高压返吐井的放喷与防治配套技术

刘 锐

（中国石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北 潜江433124）

高压注水是针对低渗透油藏注水开发中，注水井层难注而采用的一项增注技术。为避免高压注水对套管伤害，江汉采油厂110口高压井下有封隔器保护管柱。但是，由于高压注水井返吐，带来了保护管柱失效及停注或作业过程中的盐卡等诸多问题，管理难度大。

1 高压注水井返吐问题

1）高压注水井注水中停泵停注返吐带来如下影响：①造成高压管柱失效；②脏物进入阀体后造成密封不严而加剧泵体磨损，导致增压泵损坏；③管柱渗漏返吐控制不当，加速管柱失效。

2）返吐井井口压力高，难以卸压作业。

3）返吐造成出盐井盐卡。

4）放喷导致地层能量损失，带来了沉重的经济负担。

5）放喷带来的环保安全隐患。

2 返吐井的放喷与防治配套技术

近年来，针对注水时、作业前、作业中三个过程的防吐及放喷，研究应用了相应的防治技术。

2.1 注水过程中的返吐研究与防治

2.1.1 注水过程中的返吐原因

1）注水泵停注返吐。受注水系统停电、注水泵或单井增压泵维修等因素的影响而停泵，导致返吐。

2）注水系统干线压力波动造成停泵返吐。注水系统增压泵多，每台泵启停均会造成注水干线压力波动大，当压力低于任何一台增注泵供水额定压力时，引起增压泵跳闸，高压井停注返吐。

3）高压井保护管柱渗漏返吐。随着高压注水井生产时间延长，部分井的油管丝扣渗漏或封隔器密封不严，造成套压不断上升，当套压大于保护设定值时，注水泵自动保护跳停。由于管柱渗漏量徽弱，放套压后能维持生产，但一段时间套压又缓慢上升，需要间歇性地放压。

2.1.2 注水过程中的返吐防治技术

1）设计了地面、地下双防吐水流程

为防止返吐造成管柱失效及对生产造成影响，利用单向阀原理，设计了井下与井口结合的双防吐流程。

①井下防吐水专用工具（图1）。结合开发的DGL永久式封隔器超高压注水插管管柱，设计有井下单流阀及挡板阀，该管柱特点是作业时只需要更换插管。

防吐作用：依靠井下单向阀，正注时单向阀打开；注水泵停注返吐时，反向力的作用使单向阀关闭，防止返吐；依靠挡板阀，作业时插管起出，挡板阀关闭，防止作业过程返吐。单流阀的应用，延长了管柱寿命。

适应局限：该管柱适应范围有限，只适应于井斜不大，注水井返吐水、井深2 500～3 600m、不出盐的超高压注水井。主要原因是插管与封隔器采用钩槽连接，一旦钩槽遇盐后插管易卡死，管柱拔不出来。因此，仅应用了8口井。

图1 井下防吐水管柱示意图

②地面泵出口单向阀。井下单流阀可防止吐水，若井下单流阀失效，可通过泵出口单流阀再次阻止地层返出物进入增压泵泵体对泵损坏（图2）。

图2 地面防吐水流程图

2）利用“PLC闭环控制”技术，通过地面系统稳压控制

注水系统自动稳压调控技术是利用“闭环控制”的原理，实现调控功能。先在注水泵出口管线上安装压力传感器，通过压力传感器将信号送至智能数字仪表，在智能数字仪表上设定好出口压力规定值，并把出口压力规定值送至内置有PID自整定调节器的可编程控制器，此时当前压力值与设定压力值作比较，把预算结果输出到变频器，由变频器不断调节电机的转速。利用该技术便能把当前的压力稳定在设定压力偏差范围内，从而实现注水系统的压力闭环稳压控制（图3）。

图3 工作原理图

全厂应用10个站17个区块，避免了系统压力波动大增压泵停泵的频繁发生，减少欠注井12口，月增加注水量4 200m3；同时，降低了返吐停泵对管柱失效影响。

3）利用自动放套技术，对注水过程管柱渗漏进行放压控制

采用井口自动放套工艺，在设定的压力范围下自动放套，可以避免套压上升到一定值后，自动保护装置驱动下的泵跳闸停注而需要频繁地放套压再启泵，从而保证超高压注水系统平稳运行。通过自动套管放压后，注水井能维持注水，对管柱失效起到了一定缓解作用，延长了井下管柱换封周期。目前，井口采用的自动放套压工艺主要有两种：

①智能控制阀自动放套技术。该装置的工作原理是：开机装置运行于自动状态，压力变送器采集套管压力信号，经A／D转换送入单片机。当套压高于设定的开阀压力值时，自动打开阀门泄放压力；当套压下降至设定的关阀压力时，自动关闭阀门。

②安全阀卸压技术。在井口套压表之前安装一个安全阀。当套压达到设定的保护压力值时，安全阀自动卸压，起到保护管柱的目的。

2.2 作业前返吐井的放喷研究与防治

虽然上述措施缓解了高压管柱的失效，但是高压管柱失效仍然客观存在，需要作业。每年高压管柱失效及作业井次达75井次，大部分高压井停注后压力高吐水，无法作业，需要放喷卸压。

2.2.1 作业前放喷卸压原因及必要性

高压吐水井管柱失效后需要作业。在2009年11月之前，只有常压作业这一种作业方式，采用该作业方法，需要将注水井井口压力降到0；2009年11月，引进了一种带压作业方式，采用该作业方法，需要将注水井井口压力降到设备工作压力。因高压井吐水压力高，完全依靠自然停注扩散的办法，一些井长期无法达到作业压力，必须结合放喷卸压，来加快降压速度。

2.2.2 放喷防治技术及规范化管理

以前，高压井一旦需要作业，就交作业队接管，由作业队执行放喷卸压。为了追赶作业进度，作业队放喷水量大，速度快，随意性强，无控制的放压导致了多起盐卡事故及对储层的伤害。

1）改变运行方式，放压管理规范化

2009年3月以来，江汉采油厂制定了《高压注水井放压管理规定》，由采油厂接管放压，完成后再交作业队作业。在运行管理上，安排厂、区、队三级单位专人负责放压跟踪，录取相应资料，填写跟踪放喷井日报，对运行情况随时掌握，出现异常及时调整措施。通过新工艺的应用，促进了防喷防治技术的不断完善，使管理更加规范化。

2）放喷防治技术

①放喷控制要领。一是高压井放喷过程中严禁随意放套压。例如黄18－6井2009年8月因井口套管短节渗漏，套管返吐无法控制，返出水中结晶盐含量高，结晶盐将套管环空填埋，导致管柱卡死而报废。二是合理控制返排量，及时监测Cl－浓度，是有效防止盐卡的关键。根据放喷过程调查实验及摸索的经验值，放压排量不得超过5m3／h；Cl－浓度不得大于16×104mg／l，否则应采取清水冲洗解盐措施。三是结合自然扩散及合理控制地层返吐排量，是控制地层盐返到井筒的重要手段。可将结晶盐控制于井底，不易造成使结晶盐将油管堵塞的问题。

②套管环空反替清水解盐技术。根据结晶盐形成规律，Cl－浓度达到19×104mg／l极易快速地形成结晶盐桥，将油、套管柱通道堵死。套管环空反替清水解盐技术是采用水力车或井口增压泵或者系统来水压力做动力，将低盐浓度水或清水（Cl－ 浓度在12.5×104mg／l以下）从套管环空掺入，与原返出水混合，从油管放出，使CL－浓度降到16×104mg／l以下，返出水用罐车回收。套管掺水及油管放压排量应控制在5m3／h以下，且掺水排量低于油管放压排量。套管环空反替清水解盐技术适应封隔器完全失效或有洗井通道的井。

2.2.3 应用效果

以放喷防治技术为支撑的管理制度及合理放压运行方式，使每口注水井放喷资料掌握齐全，运行管理做到具体化、规范性及可控性，确保了正确操作及放喷措施有效地落到实处，确保了高压注水井正常生产，杜绝了注水井盐卡事故，减少了巨大的经济损失。

2.3 不压井作业工艺技术的引进与应用

由于常压作业无法解决一部分长期难以卸压作业及放喷出盐的难题，放喷也会带来地层能量损失、经济负担以及环保安全等附加问题。针对这一状况，需要采用带压作业。2009年11月，江汉采油厂首次引进了带压作业设备施工，带压作业设备允许的井口最高作业压力为15Mpa。

2.3.1 不压井带压作业工艺原理

不压井作业工艺主要由井控密封系统和油管内密封系统组成。井控密封系统由剪切封井系统、动力系统和油管外密封系统构成。主要包括双闸板防喷器、安全卡瓦、球形防喷器、剪切闸板、单闸板防喷器、环形防喷器、游动卡瓦等。

油管内密封系统主要是依靠堵塞器在起下管柱作业时堵塞油管内部通道。在井内管柱堵塞的情况下由防喷器、封井器、环封实施带压起下管柱的油套环空密封，并能进行卡瓦类工具、扶正类工具的密封卸扣，停井时实现半全封井和防喷；当井内压力使管柱上顶时，由固定、游动卡管器、油缸组成的加压控制装置夹持管柱克服上顶力实施带压安全起下管柱。

2.3.2 带压作业的应用效果

1）带压作业井较好地完成了注水任务。12口带压作业井施工完后，日注水量由作业前的371方上升到了726方，日增注水量355方。

2）无法卸压的高压井顺利完成了作业。由于卸压困难，部分井压力不降，长期无法达到常压作业压力，而通过带压作业，顺利实施了作业。

3）减少了停注卸压时间及放喷水量，保护了地质能量。由于常压作业井要将注水压力释放到0，而带压作业只需放到15Mpa左右，可以减少放喷注水量，有利于减少地层的能量损失。带压作业后，停注卸压的时间及放喷的水量均较常压作业大大减少，平均单井停注卸压时间由原来的29天降为18天，平均单井放喷水量由700方降为140方。

4）在一定程度上控制了放喷对盐层破坏所导致的高压井盐卡事故的发生。

2.3.3 带压作业的局限性

1）带压作业不适合选择管柱下井时间长，油管腐蚀穿孔井。

2）受带压作业设备压力的限制，无法真正地实现不放喷。

3）受带压作业设备压力的限制，对含盐高、由于种种原因不能通过卸压降压井，无法实施带压作业。

3 结论与建议

3.1 结论

1）带压作业工艺应用，解决了一些长期无法卸压到常压的高压井作业难题，减少了停注卸压时间及放喷水量，减少了能量损失，在一定程度上控制了放喷对盐层破坏所导致的高压井盐卡事故的发生，极大地解决了返吐问题。

2）放喷规范化管理与常压作业及带压作业工艺有机结合，是目前返吐井放喷防治的关键。

3）以注水井特点研究形成的放喷控制技术、制定并严格执行的管理规定，确保了放喷防治措施有效的落到实处。

4）从注水过程中的返吐控制工艺技术、作业前合理控制放喷的规范化管理到不压井作业技术的应用，对高压返吐井的放喷认识以及防治工艺技术也逐步完善与成熟。

5）受目前带压作业设备15MPa压力的局限性，一部分高压井无法实现完全不放喷，少数吐盐井因解盐及降压困难，应用仍然受到限制，只能依靠长期的自然扩散。

3.2 建议

1）严格执行放喷管理规定，合理控制日常生产过程中的放压及作业前的放压操作，才能确保常压作业及带压作业顺利实施。

2）继续推广高压井带压作业工艺。在目前15MPa的带压作业设备下，选井及适用条件受限，因此要根据注水井井筒管柱条件、作业压力、出盐状况进行选择并采取合理控制措施，满足带压作业要求，提高带压作业效果。

3）提高带压作业设备工作压力到25～35MPa，就能更大范围地解决一批长期卸压困难、多种因素导致不能卸压的作业井，并能防止放喷盐卡及放喷卸压的各种危害。

［1］金平，冯波，孙晓菡.防返吐保压候凝挤堵封井管柱［J］.石油机械，2010（08）：57－59.

［2］万仁溥，罗英俊.采油技术手册（修订本）［M］.北京：石油工业出版社，1991.