松花江中长白山区老井改造作业方案优化研究

松花江中长白山区老井改造作业方案优化研究

0冬季冰面作业目标及方案福裕油田的地理位置位于吉林省松原市，靠近松花河。这是一个发展了40多年的老油田。由于多年来的水开采、频繁的栽培和自然因素的影响，油井的沉积和停止现象日益增多。X28-8井是其中一口重点隐患井,位于松原市宁江区新城乡农林村小溪浪河屯西南1km处。该井于1987年5月停井,1988年松花江涨水,河道北移,该井即落入江中,落江前没有采用永久封井方式处理,其套管头在江底裸露。由于该井落入江中时间已长达二十年左右,对松花江水域及沿江生态环境具有较大安全环保隐患,防止废弃油井内油流外溢造成环境污染显得特别重要。治理此类处于江、湖水下遗留老井,其弃井作业工程需同时参照陆上和海洋(包括内水)弃井作业相关管理规定[4~5]进行实施,作业环境条件十分特殊。为了达到永久废弃封井的作业目的,结合本地区气候条件特点,通过研究确定了冬季冰上作业的整体工程方案,重点对钢桩作业平台及护筒建立、作业前场地冰面核定以及封井施工作业三个方面进行系统的优化设计和安全论证。通过X28-8现场实际施工过程来看该方案技术设计安全可靠、作业过程程序合理,为今后此类井的废弃封井作业提出一套安全可行的技术方法,具有较好的工程借鉴意义。1落叶松技术1.1生产套管下深X28-8井于1975年10月投产,井深为540m,人工井底深度为523m,生产套管下深为529.7m,套管规格为外径114.3mm/内径101.6mm,套管外水泥返高为326m,射孔段为443.8~486.6m,射开厚度为21m。1.2主挡墙隔器结构设计该井在落入江中前,曾于1987年5月采用封隔器临时封井,封隔器型号为Y341-95。井下管柱结构为:Ⅰ封位置43.36m、Ⅱ封位置45.16m、丝堵位置54.01m。关井前状况为日产液1.5m3,日产油1.0m3,气油比为30。1.3油管和套管本体生长特性,特点如下该井于2010年6月实施潜水员水下排查,江底砂泥面露出部分由套管和油管两部分组成,套管露出高度1.5m,倾斜角度为20°;油管露出长度1.7m,倾斜角度为70°,油管向南倒伏,方位180°;油管和套管本体均呈不规则断口型状。水深2.5m,流速1.4m/s左右,井口距江岸距离29m,江底地形呈斜坡状,见图1。1.4地层压力测定该井所处的T73区块,原始地层压力4.5MPa,饱和压力3.36MPa。根据一线油井测压资料分析,该落江井当前地层压力在1.0~2.0MPa之间。从近年临井连续测压资料看,地层压力呈下降趋势。此外根据落江井射开层位和储层研究结果,在该区块部署7口水平井,与落江井射孔层段连通,达到平面泄压和资源有效动用目的,从而保障落江井治理作业安全。2季作业的优点由于落江井特殊井况特点,在治理方案设计过程中重点考虑设备运送和井控、环保问题。冬季作业的优点是显而易见的:一方面可以有效预防作业过程中产生的油、水及泥浆等污染物直接落入江中,对环境造成危害;另一方面可以利用冰面作为行车路面及作业面,节约施工费用。由此确定了冬季江水封冻前搭平台、下护筒,封冻后冰面走车、冰面作业的总体技术路线。2.1钢管桩、钢绞线及运输船的安装a)作业平台尺寸为18m×8m,平台基础为16根钢管桩平面布置,见图2;b)钢管桩采用Φ720×10mm焊接钢管,钢管桩设计长度18m,打入泥面以下14m;c)平台设计承重160t,其中支撑作业机的5根桩承重100t,其余桩承重60t;d)桩顶下垫梁2I45b工字钢;纵向分配梁I45b工字钢;横向分配梁I16工字钢。平台面铺设8mm花纹钢板。平台四周用Φ48mm钢管围起1m高围栏;e)用10T动臂吊机配合DZ-90A型振动锤进行钢管桩施工,先吊运钢管桩就位,并吊起振动锤振动下沉钢管桩。打入钢管桩时,应严格控制桩身的垂直度,确保钢管桩合理承载;f)设备进场后利用沿江码头进行水上浮吊和运输船的拼装。待浮吊和运输船拼组完毕后由机动舟顶推浮吊及运输船至指定位置。材料的预制、拼装、焊接等在岸边料场进行,材料运输先由加工场至码头,再由吊车将材料吊至运输船上,然后由机动舟推动运输船至施工位置。2.2护筒、带孔护筒a)用16mm厚的钢板焊制直径Φ3.7m,高8m的圆形护筒,护筒2m一节,共4节,内部焊三脚架支撑,并焊梯子,见图3;b)插入护筒在平台上操作,上部用震击锤压入沙层,再用空压机抽沙,护筒自然下沉;c)护筒打入深度达到江底以下4m后,使用水泵抽水,下人清砂,护筒底面浇注20cm厚混凝土;d)最后护筒内灌满水,防止冬季护筒外部结冰时挤毁护筒。3现场冰盖检查3.1多因素对理想模型的关系根据加拿大的设计标准计算的冰层厚度、承受面积和承载力的关系,见图4。其中R是施加的载荷半径,可以看出,当冰厚达到55cm时,行车路线上加铺15cm厚的木板来增加冰面承载面积,能够满足30t设备的冰面运输。3.2冰面行车路线由于江内弯道、浅滩等多因素影响,冰层变化呈不均匀状态,必须进行全路程的冰厚测量和计算承载力,才能保证运输车辆安全行驶。在冰面行车路线两侧20m,每隔30m,共布置42个观测点进行定点测试。得出冰厚增加的变化数据,为下步冰面行车时机的选择提供了依据,见图5。根据监测数据,2010年12月30日起冰厚达到55cm,具备上冰条件。4工程方案优化及技术论证通过对X28-8井的井下技术状况难点分析,有针对性地进行工程方案优化设计及技术论证,在此基础上该井于2011年1月15~29日顺利实施永久废弃封井作业施工,形成了针对此类井封井的一整套系统工艺技术。4.1管道安装及防喷器安装该落江井水下管柱露头被泥沙淤埋,井内压力状况不清楚,由此为确保作业安全,先期实施套管除冰后安装设备实施带压打孔,打孔位置在套管直管段,打穿套管后放压,再继续打穿油管、放压,整个过程无气、液返出。拆除打孔设备,对油管穿销钉并固定,防止回接井口时井内油管上串或掉井。实施管柱取直,割掉带压打孔点上部残留套管。在高出套管切割点10cm以上部位,对油管进行切割。之后回接井口,在油管上焊接油管接箍,连接油管短接至钻台并固定。在套管上焊接环形钢板,焊接套管升高短接,连接大四通。安装防喷器,防喷器用导链挂在平台上,减少防喷器对环形钢板的压力。井口安装好后,拔出限位销钉。4.2油管内钻孔首先探冲油管底堵,下入13/8″空心抽油杆,在12.17m(钻台面为0m、以下深度均以钻台面为基准)位置遇阻,确定为砂面。接水龙头,冲砂至38.99m不再进尺,确定为底堵位置,返出物为浑浊的泥砂。其后利用LCC化学聚能打孔技术进行油管内打孔,打孔深度为37.19~36.39m。打孔后井口压力为1.4MPa,缓慢打开放压闸门,返出天然气以及少量油、水。正挤压井,泵压由2MPa逐渐下降至1MPa,停泵观察,无返出。打孔建立通道后即实施井筒内封固,挤水泥前先打入12m3的80℃清水作为前置液,之后挤入密度为1.85~1.90g/cm3水泥浆56.7m3(符合封堵射孔层段及井筒内水泥用量设计,即实现完全封固)。下入倒扣捞矛将上部油管倒出,累计捞出27/8″油管13.2m(在钻台面以下20.2m)。下入41/2″套管刮削器刮削至该位置,并在该处下入41/2″桥塞封闭。4.3套铣固结井治理该井所处区块第三系水层底界位于地平面以下70m附近(冰面位于地平面以下17m、钻台面高于冰面3m)。依据SY/T6646-2006封堵和弃井作业的主要目的之一是保护淡水层,使其免受地层流体或地表水窜入污染,因此该落江井的治理还需对套管外无水泥固结的地方实施套铣(至水层底界以下30m以上)并二次固井,对淡水层底部进行封堵。首先设计应用Φ282mm套铣钻头套铣至30m处,下入95/8″套管作为屏蔽导管,以隔离浅部流砂层、建立良好的泥浆循环通道。再于生产套管内下入机械式内割刀,在13.7m位置(泥面以下6.7m,依据海洋石油安全管理细则遗留管柱应下卧江底4m以下)处切割,捞出切割后的41/2″套管。之后下入Φ215mm套铣钻头+7″套铣管+方钻杆,套铣至91.75m。注入密度为1.85g/cm3水泥浆9.5m3封固原井套管外部(即套铣管内外环空)。卸掉方钻杆(7″套铣管鱼顶位于泥面以下6m),起出95/8″套管候凝,完井。5工作仓、冰面分拣作业井a)扶余油田X28-8落江井所处松花江底,仅有少部分管柱裸露,其作业环境状况复杂,采取冬季冰上作业施工的方式可有效减除安全环保风险,现场实际施工表明作业平台和护筒工作仓建立、冰面运送作业设备的方案设计安全可靠、施工过程简明可控,是治理此类隐患井的有效方法。b)由于该隐