松花江中長白山區(qū)老井改造作業(yè)方案優(yōu)化研究

松花江中長白山區(qū)老井改造作業(yè)方案優(yōu)化研究

0冬季冰面作業(yè)目標(biāo)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。這是一個發(fā)展了40多年的老油田。由于多年來的水開采、頻繁的栽培和自然因素的影響，油井的沉積和停止現(xiàn)象日益增多。X28-8井是其中一口重點(diǎn)隱患井,位于松原市寧江區(qū)新城鄉(xiāng)農(nóng)林村小溪浪河屯西南1km處。該井于1987年5月停井,1988年松花江漲水,河道北移,該井即落入江中,落江前沒有采用永久封井方式處理,其套管頭在江底裸露。由于該井落入江中時(shí)間已長達(dá)二十年左右,對松花江水域及沿江生態(tài)環(huán)境具有較大安全環(huán)保隱患,防止廢棄油井內(nèi)油流外溢造成環(huán)境污染顯得特別重要。治理此類處于江、湖水下遺留老井,其棄井作業(yè)工程需同時(shí)參照陸上和海洋(包括內(nèi)水)棄井作業(yè)相關(guān)管理規(guī)定[4~5]進(jìn)行實(shí)施,作業(yè)環(huán)境條件十分特殊。為了達(dá)到永久廢棄封井的作業(yè)目的,結(jié)合本地區(qū)氣候條件特點(diǎn),通過研究確定了冬季冰上作業(yè)的整體工程方案,重點(diǎn)對鋼樁作業(yè)平臺及護(hù)筒建立、作業(yè)前場地冰面核定以及封井施工作業(yè)三個方面進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全論證。通過X28-8現(xiàn)場實(shí)際施工過程來看該方案技術(shù)設(shè)計(jì)安全可靠、作業(yè)過程程序合理,為今后此類井的廢棄封井作業(yè)提出一套安全可行的技術(shù)方法,具有較好的工程借鑒意義。1落葉松技術(shù)1.1生產(chǎn)套管下深X28-8井于1975年10月投產(chǎn),井深為540m,人工井底深度為523m,生產(chǎn)套管下深為529.7m,套管規(guī)格為外徑114.3mm/內(nèi)徑101.6mm,套管外水泥返高為326m,射孔段為443.8~486.6m,射開厚度為21m。1.2主擋墻隔器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該井在落入江中前,曾于1987年5月采用封隔器臨時(shí)封井,封隔器型號為Y341-95。井下管柱結(jié)構(gòu)為:Ⅰ封位置43.36m、Ⅱ封位置45.16m、絲堵位置54.01m。關(guān)井前狀況為日產(chǎn)液1.5m3,日產(chǎn)油1.0m3,氣油比為30。1.3油管和套管本體生長特性,特點(diǎn)如下該井于2010年6月實(shí)施潛水員水下排查,江底砂泥面露出部分由套管和油管兩部分組成,套管露出高度1.5m,傾斜角度為20°;油管露出長度1.7m,傾斜角度為70°,油管向南倒伏,方位180°;油管和套管本體均呈不規(guī)則斷口型狀。水深2.5m,流速1.4m/s左右,井口距江岸距離29m,江底地形呈斜坡狀,見圖1。1.4地層壓力測定該井所處的T73區(qū)塊,原始地層壓力4.5MPa,飽和壓力3.36MPa。根據(jù)一線油井測壓資料分析,該落江井當(dāng)前地層壓力在1.0~2.0MPa之間。從近年臨井連續(xù)測壓資料看,地層壓力呈下降趨勢。此外根據(jù)落江井射開層位和儲層研究結(jié)果,在該區(qū)塊部署7口水平井,與落江井射孔層段連通,達(dá)到平面泄壓和資源有效動用目的,從而保障落江井治理作業(yè)安全。2季作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)由于落江井特殊井況特點(diǎn),在治理方案設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮設(shè)備運(yùn)送和井控、環(huán)保問題。冬季作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的:一方面可以有效預(yù)防作業(yè)過程中產(chǎn)生的油、水及泥漿等污染物直接落入江中,對環(huán)境造成危害;另一方面可以利用冰面作為行車路面及作業(yè)面,節(jié)約施工費(fèi)用。由此確定了冬季江水封凍前搭平臺、下護(hù)筒,封凍后冰面走車、冰面作業(yè)的總體技術(shù)路線。2.1鋼管樁、鋼絞線及運(yùn)輸船的安裝a)作業(yè)平臺尺寸為18m×8m,平臺基礎(chǔ)為16根鋼管樁平面布置,見圖2;b)鋼管樁采用Φ720×10mm焊接鋼管,鋼管樁設(shè)計(jì)長度18m,打入泥面以下14m;c)平臺設(shè)計(jì)承重160t,其中支撐作業(yè)機(jī)的5根樁承重100t,其余樁承重60t;d)樁頂下墊梁2I45b工字鋼;縱向分配梁I45b工字鋼;橫向分配梁I16工字鋼。平臺面鋪設(shè)8mm花紋鋼板。平臺四周用Φ48mm鋼管圍起1m高圍欄;e)用10T動臂吊機(jī)配合DZ-90A型振動錘進(jìn)行鋼管樁施工,先吊運(yùn)鋼管樁就位,并吊起振動錘振動下沉鋼管樁。打入鋼管樁時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制樁身的垂直度,確保鋼管樁合理承載;f)設(shè)備進(jìn)場后利用沿江碼頭進(jìn)行水上浮吊和運(yùn)輸船的拼裝。待浮吊和運(yùn)輸船拼組完畢后由機(jī)動舟頂推浮吊及運(yùn)輸船至指定位置。材料的預(yù)制、拼裝、焊接等在岸邊料場進(jìn)行,材料運(yùn)輸先由加工場至碼頭,再由吊車將材料吊至運(yùn)輸船上,然后由機(jī)動舟推動運(yùn)輸船至施工位置。2.2護(hù)筒、帶孔護(hù)筒a)用16mm厚的鋼板焊制直徑Φ3.7m,高8m的圓形護(hù)筒,護(hù)筒2m一節(jié),共4節(jié),內(nèi)部焊三腳架支撐,并焊梯子,見圖3;b)插入護(hù)筒在平臺上操作,上部用震擊錘壓入沙層,再用空壓機(jī)抽沙,護(hù)筒自然下沉;c)護(hù)筒打入深度達(dá)到江底以下4m后,使用水泵抽水,下人清砂,護(hù)筒底面澆注20cm厚混凝土;d)最后護(hù)筒內(nèi)灌滿水,防止冬季護(hù)筒外部結(jié)冰時(shí)擠毀護(hù)筒。3現(xiàn)場冰蓋檢查3.1多因素對理想模型的關(guān)系根據(jù)加拿大的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的冰層厚度、承受面積和承載力的關(guān)系,見圖4。其中R是施加的載荷半徑,可以看出,當(dāng)冰厚達(dá)到55cm時(shí),行車路線上加鋪15cm厚的木板來增加冰面承載面積,能夠滿足30t設(shè)備的冰面運(yùn)輸。3.2冰面行車路線由于江內(nèi)彎道、淺灘等多因素影響,冰層變化呈不均勻狀態(tài),必須進(jìn)行全路程的冰厚測量和計(jì)算承載力,才能保證運(yùn)輸車輛安全行駛。在冰面行車路線兩側(cè)20m,每隔30m,共布置42個觀測點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)測試。得出冰厚增加的變化數(shù)據(jù),為下步冰面行車時(shí)機(jī)的選擇提供了依據(jù),見圖5。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),2010年12月30日起冰厚達(dá)到55cm,具備上冰條件。4工程方案優(yōu)化及技術(shù)論證通過對X28-8井的井下技術(shù)狀況難點(diǎn)分析,有針對性地進(jìn)行工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及技術(shù)論證,在此基礎(chǔ)上該井于2011年1月15~29日順利實(shí)施永久廢棄封井作業(yè)施工,形成了針對此類井封井的一整套系統(tǒng)工藝技術(shù)。4.1管道安裝及防噴器安裝該落江井水下管柱露頭被泥沙淤埋,井內(nèi)壓力狀況不清楚,由此為確保作業(yè)安全,先期實(shí)施套管除冰后安裝設(shè)備實(shí)施帶壓打孔,打孔位置在套管直管段,打穿套管后放壓,再繼續(xù)打穿油管、放壓,整個過程無氣、液返出。拆除打孔設(shè)備,對油管穿銷釘并固定,防止回接井口時(shí)井內(nèi)油管上串或掉井。實(shí)施管柱取直,割掉帶壓打孔點(diǎn)上部殘留套管。在高出套管切割點(diǎn)10cm以上部位,對油管進(jìn)行切割。之后回接井口,在油管上焊接油管接箍,連接油管短接至鉆臺并固定。在套管上焊接環(huán)形鋼板,焊接套管升高短接,連接大四通。安裝防噴器,防噴器用導(dǎo)鏈掛在平臺上,減少防噴器對環(huán)形鋼板的壓力。井口安裝好后,拔出限位銷釘。4.2油管內(nèi)鉆孔首先探?jīng)_油管底堵,下入13/8″空心抽油桿,在12.17m(鉆臺面為0m、以下深度均以鉆臺面為基準(zhǔn))位置遇阻,確定為砂面。接水龍頭,沖砂至38.99m不再進(jìn)尺,確定為底堵位置,返出物為渾濁的泥砂。其后利用LCC化學(xué)聚能打孔技術(shù)進(jìn)行油管內(nèi)打孔,打孔深度為37.19~36.39m。打孔后井口壓力為1.4MPa,緩慢打開放壓閘門,返出天然氣以及少量油、水。正擠壓井,泵壓由2MPa逐漸下降至1MPa,停泵觀察,無返出。打孔建立通道后即實(shí)施井筒內(nèi)封固,擠水泥前先打入12m3的80℃清水作為前置液,之后擠入密度為1.85~1.90g/cm3水泥漿56.7m3(符合封堵射孔層段及井筒內(nèi)水泥用量設(shè)計(jì),即實(shí)現(xiàn)完全封固)。下入倒扣撈矛將上部油管倒出,累計(jì)撈出27/8″油管13.2m(在鉆臺面以下20.2m)。下入41/2″套管刮削器刮削至該位置,并在該處下入41/2″橋塞封閉。4.3套銑固結(jié)井治理該井所處區(qū)塊第三系水層底界位于地平面以下70m附近(冰面位于地平面以下17m、鉆臺面高于冰面3m)。依據(jù)SY/T6646-2006封堵和棄井作業(yè)的主要目的之一是保護(hù)淡水層,使其免受地層流體或地表水竄入污染,因此該落江井的治理還需對套管外無水泥固結(jié)的地方實(shí)施套銑(至水層底界以下30m以上)并二次固井,對淡水層底部進(jìn)行封堵。首先設(shè)計(jì)應(yīng)用Φ282mm套銑鉆頭套銑至30m處,下入95/8″套管作為屏蔽導(dǎo)管,以隔離淺部流砂層、建立良好的泥漿循環(huán)通道。再于生產(chǎn)套管內(nèi)下入機(jī)械式內(nèi)割刀,在13.7m位置(泥面以下6.7m,依據(jù)海洋石油安全管理細(xì)則遺留管柱應(yīng)下臥江底4m以下)處切割,撈出切割后的41/2″套管。之后下入Φ215mm套銑鉆頭+7″套銑管+方鉆桿,套銑至91.75m。注入密度為1.85g/cm3水泥漿9.5m3封固原井套管外部(即套銑管內(nèi)外環(huán)空)。卸掉方鉆桿(7″套銑管魚頂位于泥面以下6m),起出95/8″套管候凝,完井。5工作倉、冰面分揀作業(yè)井a(chǎn))扶余油田X28-8落江井所處松花江底,僅有少部分管柱裸露,其作業(yè)環(huán)境狀況復(fù)雜,采取冬季冰上作業(yè)施工的方式可有效減除安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),現(xiàn)場實(shí)際施工表明作業(yè)平臺和護(hù)筒工作倉建立、冰面運(yùn)送作業(yè)設(shè)備的方案設(shè)計(jì)安全可靠、施工過程簡明可控,是治理此類隱患井的有效方法。b)由于該隱