储气库注采井带压安全投产技术

刘宏伟

（中国石化中原油田分公司，河南濮阳 457001）

1 概述

目前国内储气库多为枯竭型储气库，注采井的储层压力系数低，以文23储气库为例，地层压力低至4 MPa左右，为了最大程度保护储层，气库建设采用钻采一体化的设计理念，即从钻井完井采用微泡泥浆低压循环、欠平衡快速钻井、生产完井中尽量减少入井液体，从而实现整个完井过程最大程度保护储层。生产完井过程中为减少入井液体对储层的伤害，主要面临以下困难：

一是地层亏空严重，压井液将会大量漏失，入井液返排困难，个别井甚至没有返排能力，既增加了压井液的总量费用，又易对储层造成伤害。

二是地层污染严重[1]，气层伤害难以解除。作业过程中的大量入井液体对储层造成永久性伤害。根据文23气田开发历史经验，压井检管后气井产能降低近一半，挖潜新层时会严重污染老层，措施效果难以体现，部分井措施无效甚至减产，措施风险大大提高。

三是井下作业施工难度加大。由于入井液漏失快，常规作业无法建立循环，压井液将容易漏失，增加了井控风险。

2 储气库带压作业存在问题

处理井筒和更换管柱时，如果采用常规压井作业方法会污染储层，且部分漏失井不压就喷，存在井控风险；一压就漏，对储层的污染更严重，造成注采能力的大幅下降，储层保护难度大。射孔生产一体化完井管柱虽然可以解决该问题，但其施工难度大、无法测产剖、无法丢枪、枪串腐蚀等问题又使其存在一定的技术缺陷，导致存在很多安全隐患。

目前储气库井不压井作业存在以下两个难题：一是长井段射孔枪内部有弹架、外部存在射孔孔眼、毛刺，无法实现内部和外部封堵。二是为保证储气库的安全性和实时监测功能，其注采井完井管柱都带有安全阀液控管线或监测管线，在投产作业过程中，存在无法实现下带液控管线的管柱带压作业难题。文章重点从工艺上论述如何从工艺技术上解决带压起待液控管线管柱和起长井段射孔枪的问题，从而有效解决 “高压层井控” 和“低压储层保护”的难题。

3 常规带压作业装置设备

带压起下作业井口装置是实施带压作业的关键设备[2]，包括动力源、液压系统、油管起下液缸、液压卡瓦、液压防喷器、储能器等。按运载方式分为车载式和橇装式，按配套方式分为独立式和辅助式。按作业时环空密封方式分为动密封和静密封，按一次提升管柱行程分为长冲程和短冲程。车载自走式不压井作业设备的机动性优于橇装式。独立式不压井作业设备不需其他设备配合即可独立进行作业，而辅助式不压井作业设备需其他设备配合。长冲程不压井作业设备的冲程大于10.98 m，一次可提升下压1根管柱，作业效率较高；短冲程不压井作业设备的冲程为3~5 m.需要几次才可起升或下压l根管柱，作业效率较低，劳动强度高。动密封不压井作业设备[4]的防喷器胶心与管柱之间是相对滑动密封，对防喷器要求较高，对管柱要求180斜坡接箍，同时作业时防喷器胶心损坏较快，作业成本较高；静密封不压井作业设备的防喷器胶心与管柱之间是无相对滑动的密封。目前国内不压井修井作业设备的整机结构均为橇装辅助式短冲程，主要由动力系统、井控装置系统、提升/下压系统、控制系统等部件组成，还没有整机集成的先例。经过前期对国内5个油田数据统计分析，注水井、油气井井压小于21 MPa的井占总井数80%以上，提升管柱载荷一般在784 kN以内，具体数据见表1。

表1 国内5个油田井口压力和井深状况

通过对各种方式不压井作业设备的优劣对比以及不压井作业在国内各大油田的应用，文23储气库地层压力低，只有4 MPa，且中国石化带压作业装置在气井上已应用较为成熟。普通的不压井装置就可以满足文23气井的工况，结合国内油田对修井作业设备性能的主要需求，下面的不压井作业设备性能能满足文23储气库建设的需要，其主机参数见表2。

表2 不压井作业技术参数

4 注采井带压安全投产工艺

不压井作业基本工作原理是利用堵塞工具封堵管柱内部通道，利用井口防喷器封堵管柱与井筒环形空间外部通道，在加压装置控制下强行起下管柱，依靠防喷器胶芯抱住管柱本体实现密封，从而实现在不压井、不放喷条件下起下管柱的目的。

4.1 带压作业配合封隔器回插管柱工艺

4.1.1 工艺特点

储气库注采井和监测井完井管柱因设计有井下安全阀，外壁带1/4″的液控管线，见图1，这种不规则形状，难以实现密封，与不压井装置不配套。对于这种带有液控管线的完井管柱，在完井过程中，液控管线以下的管柱，按照普通的不压井程序下井，带有液控管线部分的管柱通过优化工艺在现有的条件下实施不压井作业，该工艺特点是作业工艺简单，无需更换不压井作业设备，同时井控风险低，可有效解决投产作业过程中无法实现下带液控管线的管柱带压作业难题，同时入井液用量少，最大程度减少储层污染，提高注采能力。

图1 油管外面的液控管线

4.1.2 主要工艺设备

井内油管能否实施封堵是决定成功进行下一步带压作业的关键，在起油管前堵塞底部油管内腔，防止井内高压流体从油管内喷出，主要包括堵塞器、油管桥塞、旋塞阀、单流阀、特殊油管压力控制工具。图2是比较常见的油管堵塞器[5]，主要由丢手头、卡瓦系统、密封系统、自封启动机构等部分组成。

图2 堵塞器

堵塞器长度为530 mm，承受上下压差70 MPa，耐温135℃，下井前将油管堵塞器自封启动机构调整到合适位置，将丢手头与堵塞工具用特殊销钉连接。堵塞工具的密封系统外径小于58 mm（用于内径为73 mm的油管），用液压绳索绞车（也可用其他方式）将其下入预定深度，慢提钢丝使卡瓦系统与油管充分接触。利用特殊机械震击器将销钉震断。送人的绳索工具则可起出地面，井下堵塞工具在自封启动机构的作用下预封。当井口泄压后堵塞器上下压差所产生的推力使第二级高强度密封胶筒工作，达到堵塞油管的目的。堵塞器上下压差所产生的推力作用在卡瓦系统上，推力越大卡得越紧。

文23储气库完井管柱比较特殊，其配有专门的坐落短节，见图3，该坐落短节与钢丝绳下入的堵塞器配合使用，可以密封井内的油管，给封隔器提供坐封压力。

图3 坐落接头

4.1.3 工艺流程

主要施工工艺流程如下：

1）带压作业下入永久式封隔器下面的完井管柱，封隔器下方坐落短接处定位一个油管堵塞装置。

2）封隔器插入密封处上部安装与封隔器尺寸相当的普通油管，用普通油管带着封隔器下入到坐封位置。

3）打压坐封，确保验封合格。

4）上部普通油管从封隔器插入密封处倒开，取出，见图4。

图4 封隔器回插管柱工艺

重新下入带有液控管线工具的生产管柱，回接到插入密封处，最后由钢丝作业打捞出堵塞器投产。安装井口及采油树，然后使用钢丝作业配备工具打捞出堵塞器，进行生产。

4.2 研发了起长段射孔枪装置及工艺

4.2.1 工艺特点

现有的不压井作业工艺是利用不压井作业装置的环形防喷器动密封油管，游动卡瓦和固定卡瓦交替工作，并配合举升系统液缸，在井口起下管柱。而在油气井射孔作业过程中，枪与枪之间由于需要传爆，上下接头内部相通，枪内部还有不规则的枪架填充，射完孔后枪体又布满孔眼，这就造成射孔枪串内部和外部均不易封堵，导致油气井的油气泄漏，存在施工安全隐患。另外由于射孔工艺需要对射孔层位自下而上连续射开，对射孔的精准度和质量又有严格的要求，以保证射孔效果。这就导致对射孔枪串进行任何改造，如枪与枪间增加盲管、枪身外增加密封工具等，都造成部分油气层会避射，影响气井产量。因此要实现不压井起射孔枪工艺难度大。现有不压井起射孔枪工艺，只能起较短的射孔枪，一般射孔枪串只有几米到几十米。对于几米的射孔枪串，通常采用井口放压或少量液体压井，快速提枪出井口的变通方法，完成起枪作业。对于几十米的射孔枪串，通过调研国外一些完井服务公司，采用井口安装防喷管，配合吊车将射孔枪一次提出井口。由于受防喷管安全施工和吊车起吊高度的影响，最多也只能起几十米的射孔枪串。但对于通常利用枯竭油气藏建的储气库井，完井工艺要求既要最大程度保护低压储层，又要提高单井生产能力，因此通常一次性射开井段高达几百米，这就导致现有的不压井作业工艺均无法解决该问题，只能采用压井的方式起长井段射孔枪，不利于完井过程中油气层的保护。

因此，研发了起长段射孔枪装置及工艺[3]，该装备充分利用目前带压作业设备的特点，在原有设备基础上，通过调整参数，优化设计，在确保井控安全条件下，从根本上实现带压起长井段射孔枪作业，该工艺在起长井段射孔全过程中无入井液，减少储层污染，同时利用井控设备可实现每个环节井控可控，技术人员在作业过程中需操作精准，确保作业质量。起长井段射孔枪装置包括井口不压井作业装置及专用油管短节工具串。

4.2.2 主要工艺设备

井口不压井作业装置由游动卡瓦、上固定卡瓦、环形防喷器、平衡泄压四通、全封防喷器、升高短节、下固定卡瓦、三闸板防喷器和升降系统组成。游动卡瓦安装在升降系统的上横梁中心，上固定卡瓦、环形防喷器、平衡泄压四通、全封防喷器、升高短节、下固定卡瓦、三闸板防喷器自上至下依次通过法兰连接，见图5。

图5 起长井段射孔枪装置

油管短节工具串由丝堵、油管短节、打捞工具组成，油管短节上端与丝堵螺纹连接，其下端与打捞工具反扣螺纹连接。

平衡泄压四通一侧通过平衡压力管线与油管头四通连接，另一侧与地面放喷管线连接。

升降系统由上横梁、下横梁和升降液缸组成，升降液缸通过上横梁和下横梁固定连接，上横梁在升降液缸的液压作用下做轴向升降运动。

4.2.3 工艺流程

不压井起射孔枪的主要工艺流程如下：

1）不压井作业装置安装：通过井口不压井作业装置下部的三闸板防喷器将不压井作业装置安装在井口油管头四通上。

2）起油管：通过钢丝作业将油管封堵工具下到井下管柱的射孔枪上部的末根油管内，采用常规不压井作业方法在井口起出末根油管以上的油管柱；利用环形防喷器动密封油管，游动卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管，直至射孔枪接头位于不压井作业装置的升高短节缸体内，关闭下固定卡瓦，使其卡住射孔枪，拆卸末根油管，游动卡瓦和上固定卡瓦交替工作将其起出全封防喷器上部后，关闭全封防喷器，打开平衡泄压四通与地面放喷管线相连的一侧闸门，泄掉全封防喷器以上缸内压力，开环形防喷器，将末根油管提出井口。

3）捞射孔枪：井口下油管短节工具串，其自上而下依次为丝堵、油管短节、卡瓦打捞筒，游动卡瓦和上固定卡瓦交替工作将油管短节工具串下至全封防喷器上部，关环形防喷器，打开平衡泄压四通与压力平衡管线相连的一侧闸门，重新平衡全封防喷器以上缸内压力，开全封防喷器，继续下油管短节工具串，使其下部卡瓦打捞筒打捞住射孔枪接头后，游动卡瓦和上固定卡瓦交替工作起油管短节工具串，直至下节射孔枪接头位于下固定卡瓦上端面，同时使上节射孔枪位于升高短节至平衡泄压四通之间的缸体内，关闭下固定卡瓦，使其卡住射孔枪。

4）卸起射孔枪：转动井口油管短节工具串，使上下两节射孔枪脱扣后，游动卡瓦和上固定卡瓦交替工作起上节射孔枪至全封防喷器上部，关闭全封防喷器，打开平衡泄压四通与地面放喷管线相连的一侧闸门，泄掉全封防喷以上缸内压力，开环形防喷器，提油管短节工具串及与其相连射孔枪出井口。

5）循环步骤3）、4）直至射孔枪串全部起出。

5 结论

针对储气库注采井不能实现带压下带液控管线管柱、无法带压起长井段射孔枪的、无法实现完全井控的安全风险的问题，创新形成了带压作业配合封隔器回插管柱工艺，解决无法带压下液控管线的难题，研发了起长射孔枪装置及工艺，解决了无法带压起长射孔枪的难题。这两种储气库带压作业工艺可行性已经过多次专家论证，可操作性强，工艺成熟，可有效解决储气库井投产作业过程中井控安全和低压储层保护的难题。目前研究人员在卫城储气库、文13西储气库、文24储气库等可研方案上进行论证，待储气库建设投产可进一步探索应用，同时为国内同类储气库建设提供技术经验。