油田廢棄井井口鉆塞工藝技術研究

張浩，盛擁軍，楊邦貴，宋衛東，邢世陽，孫偉，范雪麟

(1.勝利油田技術檢測中心；2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司；3.勝利油田檢測評價研究有限公司；山東 東營 257001)

廢棄井是油田開發過程中的必然產物，開發井會因技術條件、地面建設未及時跟上，而暫時不能投產。有些井因開采枯竭停止生產，但在井筒中不同深度的高壓水層、殘余油、氣仍然會因種種原因危及井筒、井口和地面環境，井控風險較大。為此，勝利油田對灘海地區、高壓注水區塊、人員密集區、水源地等敏感區域加大治理力度，投入大量資金集中治理。廢棄井治理過程中發現，部分廢棄井疏于管理，導致井口丟失、井筒內被各種雜物充填，井口塞下部壓力集聚，存在管柱上頂風險等問題。為此，對廢棄井治理展開研究，研制適合廢棄井井口塞鉆塞特點的裝備，以提高作業時效，降低施工風險，非常必要。

1 廢棄井井口塞處理現狀及存在問題

廢棄井大多長期停產，井口配件老化缺損嚴重，特別是地處偏僻區域的井，不僅井口遭到盜割等嚴重破壞，長時間敞井導致井內充填了各種雜物。而一些存在自溢能力的井，為防止造成地面污染，在靠近井口位置的井筒內充填了水泥實施暫堵。也有部分長停井在封井時注入了水泥塞，但水泥塞厚度、位置沒有達到廢棄井治理標準要求，需要鉆掉重新擠注。而這些臨時被雜物充填或水泥漿暫時封堵的井內，在長期棄置過程中，積聚起不明壓力。處于異常高壓區域或高壓注水區塊的，部分井內壓力會達到幾十兆帕，在對這些井口堵塞物處理過程中，存在管柱上頂，井噴失控等重大施工風險。近年來，隨著城市建設步伐的加快及油田安全標準化進程的逐步推進，廢棄井治理年工作量千余口，而這些遴選出的廢棄井大多地處敏感區域，數量多，風險大，一旦發生井噴，即可能造成巨大經濟損失和一定的社會負面影響。

鉆塞時，鉆頭所需鉆壓通常在10～30kN，由于堵塞物靠近井口，單根鉆柱的重量無法滿足鉆壓需求，導致鉆塞進尺極為緩慢。為提高鉆壓，現場通常在井口安裝動一個動滑輪，在鉆柱接箍處反扣油管吊卡，然后，用游動滑車提拉穿過井口四通兩翼的鋼絲繩，為鉆具施壓，鉆具在下壓力作用下，受發生彎曲，一旦發生別鉆，加壓鋼絲繩會快速纏繞鉆具并繃斷，施工風險較大。管柱防頂措施大多采取油管接箍上反扣吊卡后，將其用鋼絲繩固定在井口上，由于鉆塞管柱多采用整根油管，控制節點高度超過9m，存在管柱頂翻滑車等風險。為此，對廢棄井封井條件及小修修井設備現狀進行調查，研發了井口控制裝置，消除了廢棄井治理過程中的安全隱患非常必要。

2 鉆塞管柱井口控制裝置設計

2.1 設計思路

借鑒帶壓修井成熟技術，研發能適應小修作業的井口條件，安全、穩妥、方便、實用的井口控制裝備，徹底消除廢棄井井口鉆塞施工安全隱患。

2.2 井口控制裝置的結構設計

（1）整體結構設計。裝置主要由支架、關井及動態密封部分、管柱加載及復位機構和防管柱上頂機構等組成（圖1）。關井及動態密封部分：防噴器通過螺栓安裝在井口上，防噴器具有半封、全封和剪切閘板，完成鉆塞管柱不同工況條件下的關井。防噴器上端安裝高壓自封封井器。管柱加載及復位機構：游動卡管器上端裝置游動梁，承托游動梁加壓儲能彈簧，彈簧上端為加壓液缸。游動梁下端裝置有復位彈簧。固定卡管器通過過渡法蘭與自封封井器連接。底梁裝置在過渡法蘭上。管柱防上頂機構：井內管鉆塞管柱由游動卡管器和固定卡管器動態控制，達到預防上頂的目的，固定卡管器裝置在高壓自封封井器上，游動卡管器安裝在管柱上。

（2）聯接方式設計。防噴器安裝在井口法蘭上，用標準井口螺栓緊固，無須匹配特種接頭，以有效降低井口操作高度。

圖1 鉆塞井口控制裝置示意圖

防噴器與固定卡管器通過過渡法蘭連接，用井口螺栓緊固。管柱加載部分裝置在過渡法蘭上。依照《勝利油田井下作業防噴器配套選型技術規范》之規定，額定壓力35MPa法蘭應為6B型。與KY25/65采油井口連接時，其法蘭盤外徑φ380mm，螺孔為φ33mm（圖2）。

圖2 工作壓力為35MPa的6B型法蘭示意圖

（3）關井及動態密封部分。井口2FZ18-35雙閘板液控防噴器，最大通徑186mm，保證鉆塞過程中鉆頭通過。當井內有管柱時，通過半封閘板關井。當井內鉆塞管柱起出，空井狀態時，可用全封閘板關井。異常高壓區塊施工中，對可能鉆遇異常高壓或鉆通瞬間壓力突升時，通過剪切閘板，對鉆柱應急剪斷后實施應急關井。防噴器內嵌入式安裝高壓自封封井器，實現油、套環形空間的動態密封，確保在鉆進過程中，修井液循環攜帶出井內鉆屑，同時，對鉆塞鉆柱起到輔助居中功能，且最大限度降低井口操作高度。

（4）管柱加載、復位及管柱防上頂機構。管柱鉆進過程中的恒定鉆壓由加壓儲能彈簧提供。液缸下壓儲能彈簧時，彈簧力作用在游動橫梁上，并沿門柱下行，通過游動卡管器將鉆壓傳遞到管柱上。當第一鉆進行程結束后，回收液缸，并調整游動卡管器位置，則可實施第二行程鉆進操作。在旋轉鉆進時，游動卡器頂部彈子盤實現鉆柱在鉆壓下旋轉。鉆塞過程中，始終保持一個卡管器卡住鉆柱，從而起到防頂作用。

（5）作用原理。裝置通過螺栓固定在2FZ18-35液控雙閘板防頂器上，對防噴器進行密封性試壓。依次將防噴器和液缸管線與液壓工作站連接，調試防噴器半封、全封及閘板閘板動作和雙液缸同步功能可靠性。將螺桿鉆具及鉆頭通過裝置內腔下入井內，探塞后，安裝旋塞閥及水龍帶，循環修井液至出口返液正常。當復位彈簧處于上限位置時，將游動卡管器卡住鉆塞管柱。此時，松開固定卡管器，啟動加壓液缸下壓儲能彈簧，即可提供鉆進所需鉆壓。隨著進尺增加，儲能彈簧逐步釋放，鉆壓不足時，停鉆。用固定卡管器卡住管柱，收回加壓液缸，游動梁沿門柱上行，調整游動卡管器位置實施第二行程鉆進操作。若井內出現異常高壓，井內管柱出現頂彎等突發狀況時，可對井內管柱實施剪切，操作全封閘板關井。

2.3 裝置主要技術指標（表1）

表1 裝置主要技術參數表

3 鉆塞管柱井口控制裝置的應用試驗

2018年11月，勝利油田完成裝置的選材加工，對裝置的密封、管柱防頂及加載等相關技術指標進行試驗和檢測，各項技術指標合格，達到了設計要求。

2018年12月，進行了鉆塞施工工況條件下的動態性能檢測（表2），驗證裝置鉆塞過程中的井口控制性能。

表2 裝置動態性能試驗數據表

4 現場應用及效果分析

鉆塞管柱井口控制裝置在勝利油田廢棄井井口塞處理施工進行了應用試驗。鉆塞深度0.5～9500m。應用證實：井口控制有效，管柱加壓快捷方便，管柱防上頂效果良好，達到了設計要求，提高了作業時效，取得了較好的應用效果。

截至2020年3月，鉆塞管柱井口控制裝置共實施廢棄井井口鉆塞施工50余井次，其中，對8口出現井口溢流的井實施了有效控制，杜絕了安全及環保事故的發生，降低了鉆塞施工風險及由此造成的經濟損失和社會負面影響，累計創效213萬余元，規范了油田廢棄井鉆塞操作，保障了油田正常的生產經營活動。

5 結語

（1）分析了廢棄井井口塞現狀，找到了鉆塞過程中存在的主要問題；（2）井口鉆塞控制裝置的研制，滿足了廢棄井井口鉆塞技術需求；（3）管柱加載及復位機構，解決了廢棄井井口鉆塞中異常高壓導致管柱上頂問題；管柱加載及復位機構，確保鉆塞管柱恒定鉆壓，井口防噴器部分解決了鉆塞施工液體循環和關井問題；（4）廢棄井鉆塞井口控制裝置，有效降低了工人的勞動強度，提高了作業時效，取得了良好的經濟效益和社會效益。