大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應(yīng)用

1、大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應(yīng)用劉爭芬，常輝，羅滿岐（中石化華北分公司第一采氣廠，河南鄭州 450006）摘 要：大牛地氣田氣井受產(chǎn)出水質(zhì)特征影響，井內(nèi)油管普遍有結(jié)垢現(xiàn)象，影響了氣井生產(chǎn)，為了解決井內(nèi)管柱結(jié)垢問題，提高氣井生產(chǎn)能力，有必要尋找一種有效的氣井油管除垢方法。根據(jù)大牛地氣田氣井結(jié)垢特征，通過對傳統(tǒng)機械除垢技術(shù)的缺點分析，優(yōu)選確定采用機械鉆銑除垢技術(shù)，根據(jù)大牛地氣田氣井管柱結(jié)構(gòu)特點，自主設(shè)計了該除垢方法所需的井內(nèi)油管除垢工具和鉆銑液配方，制定了除垢施工作業(yè)方案，并預(yù)先在地面進行了油管除垢試驗。最終選取了兩口氣井進行正式的現(xiàn)場鉆銑除垢作業(yè)，有效除去了井內(nèi)油管管柱的結(jié)垢物，氣井取得了良好

2、的增產(chǎn)效果，氣井產(chǎn)量比除垢前增加 30 %50 %。通過與相關(guān)的其它除垢技術(shù)進行比較，如水力噴射除垢技術(shù)，鉆銑除垢技術(shù)在氣井油管除垢方面效果更好。關(guān)鍵詞：大牛地氣田；油管結(jié)垢；鉆銑除垢；鉆銑液；水力噴射除垢doi:10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.031中圖分類號：TE935文獻標識碼：A文章編號：1673-5285（2015）01-0122-04Drilling and milling decaling technology of gas well'stube in Daniudi gas filedLIU Zhengfen，CHANG Hui，LUO

3、 Manqi（Gas Production Plant 1 of North China Branch Company of Sinopec，Zhengzhou Henan 450006，China）Abstract:Affected by the output water characteristics, gas wells tubing in Daniudi gas fieldgenerally have scaling phenomenon, this affects gas production. In order to solve the well string scaling pr

4、oblems and improve gas production capacity, it is necessary to find an effec tive tube descaling method. According to scaling characteristics of gas wells and shortcom ings of the traditional mechanical descaling, we select the drilling and milling machine descaling technology. Based on structural c

5、haracteristics of gas wells tube in Daniudi gas field, we design the wells tubing drilling and milling tools and cleaning liquid formulations,also we developed a descaling construction program and had a tube descaling test on the ground beforehand. Finally we conducted a field descaling operation in

6、 two wells and achieved good yield results. The gas production increased by 30 %50 % higher than before. Compared with other related technologies, such as hydro -jet descaling technology, the drilling and milling descaling technology has a better effect in terms of tube descaling in gas* 收稿日期：201410

7、-24基金項目：國家科技重大專項，項目編號：2011ZX05045。作者簡介：劉爭芬，女（1981-），山東德州人，工程師，碩士，主要從事天然氣管道設(shè)備防腐防垢工作，郵箱：lzf36100。劉爭芬等大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應(yīng)用第 1 期123wells.Key words :Daniudi gas field；tube scaling；drilling and milling liquid；water jet descalingmilling descaling；drillingand表 1 垢質(zhì)化驗結(jié)果大牛地氣田氣井普遍產(chǎn)液，水型多為 CaCl2，成垢離子豐富，氣井生產(chǎn)過程中易結(jié)垢附著

8、在井內(nèi)油管壁 上，部分氣井井內(nèi)油管結(jié)垢嚴重，使氣井產(chǎn)氣能力降 低，氣井排液困難，嚴重的甚至停產(chǎn)，影響了經(jīng)濟效益， 同時也為后期的動態(tài)監(jiān)測等作業(yè)帶來安全風(fēng)險1，2。近兩年，在井下作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)測試遇阻的情況，懷 疑與井內(nèi)管柱結(jié)垢有關(guān)，例如，2013 年共進行產(chǎn)氣剖 面測試 31 口井，其中有 13 口井在測試過程中遇阻，遇 阻率高達 42 %。因此，尋求一種井內(nèi)油管除垢技術(shù)成 為必要。井號項目D1-1-102D1-1-6D1-4-5CaCO3/%82.6079.9086.90MgCO /%5.308.906.203其他化合物/%12.1011.206.90垢質(zhì)類型碳酸鹽碳酸鹽碳酸鹽2除垢技術(shù)

9、優(yōu)選設(shè)計傳統(tǒng)的機械除垢方法中采用容積式電動機、銑刀、帶銑刀的沖擊錘或純液體的射流技術(shù)5，6。但銑刀和類 似的切削工具在作業(yè)過程中會危害管柱的完整性。另外，它們的尺寸受油井最小部位尺寸的限制。無論是銑 刀還是沖擊錘都沒有考慮到內(nèi)廓或直徑的變化，這將無法與現(xiàn)在的完井相適應(yīng)。所以只適合清除直管、無阻塞的管道，而對不規(guī)則管柱是不適合的。用銑刀除垢時 會遇到類似切削尺寸不能很好地得到控制，在井眼內(nèi)無法順利旋轉(zhuǎn)等問題，同樣除垢質(zhì)量較差7。針對傳統(tǒng)機械除垢的缺點，結(jié)合大牛地氣田氣井 結(jié)垢特點，自主設(shè)計制造了井內(nèi)機械除垢工具，設(shè)計了鉆銑除垢技術(shù)方案。2.1除垢工具優(yōu)選設(shè)計根據(jù)所要鉆磨的垢質(zhì)（碳酸型、硫酸型垢質(zhì)

10、）種類， 垢 質(zhì) 分 布（貼 油 管 內(nèi) 壁）以及油管內(nèi)徑尺 寸（62 mm，50.3 mm） 選取了外徑 58 mm、46 mm 的三翼合金除垢 磨鞋（見圖 2），該磨鞋在清除井壁結(jié)垢和井底可鉆磨硬物方面有不錯的效果?？紤]到鉆洗液的使用量以及作業(yè) 空間，分別選取了 54.1 mm 和 43 mm 的液壓電動機，排量分別為 120 L/min210 L/min 和 40 L/min90 L/min，1大牛地氣田氣井結(jié)垢特征大牛地氣田開采層位主要有山西組、太原組和石盒子組，氣井生產(chǎn)過程中普遍產(chǎn)液。氣田產(chǎn)出水的水型多數(shù)為 CaCl2，陽離子主要包括 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe

11、3+，陰離子主要包括 Cl-、HCO3-、SO4 。陰離子中的2-SO4 、HCO3 與陽離子中的 Ca 、Mg 結(jié)合，將會產(chǎn)生碳2-2+2+酸鈣、硫酸鈣、碳酸鎂等沉淀3，造成氣井結(jié)垢，從而堵塞氣井儲層和生產(chǎn)管柱，嚴重影響氣井的正常生產(chǎn)4。 井內(nèi)動管柱措施作業(yè)中提出的油管段中也發(fā)現(xiàn)均 有不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢位置多在喇叭口最后一根油管處（見圖 1）。為了確定大牛地氣田氣井油管中的垢質(zhì)成分，針 對措施井提出的油管內(nèi)的垢質(zhì)進行了化驗分析，根據(jù) 標準 HG/T3533-2003 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn) 物中灼燒失重測定方法測定油管垢樣有機物含量（見 表 1）。通過化驗結(jié)果可知，油管垢樣皆為酸溶

12、物，主要 為碳酸鹽垢，以鈣鎂鹽為主。且垢樣中含有 3 %6 %有 機物及少量鐵腐蝕產(chǎn)物。D1-1-102 井D1-4-5 井圖 1 氣井井內(nèi)管柱結(jié)垢圖D1-1-6 井124石油化工應(yīng)用2015 年第 34 卷工作排量范圍較低，入井液量較小。結(jié)合除垢工具，大牛地氣田油管機械鉆銑除垢工 具優(yōu)選組合8為：磨鞋+液壓電動機+雙作用循環(huán)閥+震 擊器+液壓丟手+雙瓣單流閥+卡瓦連接器+1.5"連續(xù)油 管，工具總長約 7 m；其原理為連續(xù)油管與上述井下工 具結(jié)合，通過水力電動機帶動磨鞋高速旋轉(zhuǎn)，對井內(nèi)垢 質(zhì)或堵塞物進行鉆磨，磨銑成細小碎屑返出，使氣井油 管通暢，使氣井進一步增加返排和生產(chǎn)。2.2

13、鉆銑液設(shè)計通過計算，油管直徑 60.3 mm 和 73 mm 時的臨界 攜液流量分別為 6 700 m3/d 和 9 300 m3/d。為了防止鉆洗液漏失入井內(nèi)，造成氣井生產(chǎn)困難，以及鉆洗液進入集氣站后能夠順利排出，采用 1 %KCl 溶液作為鉆洗 液，鉆洗液中加入 3 1 %的泡排劑以方便排液。2.3 施工方案設(shè)計現(xiàn)場施工需要的主要裝備有連續(xù)油管設(shè)備、拉液 運輸車、水泥泵車、吊車各 1 臺（套）。其中連續(xù)油管車用于連接除垢設(shè)備井下除垢，拉液運輸車用于盛放鉆 洗液，水泥泵車用于泵入鉆洗液為液壓電動機提供動 力，吊車為連續(xù)油管注入設(shè)備提供安全保障。施工流程 圖（見圖 2）。地面除垢試驗步驟為：（

14、1）安裝調(diào)試連續(xù)油管設(shè)備。（2）地面連接除垢工具串（自下而上）：除 垢 磨 鞋0.28 m（=65 mm）+電動機 2.2 m（=54.1 mm）+雙作 用 循 環(huán) 閥 0.185 m （ =54.1 mm）+1.5 連 接 器 0.33 m（=54 mm）；工具總長：2.99 m。（3）地面固定 31/2 結(jié)垢油管，連接水泥車。（4）下放連續(xù)油管除垢工具探結(jié)垢位置，開泵實施 除垢作業(yè)，泵壓 25 MPa28.9 MPa，排量 180 L/min220 L/min，加壓 0.5 T1 T，用液 5 m3，成功清除 31/2 油 管前 3 m 內(nèi)污垢。地面除垢試驗顯示除垢效果較好，并明確了井下

15、施工作業(yè)相關(guān)參數(shù)，為井下除垢作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。3.2氣井施工參數(shù)現(xiàn)場選取 D47-7（73 mm）和 D66-55（60.3 mm）初 步判斷結(jié)垢較嚴重的兩口氣井進行鉆銑除垢作業(yè)，以 D47-7 井為例進行除垢效果分析。D47-7 井為山 1+太 2層合采井，完井部分井身結(jié)構(gòu)圖（見圖 3），該井無阻流 量為 14.383 3×104m3/d，喇叭口深度為 2 375.4 mm， 該 井作業(yè)前產(chǎn)氣量為 6 335 m3/d，周期性產(chǎn)液，產(chǎn)液量0.3 m3/d，該井采氣管線長約 1 630 m。按照鉆銑除垢方 案設(shè)計，該井施工參數(shù)（見表 2）。放空火炬注入頭73 mm 外加厚油管 248

16、根 2 375.2 m防噴器單井放分 液 罐喇叭口深度 2 375.4 m空管線2 402 m2 404.5 m2 414.5 m2 417 m2 439 m2 444 m；2 453 m2 456 m球座高 65 mm，外徑 50 mm，儲 液 罐采氣管線山150 噸吊車井口太 21 650 m地面球 31.8 mm套管：139.7 mm 下深：2 501.19 m鉆頭：215.9 mm 鉆深：2 503.00 m單井實探人工井底：2 470.56 m放空連續(xù)油配液罐圖 3D47-7 井太 2+山 1 氣層完井部分井身結(jié)構(gòu)示意圖雙機泵管設(shè)備表 2D47-7 井實際施工參數(shù)表圖 2 除垢現(xiàn)場施

17、工流程圖鉆銑液排液流程：當(dāng)鉆洗開始后，打開氣井回壓閥以及站內(nèi)放空管線，經(jīng)單井放空管線-走分液罐-油水 緩沖罐-放空火炬。流程目的為有效的帶出鉆洗液。項目參數(shù)鉆洗液清水+3 的 UT-11C排液量/m3遇阻深度/m2.52 370鉆洗深度/m排量（/ L·min-1） 泵壓/MPa 用液量/m32 3832003鉆銑除垢技術(shù)應(yīng)用效果3.1地面除垢試驗為了更加準確的確定井下除垢施工相關(guān)參數(shù)，預(yù) 先選取了一段的 89 mm 直徑有輕微結(jié)垢的油管進行了一次鉆掃除垢地面實驗。為了更加清晰的顯示除垢 效果，本次試驗向油管內(nèi)混入適量水泥，并候凝 36 h。6833.3氣井施工效果為了對比機械鉆銑除

18、垢技術(shù)效果9，此次作業(yè)還選 擇了 1 口井（D66-27 井）進行了連續(xù)油管水力噴射除劉爭芬等大牛地氣田氣井油管鉆銑除垢技術(shù)應(yīng)用第 1 期125垢10，11作業(yè)。三口井作業(yè)前后產(chǎn)氣量對比（見表 3）。表 3 除垢作業(yè)增產(chǎn)效果對比表2高清河，唐琳，陳新萍.油氣田結(jié)垢預(yù)測方法發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢J.大慶師范學(xué)院學(xué)報，2011，31（6）：60-63.Oddo J E，Sloan K M，Tomson B M.Simplified calculation ofCaCO3 saturation at high temperature and pressure in brine solutionJ.JPT，1

19、982，34（12）：2409-2412 尹先清，伍家忠，王正良.油田注入水碳酸鈣垢結(jié)垢機理分 析與結(jié)垢預(yù)測J.石油勘探與開發(fā)，2002，29（3）：85-87. 孫 海 虹 ，鄧 皓 ，張 欣 ，等 . 油 氣 田 除 垢機 理 與 應(yīng) 用 技 術(shù) 探 討J.斷塊油氣田，1999，6（5）：46-48.Oddo JE，Smith J P，Tomson M B，etc. Analysis o f and Solutions to the CaCO3 and CaSO4 Scaling Problems Encountered in Wells Offshore IndonesiaR.SPE 2

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21、6026.機械鉆銑除垢作業(yè)井水力噴射除垢作業(yè)井3項目D47-7D1-1-102D66-27作業(yè)前配產(chǎn)（/ m·3 d-1）作業(yè)后配產(chǎn)（/ m·3 d-1）6 0006 0008 50049 0008 0009 000增產(chǎn)比例/%50.033.35.95從作業(yè)增產(chǎn)效果對比可以看出，機械鉆銑除垢效果明顯優(yōu)于水力噴射除垢。64結(jié)論7（1）采用三翼合金除垢磨鞋的鉆銑除垢技術(shù)可以有效去除氣井油管內(nèi)壁碳酸鹽垢物，氣井除垢后增產(chǎn) 效果明顯優(yōu)于類似水力噴射除垢技術(shù)。（2）采用 1 %KCl 溶液作為鉆洗液，鉆洗液中加入3 1 %的泡沫排水劑更方便氣施工后排出鉆銑液。8910參考文獻：1 段黎明，郭艷萍，閆鳳平.碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測方法及應(yīng)用效果對比J.遼寧化工，2011，40（5）：512-514.11!（上接第 121 頁）說明現(xiàn)有的催化器具有良好的催化轉(zhuǎn)化甲醛的功能。參考文獻：1 梁瑋.甲醇汽油的研究開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀J.中外能源，2006，11（2）：95-1004結(jié)論（1）所研制的 M15 甲醇汽油在不改變現(xiàn)有汽油機 硬件的情況下與普通汽油相比，使用甲醇汽油功率