霍宏博 李金蔓 宋 闖 何瑞兵 張羽臣

(1. 西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500；2. 中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司， 天津 300459)

20世紀(jì)80年代是我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)的快速發(fā)展期，在渤海區(qū)域相繼建成了大批海洋油田。經(jīng)過(guò)近40年的開(kāi)發(fā)，部分油氣田資源逐漸枯竭，有關(guān)設(shè)施退役后將被棄置。2010年6月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等聯(lián)合印發(fā)的《海上油氣生產(chǎn)設(shè)施廢棄處置管理暫行規(guī)定》要求：“海上油氣生產(chǎn)設(shè)施廢棄處置應(yīng)堅(jiān)持安全第一，保障人身和財(cái)產(chǎn)安全；須采取有效措施避免對(duì)海洋環(huán)境造成污染和損害；應(yīng)消除或有效降低對(duì)其它海洋資源的開(kāi)發(fā)利用和海上交通安全的影響?！辈澈^(qū)域地質(zhì)環(huán)境和地理位置獨(dú)特，航道密集，且軍事區(qū)、漁業(yè)區(qū)、海洋生態(tài)紅線區(qū)相互交錯(cuò)[1]，是我國(guó)具有特殊意義的海區(qū)，安全和環(huán)保方面的要求更高。渤海的油氣井棄置作業(yè)過(guò)程中，在有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了一系列實(shí)踐探索。

1 渤海油田的棄井作業(yè)實(shí)踐

1990年，JZ20-2油田運(yùn)用定向爆破切割技術(shù)，進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)物的拆除，克服井下結(jié)構(gòu)物對(duì)井口回接和鉆井船就位的干擾，取得了良好的效果[2]。2012年完成了對(duì)CFD1-6平臺(tái)的整體拆除，這是渤海油田首個(gè)進(jìn)行整體拆除的平臺(tái)[3]。這次棄置作業(yè)的對(duì)象包括結(jié)構(gòu)鋼樁和2口廢棄油井，應(yīng)用樁內(nèi)排泥技術(shù)清除鋼樁內(nèi)部淤泥，以高速水流沖擊淤泥，通過(guò)氣舉和泵吸排出，給內(nèi)切割工具下入創(chuàng)造空間[4]，避免了外切割的海底清淤作業(yè)。2014年，對(duì)錦州21-1油田的WHPA平臺(tái)和錦州20-2油田的SW平臺(tái)進(jìn)行了整體拆除[5]。這2個(gè)平臺(tái)屬于在生產(chǎn)平臺(tái)，WHPA平臺(tái)共有8口氣井，SW平臺(tái)共有5口氣井，還有1口空井槽。其中部分井的油套、技套帶壓，井況復(fù)雜。與CFD1-6平臺(tái)的棄置作業(yè)相比，難度大大增加，雖成功完成了棄井作業(yè)，但作業(yè)工期較長(zhǎng)。

近年來(lái)，渤海油田調(diào)整側(cè)鉆井占比大，側(cè)鉆井需要進(jìn)行下部井段封堵、老井段棄置作業(yè)。渤海的探井在鉆探結(jié)束后也需要進(jìn)行老井段棄置和井口切割作業(yè)。探井棄井、調(diào)整井棄井、平臺(tái)井組整體棄置作業(yè)的成功實(shí)施，奠定了油氣井棄井的技術(shù)基礎(chǔ)，其中有多項(xiàng)技術(shù)可在未來(lái)的棄置作業(yè)設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

2 渤海油田的棄井技術(shù)略述

油氣井棄置作業(yè)主要包括：棄井前的壓井作業(yè)；井下生產(chǎn)管柱、完井工具拆除；井筒完整性風(fēng)險(xiǎn)治理，產(chǎn)層封隔；海底泥面下深度4 m以內(nèi)的結(jié)構(gòu)物拆除。其中，拆除生產(chǎn)管柱的主要目的是為產(chǎn)層封隔做準(zhǔn)備，為水泥塞封固產(chǎn)層提供空間；封隔產(chǎn)層就是要封隔地層流體進(jìn)入井筒的通道；井筒完整性治理，目的在于阻斷油氣從井筒外部上竄至地面的通道；拆除海底結(jié)構(gòu)物，是為避免殘留結(jié)構(gòu)對(duì)漁業(yè)、軍事、通航活動(dòng)造成不良影響。

2.1 棄井前的壓井

渤海油田的部分老井管柱中永久封隔器之上無(wú)循環(huán)通路，封隔器失效后會(huì)導(dǎo)致環(huán)空帶壓。有些氣井在封隔器之上的油套環(huán)空中圈閉了高壓氣體，井口壓力難以放空。因此，在拆除采油樹(shù)之前，需控制生產(chǎn)管柱內(nèi)外壓力，使套壓、油壓為零之后方可更換防噴器，進(jìn)行動(dòng)管柱作業(yè)。渤海油田采取的主要壓井方式是先對(duì)管內(nèi)進(jìn)行擠注壓井，使油壓歸零，然后對(duì)油管完整性較好的井采取油管打孔的方式，建立油套管之間的循環(huán)通道，循環(huán)排出油套之間的氣體。對(duì)生產(chǎn)管柱中存在永久封隔器且油管被腐蝕而抗拉強(qiáng)度降低的井采用了油管切割方式，在封隔器之上割斷油管，建立循環(huán)通道，循環(huán)排氣。

2.2 井下工具的拆除

棄井作業(yè)中要拆除的井下工具，包括井下的防砂管柱、沉砂封隔器、防砂封隔器和電泵、油管、過(guò)電纜封隔器等。在生產(chǎn)過(guò)程中，地層砂隨地層流體產(chǎn)出后與防砂管柱緊密膠結(jié)，強(qiáng)行起出防砂管柱可能會(huì)拉斷管柱。渤海油田在多口井中進(jìn)行了篩管套銑，就是使用套銑筒將防砂管柱與地層之間的膠結(jié)物拆除，再起出防砂管柱。在起管柱過(guò)程中遇到了篩管偏心、扶正器套銑困難等問(wèn)題，因此棄井工期較長(zhǎng)[6-7]。隨著完井技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)年使用的完井封隔器已不再使用，有關(guān)廠家也不再生產(chǎn)，因此部分封隔器回收工具缺失。另外，當(dāng)初井下使用的封隔器為永久封隔器，多數(shù)都需要套銑回收。通過(guò)對(duì)套銑管、套銑鞋和套銑參數(shù)的優(yōu)化，結(jié)合具體工況而優(yōu)選套銑鞋類(lèi)型，結(jié)果在多口井的套銑作業(yè)中有效提高了作業(yè)效率[8]。

棄井對(duì)象一般都經(jīng)歷了10年以上的生產(chǎn)期，部分井在整個(gè)生命周期中生產(chǎn)管柱未起出過(guò)，受井內(nèi)流體沖刷和腐蝕，管柱強(qiáng)度大大降低。起出井內(nèi)管柱過(guò)程中，易出現(xiàn)管柱斷裂掉落的問(wèn)題，需要打撈落井管柱，因此也會(huì)延長(zhǎng)作業(yè)周期。在南堡35-2油田、秦皇島32-6油田的棄井作業(yè)中，嘗試采用化學(xué)切割、連續(xù)油管切割等多種切割方式，取得了較好的效果[9-10]。對(duì)生產(chǎn)管柱采取分段切割、打撈的方式，在永久封隔器上部進(jìn)行套管切割，管柱斷口平整，有利于順利開(kāi)展管柱打撈作業(yè)。

部分井在棄置前套管外環(huán)空帶壓(這是井筒完整性問(wèn)題的標(biāo)志)，大多是由于套管外環(huán)空水泥封固質(zhì)量差。渤海油田S1井就存在套管外環(huán)空帶壓現(xiàn)象。作業(yè)中，運(yùn)用R. P. Wilkins等人提出的氣侵可能性計(jì)算方法，結(jié)合電纜測(cè)固井質(zhì)量，判斷出環(huán)空帶壓源于產(chǎn)層氣體通過(guò)環(huán)空竄入，從而確定套銑出固井質(zhì)量差井段的技術(shù)套管，在表層套管內(nèi)注水泥塞封隔油氣的技術(shù)思路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣竄通道的有效封隔[11]。

在棄井作業(yè)的機(jī)具選擇方面，渤海油田進(jìn)行了搬遷修井機(jī)棄井的技術(shù)嘗試。相比于修井機(jī)，鉆井船棄井作業(yè)的日費(fèi)較高，拖航費(fèi)用昂貴。在配備修井機(jī)的生產(chǎn)平臺(tái)，棄井作業(yè)一般采用修井機(jī)進(jìn)行。對(duì)于一些未配備修井機(jī)的生產(chǎn)平臺(tái)，則根據(jù)棄井工況，篩選采用可匹配的修井機(jī)[12]。

2.3 井口拆除技術(shù)

國(guó)內(nèi)和國(guó)外油田都曾利用聚能彈實(shí)現(xiàn)爆破拆除，可以達(dá)到很好的水下爆破切割效果。采用聚能爆破切割方法，工期短、費(fèi)用低[15]，但精確性受限，對(duì)海洋環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，這種技術(shù)不適合渤海油田。

3 有關(guān)新技術(shù)

3.1 管外套管環(huán)空測(cè)井

套管外帶壓井，受套管和水泥環(huán)的阻隔，常規(guī)的固井質(zhì)量測(cè)量方法如聲波幅度測(cè)井(CBL)、聲波變密度測(cè)井(VDL)等，難以確定套管外竄流位置。近年來(lái)，超聲蘭姆波已經(jīng)被應(yīng)用于套管外環(huán)空測(cè)井，這項(xiàng)技術(shù)原被用于薄板探傷檢測(cè)。斯倫貝謝公司研發(fā)的套后成像技術(shù)(IBC)，通過(guò)對(duì)超聲波脈沖回波和撓曲波波場(chǎng)的獨(dú)立測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)套管環(huán)空環(huán)境的描述以及對(duì)不同類(lèi)型水泥固井質(zhì)量的評(píng)價(jià)，可用于分析管外竄流、套管居中情況，輔助判定套管外水泥環(huán)竄槽位置，為后續(xù)封竄作業(yè)提供必要依據(jù)[16-17]。

3.2 一體化棄井工具

棄井作業(yè)包括切割套管、回收割斷套管、注水泥塞等多個(gè)作業(yè)工序，需要多趟鉆完成，作業(yè)工期長(zhǎng)，作業(yè)成本相對(duì)較高。目前已有對(duì)深水棄井一體化工具的設(shè)計(jì)，可在一套作業(yè)工具上集成套管切割工具、注水泥工具和套管打撈工具[18]；但淺海棄井工具的一體化還有待研究。在淺海的棄井作業(yè)與在深海有所不同，在淺海需在內(nèi)層套管中切割大尺寸外層套管，而各層套管間被水泥充填，水力割刀的切割效率相對(duì)較低。

3.3 隔水管整體拆除

泥面以下被割斷的隔水管長(zhǎng)度為30～50 m。目前提升到鉆臺(tái)面的隔水導(dǎo)管拆除，是采用打孔機(jī)在隔水導(dǎo)管上打孔，采用閘管鋸將隔水導(dǎo)管分為數(shù)段。由于內(nèi)部有多層套管和水泥，分段拆除的時(shí)間占了整個(gè)生產(chǎn)井棄置工期的8%～10%。針對(duì)渤海油田在某平臺(tái)的棄井作業(yè)，已有研究論證了采用浮吊配合鉆井船進(jìn)行隔水導(dǎo)管整體拆除的技術(shù)。首先利用鉆井船將隔水導(dǎo)管在海底泥面以下4 m的部分進(jìn)行切割，再通過(guò)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)平臺(tái)導(dǎo)管架的浮吊資源而拆除隔水導(dǎo)管，可以有效節(jié)省大型裝備的動(dòng)復(fù)員費(fèi)用。拆除隔水導(dǎo)管時(shí)，主要考慮浮吊的控制半徑、起升高度和鉤載[19]。

4 棄井作業(yè)將面臨的新問(wèn)題

渤海油田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中為增儲(chǔ)上產(chǎn)應(yīng)用了大量新技術(shù)。新技術(shù)的應(yīng)用提高了產(chǎn)量、節(jié)省了投資，但同時(shí)也給棄井作業(yè)增加了技術(shù)難度。比如單筒雙井、多分支井，可能成為未來(lái)?xiàng)壘鳂I(yè)的技術(shù)瓶頸。

2000年在渤海QK17-2地區(qū)首次應(yīng)用單筒雙井技術(shù)，成功地在一個(gè)井筒里鉆成了2口單獨(dú)的定向井[20]。此后這項(xiàng)技術(shù)在渤海地區(qū)得以廣泛推廣。在一根隔水導(dǎo)管中下入2口井的表層套管，可實(shí)現(xiàn)利用一個(gè)井槽完成2口井作業(yè)，為海洋工程結(jié)構(gòu)節(jié)約了空間。這種井一般采用Φ914.4 mm隔水導(dǎo)管，內(nèi)部容納2個(gè)Φ339.7 mm表層套管，每個(gè)表層套管內(nèi)又下入了Φ244.5 mm套管，某些井還下入了Φ177.8 mm油層套管。這種井套管緊貼上層套管井壁，在棄井作業(yè)中，要從內(nèi)層套管中割斷本井套管、鄰井套管和隔水導(dǎo)管，難度很大；要對(duì)雙井中的某一井精確地實(shí)行單獨(dú)切割，而不損壞另一口井的套管，難度就更大。

多分支井根據(jù)其是否防砂、井眼能否重入而分為1 — 6級(jí)。2002年，綏中36-1油田開(kāi)始應(yīng)用多分支井[21]，在一個(gè)主支上鉆成4個(gè)分支，有效提高了單井產(chǎn)能，日產(chǎn)量是周邊井的3倍。多分支井技術(shù)的應(yīng)用在渤海油田逐步推廣，綏中36-1-G43M井采用4級(jí)完井[22]。對(duì)于多分支井，目前難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有分支的再次進(jìn)入，井眼棄置作業(yè)需面對(duì)許多技術(shù)難題。

5 結(jié) 語(yǔ)

渤海油田在3座平臺(tái)、十余口生產(chǎn)油氣井整體棄井及數(shù)百口探井、調(diào)整井下部井段棄井作業(yè)過(guò)程中，形成了以棄井壓井技術(shù)、井下管柱套銑打撈拆除技術(shù)、存在井筒完整性風(fēng)險(xiǎn)井的棄置技術(shù)、海底泥面以下井口切割、分段拆除技術(shù)等多項(xiàng)棄井技術(shù)，成功解決了棄井作業(yè)過(guò)程中面臨的技術(shù)難題。通過(guò)梳理渤海油田的棄井技術(shù)和將來(lái)需要面對(duì)的技術(shù)難題，現(xiàn)針對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)及棄井作業(yè)提出幾點(diǎn)建議：

(1) 油氣田開(kāi)發(fā)應(yīng)從全生命周期角度考慮，在開(kāi)發(fā)初期就要顧及棄置階段的技術(shù)難度。

(2) 油田開(kāi)發(fā)應(yīng)有超前意識(shí)，注重環(huán)境安全，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。

(3) 建立健全井史記錄制度，為棄井處置留存相關(guān)資料。

(4) 海洋石油企業(yè)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)棄井技術(shù)研究力度，形成棄井技術(shù)體系。