴器、防落器應(yīng)進(jìn)行連接、開(kāi)關(guān)測(cè)試，確保連接可靠、開(kāi)關(guān)靈活，并在作業(yè)前進(jìn)行檢查更換密封件，進(jìn)行試壓檢測(cè)。

(2)鋼絲絞車(chē)應(yīng)選用具有機(jī)械、電子兩套計(jì)量系統(tǒng)，性能可靠、操作靈活、計(jì)量精確的設(shè)備，作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行拉力測(cè)試，張力、深度計(jì)量校準(zhǔn)。

4. 作業(yè)隊(duì)伍選擇

應(yīng)選擇作業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，有氣井鋼絲打撈作業(yè)經(jīng)歷的隊(duì)伍，主操作手應(yīng)具有5口井以上復(fù)雜鋼絲打撈作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。作業(yè)隊(duì)伍人員精干，明確職責(zé)，各司其職。

5. 打撈工具選擇

(1)因井下油管柱上有井下安全閥，在打撈工具的選擇上，首選內(nèi)撈矛或內(nèi)外撈矛組合工具，見(jiàn)圖4。在實(shí)際應(yīng)用中，打撈工具選擇兩瓣還是三瓣根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通井、整形情況靈活選擇。

(2)為了防止“穿心”打撈，導(dǎo)致井下情況復(fù)雜，應(yīng)盡可能多設(shè)計(jì)不同外徑的擋環(huán)，擋環(huán)選用原則是工具串既能安全下入，又能防止斷落鋼絲穿越至打撈工具串上部導(dǎo)致工具串被卡，檔環(huán)最小外徑為魚(yú)頂所處油管內(nèi)徑減去斷落鋼絲直徑，檔環(huán)外徑級(jí)差以0.2 mm為宜，推薦用銅質(zhì)材料。

圖4 常用鋼絲打撈工具

6. 打撈施工主要工序

搭建井口操作平臺(tái)→安裝井口防噴裝置→下鋼絲探測(cè)器探測(cè)魚(yú)頂并整形→下打撈工具串打撈井內(nèi)落魚(yú)→撈獲落魚(yú)后轉(zhuǎn)鋼絲絞車(chē)→起出落魚(yú)→拆設(shè)備→交井。

7. 安全措施

嚴(yán)格按SY/T 6610-2005《含硫化氫油氣井井下作業(yè)推薦作法》配備安全防護(hù)裝備、監(jiān)測(cè)儀器，制定落實(shí)安全措施及應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行培訓(xùn)、演練。

二、確保安全的關(guān)鍵技術(shù)措施

1. 撈獲落魚(yú)后降低井口壓力

針對(duì)高壓高含硫氣井，在打撈工具撈獲井下落魚(yú)上提至防噴管內(nèi)后，需要操作人員在井口上安裝鋼絲夾板，利用夾板上提30～50 m鋼絲，以便將落魚(yú)鋼絲倒換至回收絞車(chē)上，此時(shí)鋼絲防噴器處于靜/動(dòng)密封交替轉(zhuǎn)換過(guò)程中，為了削減井口操作人員硫化氫中毒風(fēng)險(xiǎn)，在安裝鋼絲夾板前向井筒中注入3～5 m3液體除硫劑和1～2倍油管容積的清水，將井口壓力降至20 MPa以?xún)?nèi)，降低防噴器閘板膠芯上下壓差，減少泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

2. 落井鋼絲轉(zhuǎn)回收絞車(chē)

提前準(zhǔn)備好空絞車(chē)回收落魚(yú)鋼絲操作階段的防噴管，該防噴管長(zhǎng)度應(yīng)大于井下落魚(yú)工具串(加重桿和壓力計(jì))長(zhǎng)度1～2 m，使井下工具串完全進(jìn)入防噴管后能關(guān)閉井口7號(hào)閘門(mén)。將井下落魚(yú)鋼絲反穿防噴管、防噴盒、天滑輪，然后拉至回收鋼絲絞車(chē)穿過(guò)計(jì)量輪纏繞上滾筒回收落魚(yú)鋼絲。

三、GS102井應(yīng)用實(shí)例

1. 氣井基本情況

針GS102井塞面深度4 590.54 m，采用?88.9 mm+ ?73 mm組合油管+永久封隔器完井，井下安全閥內(nèi)徑為65.07 mm、深度為83.1 m，安全閥以上為?88.9 mm抗硫油管，內(nèi)徑76 mm，安全閥以下為?73 mm抗硫油管，內(nèi)徑62 mm，井下封隔器為永久式封隔器，型號(hào)SAB-3、內(nèi)徑82.55 mm、深度4 500 m，油管尾部為球座，完井階段打掉球座后內(nèi)徑為60.6 mm，未打掉球座內(nèi)徑為40 mm。

2018年6月在進(jìn)行壓力恢復(fù)試井過(guò)程中因井口法蘭泄漏，強(qiáng)制關(guān)閉井口4、7號(hào)閥,剪斷鋼絲，導(dǎo)致試井鋼絲4 450 m及壓力計(jì)工具串落井。

該井于2016年12月投產(chǎn)，硫化氫含量60.72 g/m3，打撈作業(yè)時(shí)井口油壓53.34 MPa。

2. 井內(nèi)落魚(yú)情況

落井鋼絲規(guī)格?2.34 mm，材質(zhì)MP35N，落井鋼絲長(zhǎng)度4 450 m，重量150 kg，落井工具串長(zhǎng)度4.49 m，重量40 kg；工具串組合：?36 mm繩帽×0.15 m+ ?36 mm加重桿×1.8m+?36 mm旋轉(zhuǎn)接頭×0.14 m+?36 mm加重桿×1.2 m+?32 mm壓力計(jì)2支×0.6 m。

3. 打撈作業(yè)難點(diǎn)

(1)氣井壓力高、硫化氫含量高，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。

(2)井下完井管柱復(fù)雜，完井管柱為組合油管且?guī)в芯掳踩y、完井封隔器及球座，給打撈工具的下入起出帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)、操作難度大。

(3)該井鋼絲掉井后，仍以產(chǎn)氣量8.6×104m3/d、產(chǎn)水量59.25 m3/d生產(chǎn)了幾個(gè)月，對(duì)落魚(yú)位置的影響難以判斷。

4. 方案設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

4.1 計(jì)算魚(yú)頭位置

(1)落魚(yú)在油管末端球座處(4 532.8 m)遇阻，停止下落。

T=4532.8-4450+(4450-4.49)×12/1000=136.14 m

(2)落魚(yú)掉出油管末端球座到達(dá)人工井底，該井人工井底4 590.54 m。

T=4590-4450+(4532.8-4.49)×12/1000+6.2=199.5 m

估算魚(yú)頭井深為199.5～249 m左右。

4.2 鋼絲室內(nèi)拉力實(shí)驗(yàn)

打撈鋼絲規(guī)格?3.2 mm，材質(zhì)：MP35N，破斷拉力：14.78 kN，落魚(yú)鋼絲規(guī)格?2.34 mm，材質(zhì)MP35N，破斷拉力7.67 kN。

5. 現(xiàn)場(chǎng)施工

按照施工設(shè)計(jì)工序進(jìn)行作業(yè)并步步確認(rèn)，鋼絲絞車(chē)張力數(shù)據(jù)參見(jiàn)圖5。

圖5 GS102井打撈作業(yè)鋼絲絞車(chē)張力數(shù)據(jù)

(1)采用鋼絲整形器探魚(yú)頂位置在168 m處，初步判斷落魚(yú)未掉出油管。

(2)完成鋼絲整形后，下入雙瓣內(nèi)外撈矛組合工具撈獲落魚(yú)，設(shè)置鋼絲上提最大拉力。

(3)緩慢上提，在確保不拉斷落魚(yú)鋼絲的前提下，通過(guò)對(duì)比上提距離～張力關(guān)系(撈獲落魚(yú)上提80 m后張力急劇增加)判斷出魚(yú)頂在井下安全閥位置處。

(4)嚴(yán)格控制打撈工具過(guò)安全閥處的上提速度，設(shè)置張力預(yù)警增加值不超過(guò)50 kg，緩慢上提觀察張力～位移的變化，確保落魚(yú)鋼絲不拉斷。

(5)打撈工具在通過(guò)井下安全閥后，張力急劇下降，通過(guò)懸重判斷落魚(yú)未出油管。

(6)打撈工具串起入防噴管，向油管內(nèi)注入除硫劑和清水。

(7)倒出魚(yú)頭鋼絲轉(zhuǎn)回收絞車(chē)。

本次打撈作業(yè)成功撈獲全部?2.34 mm鋼絲4 450 m和2支壓力計(jì)，恢復(fù)了氣井生產(chǎn)通道暢通，保證了氣井井筒完整性。創(chuàng)造了鋼絲打撈幾個(gè)紀(jì)錄：一是首次在井口油壓超過(guò)50 MPa高壓情況下完成帶壓打撈鋼絲作業(yè)；二是首次在硫化氫含量超過(guò)60 g/m3情況下，安全順利高效地完成帶壓打撈鋼絲作業(yè)；三是在12 h內(nèi)(用時(shí)最短)，一次性撈獲全部井下落物。

四、結(jié)論

(1)針對(duì)高壓高含硫氣井，在完井管柱中有井下安全閥和封隔器的情況下，采用抗硫粗鋼絲帶壓作業(yè)打撈井下細(xì)鋼絲及落物在工程技術(shù)上是切實(shí)可行的。

(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)核實(shí)、鋼絲破斷拉力室內(nèi)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的獲取是制定打撈方案的前提，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合是現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)調(diào)整決策的重要依據(jù)。

(3)準(zhǔn)確分析評(píng)估、細(xì)化作業(yè)方案、落實(shí)安全措施是安全成功作業(yè)的保障。

(4)高壓高含硫氣井帶壓鋼絲打撈在經(jīng)濟(jì)上與壓井后采用鋼絲打撈或修井打撈相比，動(dòng)用設(shè)備少，施工時(shí)間短、安全風(fēng)險(xiǎn)可控、作業(yè)成本最低。

(5)井下落物撈出恢復(fù)了氣井生產(chǎn)通道，保證了氣井井筒完整性。

(6)下步應(yīng)開(kāi)展高壓高含硫大斜度井內(nèi)的試井鋼絲及壓力計(jì)落物打撈技術(shù)攻關(guān)。