水泥承留器在雄安新区封井作业中的应用_张毅.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-02-03 作者简介 张毅 （1987-） ， 男 （汉族） ， 河北武强人， 工程师， 现从事油气田试油试气的技术管理工作。 水泥承留器在雄安新区封井作业中的应用 张毅* （中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司， 河北 任丘 062552） 摘要 随着中共中央、 国务院决定设立雄安新区以来， 按照规划的总体要求， 华北油田需要进行 2000余口封井作业。为了满足新区建设， 封井作业后， 要求井筒内外无地层流体上窜且保护淡水层 不被地层流体污染。水泥承留器注水泥工艺用于油气水井的层间或管外串通时把水泥浆准确地替 到预定位置， 形成二次固井。该工艺具有性能可靠、 操作简单等优点。霸107井是位于华北油田采 油二厂的采油井， 也是雄安新区实施永久封井作业的首口井。在封堵生产油层采用的就是水泥承留 器注水泥工艺， 施工效果良好， 在今后封井特别是雄安新区其它封井作业中具有极大推广价值。 关键词 水泥承留器； 雄安新区； 封井作业； 工艺 中图分类号 TE2 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0088-03 雄安新区位于中国河北省保定市境内， 地处北京、 天津、 保定腹地， 规划范围涵盖河北省雄县、 容城、 安新 等3个小县及周边部分区域。2017年4月1日， 中共中 央、 国务院决定在此设立的国家级新区， 其目的在于集 中疏解北京非首都功能， 调整优化京津冀城市布局和 空间结构， 具有重大现实意义和深远历史意义。为保 障雄安新区的总体长远规划建设， 要求华北油田在其 内2000余口井都需要进行永久封井作业。目前， 国内 油田的封堵多采用笼统挤注水泥封堵工艺。这种封堵 工艺施工繁琐， 附加工序较多， 施工周期长， 易发生次 生事故， 不能很好地达到工艺、 地质要求。 水泥承留器[1]注水泥工艺用于由于固井质量差、 高 强度措施及地质结构等影响而造成油气水井的层间或 管外串通时， 把水泥浆准确地替到预定位置， 从而达到 二次固井的效果[3]。该工艺[4]可有效防止水泥浆倒流, 使水泥浆能留在井眼内凝结, 并且多余的水泥浆能从 工具的上部反循环至地面保证固井的质量。使用水泥 承留器注水泥具有性能可靠， 操作简单， 可有效防止施 工中卡钻、 堵塞管柱等事故发生[2]。采用水泥承留器进 行注水泥封井作业是该工艺扩展应用开发， 具有一定 的现实意义。 1工具结构原理 机械式水泥承留器[5]主要由水泥承留器 （图1） 和机 械坐封工具 （图2） 两部分组成。水泥承留器主要由上 接头、 上下双向卡瓦、 上下锥体、 弹性锁紧机构、 内中心 管、 外密封胶筒、 内密封段、 内阀体等组成； 坐封工具主 要由上接头、 中心管、 上端衬套、 弧形弹簧、 下端衬套、 控制套、 卡瓦套、 插入接头、 控制弹性接头、 凸轮块、 移 相接头等组成。 2工作原理以及施工步骤 图1水泥承转器结构示意图 1.上端卡瓦总成； 2.剪切销； 3.销钉； 4.锁环； 5.上锥体； 6.挡环； 7.外背圈； 8.内背圈； 9.橡胶套； 10.承留环； 11.O形密封圈； 12.内背 圈； 13.外背圈； 14.下锥体； 15.键； 16.中心管； 17.下端卡瓦； 18.内六角紧密螺钉； 19.套阀； 20.Ｏ形密封圈Ⅱ； 21.阀体； 22.密封挡圈； 23. 密封阀背圈成总； 24.收敛套； 25.销钉 88 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 水泥承留器与机械坐封工具连接后， 通过油管下放 到预定位置， 旋转， 使得上卡瓦释放， 提拉管柱坐封水泥 承留器旋转丢手， 再次将机械坐封工具插入承留器中， 打开阀体， 即可进行挤注水泥作业[6]。具体步骤如下 （ 1 ） 下管拄。下钻应平稳、 匀速， 下管速度30～40根/h， 禁止猛刹猛放， 防止顿钻、 溜钻。工具与液面接触时要 匀速慢下， 过造斜点、 套管挂、 套管变形等特殊位置时 也要匀速慢下。 （2） 坐封。承留器下至设计深度后， 上提管柱， 正 旋管柱， 再下放管柱至原深度， 此过程使上卡瓦从坐封 套内脱出并弹开紧贴在套管内壁上。缓慢上提管柱， 若悬重高于管柱正常悬重且悬重继续增加， 说明上卡 瓦已正常工作， 继续上提使悬重高于管柱正常悬重， 然 后下放至正常悬重， 再缓慢上提使悬重高于管柱正常 悬重， 此过程使胶筒被充分挤压膨胀， 同时上下卡瓦完 全咬紧在套管壁上， 完成水泥承留器坐封。 （3） 丢手。缓慢下放管柱至正常悬重再增加5～ 10kN， 正转管柱， 此时指重表指针会有轻微跳动并且悬 重降至正常管柱悬重， 上提管柱， 若悬重保持正常管柱 悬重， 表明丢手成功。 （4） 验封。下放管柱， 加压50～100kN 探承留器合 格后上提管柱 （此步骤可以使插入接头密封段运动至 水泥承留器密封段内） ， 此时可进行油管试压。从套管 加压可验证水泥承留器密封性。 3雄安新区封井原则 按照雄安新区整体规划要求， 该地区要进行大量 基础设施建设， 重点实施骨干交通网络、 基础设施配 套、 白洋淀治理、 智能城市等八大专项工程项目建设。 这些建设必须要完整地面基础为依托， 使得雄安新区 封井区别于普通油气井。 中石油集团公司对雄安新区封井总体原则为 封 井作业后， 井筒内外无地层流体上窜的通道， 地层流体 没有泄露污染地面环境的可能； 保护淡水层不被地层 流体污染； 地表下100m范围内没有影响基础建设的油 套管柱。所以， 该地区封井要求不仅完整还原地貌能 够保证雄安新区后续的建设而且也要保证不会发生地 下淡水层污染， 施工总体要求高， 工艺难度大。 4应用实例 霸107井是位于河北省霸州市岔河集乡华北油田 采油二厂的采油井。地质构造属于南孟潜山馒头组。 开钻日期为2003年6月10日， 完钻日期为2003年7月 10日。完钻井深1943m。该井套管技术状况良好； 无 井下落物。封井前管柱如图3所示。 4.1封井流程 按照雄安新区封井总体原则， 霸107井封井工艺流 程[7]如下 压井→循环→拆装井口→起抽油杆、 油管→循环 洗井、 通井、 刮壁→做吸水试验→下水泥承留器挤灰封 堵射孔层及盖层→封堵淡水层→拆井控装置→装简易 井口→切割D177.8mm套管并起出→在150～170m处 打塞→清除地表以下113.51m套管→井筒内注入低强 度水泥塞→恢复地貌。 4.2施工过程 （1） 起抽油杆。起出D38管式泵抽油杆； （2） 洗井。 反循环洗井20m3， 正循环洗井6m3； （3） 安装防喷器。 井口安装2FZ18-21型防喷器 并试压合格， 起出井内油管； （4） 通井、 刮削。 通井钻具组合 ∅152mm通径规 ∅120.6mm钻铤6∅88.9mm钻杆， 刮削钻具组合为 ∅152mm刮壁器∅120.6mm钻铤6∅88.9mm钻杆； 图2机械坐封工具结构示意图 1.上接头； 2.中心管； 3.上端衬套； 4.上端挡环； 5.弹簧； 6.弹性挡圈； 7.下端衬套； 8.下端挡环； 9.卡环； 10.衬套嵌块； 11.内六角圆柱 头螺钉； 12.挡圈； 13.控制套； 14.控制螺母焊接总成； 15.紧钉螺钉Ⅰ； 16.控制螺母挡圈； 17.Ｏ形密封圈； 18.紧定螺钉； 19.支撑套； 20.凸 轮块； 21.卡瓦套； 22.销； 23.复位弹簧； 24.控制弹性接头； 25.插入接头； 26.密封环； 27.Ｏ形密封圈； 28.移相接头； 29.键； 30.内六角螺钉 89 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 （5）下 工 具 。 下 钻 将 水 泥 承 留 器 送 至 井 深 1724.00m, 钻 具 组 合 为 ∅150mm 水 泥 承 留 器 ∅88.9mm钻杆； （6） 锚定。膨胀施工打压33MPa 启动， 运行压力 29～32MPa， 压力突降， 膨胀管水泥承留器坐挂成功； （7） 丢手。从丢手接头丢手； （8）挤堵。替入1.0g/cm3清水1m3， 挤注平均密度 1.80g/cm3的堵剂 36m3， 顶替清水 5.2m3， 最高泵压 16MPa， 上提拔管2m， 用1.0g/cm3清水15m3， 反循环洗 井8.0～2.0MPa， 排量15m3/h， 候凝48h； （9） 试压。下放管柱探深度 2 次; 试压 15MPa， 30min 压降0.2MPa， 合格； （10） 后续施工。试压合格后， 按标准打悬空水泥 塞后封井， 随后进行技术套管， 套铣、 磨铣表层套管施 工， 最后恢复原始地貌。 5结论与认识 （1） 霸107井是雄安新区首口采油井永久性封堵， 井内有完整的采油管串。封堵作业分为井筒准备和割 取套管两大部分。本井施工周期共42d， 其中采用水泥 承留器注水泥工艺封生产层13d， 割取技术套管2d， 套 铣、 磨铣表层套管27d， 施工效果良好， 达到了雄安新区 封井的各项技术要求； （2） 按照雄安新区封井总体原则， 该地区封井施工 质量要求高， 工艺难度大， 不仅需要完整还原地貌， 且 还要确保保证新区的后续基础建设。而油气井生产层 的封堵是封井作业成功与否的关键， 采用水泥承留器 自下而上封堵工艺技术进行封堵施工， 能有效永久地 封堵管外停产层达到工程与地质技术要求， 在今后封 井特别是雄安新区其它封井作业中有极大推广价值。 参考文献 [1]宋胜利,向俊科.高含硫气井封井用水泥承留器研制[J].钻采 工艺,2018,412 85-88. [2]龚继云,刘锦玉,赵瑞元,等.水泥挤封工艺方法探讨[J].工艺 技术,2014 （10） 52-54. [3]娄明,张玺,王亚勋.修井工艺新技术及其应用[J].机械制造, 2018,56353-56. [4]徐克彬,江新民,王倩,等.水泥承转器挤封串技术[J].油气井 测试,1998,9268-70. [5]齐海鹰.机械式ＭＭＲ水泥承留器在储气库老井封堵中的 应用[J].石油矿场机械,2014,43384-86. [6]王立平.一趟管柱套管外串封固工具研制[J].油气井测试, 2003,12354-57. [7]吝拥军,李素芹,周选军,等.溢流井水泥承留器注灰封井应用 [J].内蒙古石油化工,2017 （9） 102-103. 图3霸107井井身结构图 90 ChaoXing