一种海上平台爆燃压裂井口泄压方法

摘要

本发明公开了一种海上平台爆燃压裂井口泄压方法，包括以下步骤：拆除生产甲板井口采油树，安装立管、由压井管汇和节流管汇构成的管汇组件、包含万能防喷器的井口防喷器组，起原井生产管柱，刮井作业后进行洗井，将井筒内液体替换成一定比重的压井液，起钻；下爆燃压裂施工管柱；爆燃压裂施工管柱上端口设置通过双吊环压住的钻盘面卡瓦，双吊环上端连接顶驱，爆燃压裂施工管柱上端通过高压软管和三通连接固井泵，三通另一端口连接泥浆池；打开压井管汇和节流管汇的阀门，将油套环空喷溅液体导向泥浆池，关闭万能防喷器；爆燃压裂加压点火；起出爆燃压裂施工管柱。本发明能够在确保井口及井下工具安全的同时，防止平台遭受油污污染。

说明书

技术领域

本发明涉及一种泄压方法，更具体的说，是涉及一种海上平台爆燃压裂井口 泄压方法。

背景技术

爆燃压裂是利用火药或者推进剂燃烧产生高温高压气体对地层进行压裂的 一项技术手段，又称为高能气体压裂，国内经过近三十年的研究与推广，已经发 展为一项基本成熟的、在各油田应用中取得了良好经济效益的、正在向综合性压 裂发展的油气层改造增产新技术。该项技术由于作业简单、费用低廉、效果突出， 特别适合于中国海上东海气田、南海东部油田等一些近水储层的压裂增产，是暨 水力压裂之后，海上油田在低渗储层开发方面探索的一项技术。

但是现有陆地油田爆燃压裂作业中常用的井口泄压方式存在安全风险和环 境破坏影响，例如电缆施工多采用敞开井口式泄压；管柱施工则多采用封隔器坐 封或者充填物构建覆盖层密封油套环空方式防止喷液，并采用缓冲短节来降低施 工管柱上窜的风险。敞开井口方式观察情况较多是井口突然喷溅一股约十米高的 液柱，易产生井场环境污染，同时易诱发井喷，还可能出现硫化氢或一氧化碳气 体泄漏。《高能气体压裂弹燃气组分安全性试验评价研究》、《高能气体压裂中CO 气生产及井口聚散规律研究》等期刊文献描述了部分火药产生一氧化碳的情况。

专利CN201310060014.8公开了一种埋砂高能气体压裂方法，同时阐述了专 利CN200810103910.7、专利CN200810103909.4和专利CN200920245191.2中的 不足之处。对于所示的作业方式，作业产生的油套环空压力采用了封隔器、气体、 充填物构建覆盖层进行格挡，井口相对安全，但是不利因素是增加措施难度、易 导致封隔器解封困难以及造成井下油管弯曲变形等问题，同时充填物构建覆盖层 在爆燃压裂高压情况下，还易使固体颗粒物压实储层，产生伤害，而冲砂和解堵 会增加作业工作量。

综上所述，目前井口泄压方式存在较大的安全隐患，而海上油田平台作业空 间狭窄，又面临海洋环境，对作业安全及环境保护要求更高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种海上平台爆燃压裂井 口泄压方法，能够在确保井口及井下工具安全的同时，防止平台遭受油污污染。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的海上平台爆燃压裂井口泄压方法，包括以下步骤：

步骤一，替换压井液：拆除生产甲板井口采油树，安装立管、由压井管汇和 节流管汇构成的管汇组件、包含万能防喷器的井口防喷器组，所述管汇组件和井 口防喷器组设置于中间甲板和作业甲板之间，起原井生产管柱，刮井作业后进行 洗井，将井筒内液体替换成一定比重的压井液，起钻；

步骤二，下爆燃压裂施工管柱；

步骤三，作业甲板安全操作：所述爆燃压裂施工管柱上端口设置通过双吊环 压住的钻盘面卡瓦，双吊环上端连接顶驱，所述爆燃压裂施工管柱上端通过高压 软管和三通连接固井泵，三通另一端口连接泥浆池；

步骤四，中间甲板安全操作：打开压井管汇和节流管汇的阀门，将油套环空 喷溅的液体导向泥浆池，关闭万能防喷器；

步骤五，爆燃压裂加压点火：固井泵打压点火，在延时起爆的同时打开三通 阀门，将爆燃压裂施工管柱内喷溅的液体泄压至泥浆池；

步骤六，爆燃压裂泄压完成后，起出爆燃压裂施工管柱。

所述步骤一中的压井液为添加氯化钾的加重海水或水，溶液密度1.01～ 1.05×10³kg/m³。

所述步骤二中的爆燃压裂施工管柱包括起爆装置和带火药的压裂枪，所述起 爆装置上端连接有减震器、转换接头、连接管，所述连接管由油管或钻杆构成。

所述步骤五中的固井泵打压，打压值为10～20MPa。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明对爆燃压裂施工管柱进行多重固定，在采用多级纵向减震器基 础上，采用井口防喷器组密封和顶驱配合双吊环压钻盘面卡瓦，上、中、下三个 方面对施工管柱进行有效固定，防止爆燃压裂施工管柱上窜；

(2)本发明中，关闭万能防喷器是通过万能防喷器关闭中间甲板上部连接 管外部的环形空间，以便减少连接管爆燃瞬间上窜幅度，同时将井筒内喷溅液体 泄压至泥浆池；

(3)本发明中，通过压井管汇和节流管汇可将油套环空中喷溅的液体直接 引流进入泥浆池，通过高压软管和三通可将爆燃压裂施工管柱内喷溅的液体直接 引流进入泥浆池，可防止平台喷溅油污或海洋污染；如果发生井喷或者井涌还可 以使用压井管汇进行压井作业，井口防喷器组也进一步确保了安全性，另外也避 免了有毒气体直接在井场扩散，保证了井口安全和环境整洁；

(4)本发明中，不直接采用封隔器、气体或者充填物构建覆盖层密封油套 环空，使套管压力正常释放，防止井下管柱由于高压而导致的扭曲变形或封隔器 解封困难；将井下密封方式更改为井口防喷器组密封，且压力经过管汇组件泄压， 完全减少了液体对工具的冲击压力；

(5)本发明中，不需要坐封封隔器或者填砂、冲砂作业，简化了作业流程， 用目前平台作业空间和设备即可开展，实现方便，安全可行；

(6)本发明中，由于不采用充填物构建覆盖层的方式，高压情况下不会造 成固体充填物堵塞储层，减少了储层污染；

(7)本发明中，由于井口压力得到正常释放，爆燃压裂施工管柱也安全， 可以进一步提高火药用量，以增强爆燃压裂的作用效果。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是图1中爆燃压裂施工管柱的结构示意图。

附图标记:1井筒；2爆燃压裂施工管柱；3生产甲板；4立管；5中间甲板； 6压井管汇；7节流管汇；8万能防喷器；9作业甲板；10钻盘面卡瓦；11双吊 环；12顶驱；13高压软管；14三通；15固井泵；16泥浆池；17配液罐；21转 换接头；22连接管；23压裂枪；24起爆装置；25减震器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的海上平台爆燃压裂井口泄压方法，包括以下步骤：

步骤一，替换压井液：拆除生产甲板3井口采油树，如图1所示，安装立管 4、由压井管汇6和节流管汇7构成的管汇组件、包含万能防喷器8的井口防喷 器组，上述部件的安装顺序及数量均可根据需要灵活变化，所述管汇组件和井口 防喷器组设置于中间甲板5和作业甲板9之间，所述井口防喷器组中还可包含闸 板防喷器等相关部件；起原井生产管柱，刮井作业后进行洗井，先用生产水洗井， 直至无油污及杂质，再将井筒1内液体替换成一定比重的压井液，保证井内无沉 淀物，起钻；所述压井液为添加氯化钾的加重海水或水，溶液密度1.01～1.05 ×10³kg/m³；

步骤二，下爆燃压裂施工管柱2，所述爆燃压裂施工管柱2包括起爆装置24 和带火药的压裂枪23，所述火药可设置于压裂枪23内部或外部，所述起爆装置 24上端连接有若干减震器25、若干转换接头21、若干连接管22，所述连接管 22可由油管或钻杆构成，所述减震器25、转换接头21、连接管22的数量和位 置均可以根据需要灵活设置，还可连接有相关工具，如图2所示；

步骤三，作业甲板9安全操作：所述爆燃压裂施工管柱2上端口设置通过双 吊环11压住的钻盘面卡瓦10，双吊环11上端连接顶驱12，所述爆燃压裂施工 管柱2上端通过高压软管13和三通14连接固井泵15，三通14另一端口连接泥 浆池16，所述固井泵15还可分别连接配液罐17和泥浆池16，便于固井泵15 打压时管线的泄压；

步骤四，中间甲板5安全操作：打开压井管汇6和节流管汇7的阀门，将油 套环空喷溅的液体导向泥浆池16，在后续作业过程中保持压井管汇6和节流管 汇7的阀门不关闭，以便在步骤五后，井筒1喷溅的液体通过压井管汇6和节流 管汇7进行泄压；关闭万能防喷器8，通过关闭万能防喷器8关闭中间甲板5上 部连接管22外部的环形空间，以便减少连接管22爆燃瞬间上窜幅度，同时将井 筒1内喷溅液体泄压至泥浆池16；

步骤五，爆燃压裂加压点火：固井泵15打压点火，打压值可为10～20MPa， 固井泵15上压力表突降后，表示点火成功，在延时起爆的同时，三分钟内打开 三通14阀门，将爆燃压裂施工管柱2内喷溅的液体泄压至泥浆池16；

步骤六，爆燃压裂泄压完成后，起出爆燃压裂施工管柱2。

实施例一：

步骤一中所述的压井液为密度为1.05×10³kg/m³的氯化钾加重海水。

步骤二、步骤三、步骤五和步骤六中所述的爆燃压裂施工管柱2从下至上主 要包含带固体火药的压裂枪23、起爆装置24、减震器25(3节)、转换接头21 (5个)、连接管22(若干钻杆)相关工具，具体相关工具参数及数量如表1所 示。

表1爆燃压裂施工管柱排炮表

步骤四中所述的万能防喷器8是水上防喷器组中环形防喷器，采用的是尺寸 13-5/8”，耐压等级35MPa，关闭万能防喷器8时，液压最大不运行超过15MPa， 通常液压控制在8.5-10.5MPa。

步骤五中所述的固井泵15打压，打压值为12.99～17.04MPa。

以实施的陆丰13-1油田6井为例，压井液密度η＝1.05g/cm³；g＝0.0098； 垂深h＝2480.0m；爆压井段温度115℃(剪切销随温度降低8％)。

(1)静液柱压力P_液＝ηgh＝1.05×0.0098×2480＝25.5MPa；

(2)单销实际剪切值：F₁＝S×(1-8％)＝3.67×(1-8％)＝3.3764， 其中，S为单销钉的剪切压力；

(3)井口附加安全压力值：P_安全＝12MPa；

(4)剪切销数:N＝(P_液+P_安全)÷F₁＝(25.5+12)÷3.3764＝11.1≈12颗；

(5)井口加压值

Pmax＝N×F₁×(1+5％)-P_液

＝12×3.3764×1.05-25.5

＝17.04MPa

Pmix＝N×F₁×(1-5％)-P_液

＝12×3.3764×0.95-25.5

＝12.99MPa

通过以上计算所需剪切销数：12颗；

起爆装置24所需打压：最小为12.99MPa，最大为17.04MPa。

实施例二：

本实施例与实施例一不同的是：步骤一中所述的压井液为溶液密度1.01～ 1.05×10³kg/m³的氯化钾水溶液。其余步骤的施工方法和施工参数均与实施例 一相同。

实施例三：

本实施例与实施例一不同的是：步骤二、步骤三、步骤五和步骤六中所述的 爆燃压裂施工管柱2中压裂枪23可采用直径51mm、60mm、73mm、89mm、102mm、 114mm、127mm、140mm、159mm、178mm型号；固体火药可采用单基发射药、双基 发射药、三基发射药和复合推进剂；起爆装置24还可使用撞击雷管，如型号为 HQBQ1-1；其余减震器25、转换接头21、连接管22相关工具数量和尺寸符合油 田标准尺寸，可灵活组合变换。

本实施例中，其余步骤的施工方法和施工参数均与实施例一相同。

实施例四：

本实施例与实施例一不同的是：步骤四中所述的万能防喷器8可采用锥形胶 芯环形防喷器、球形胶芯环形防喷器、组合胶芯环形防喷器，尺寸有7-1/16”、 9”、11”、13-5/8”、16-3/4”、20-3/4”、21-1/4”、26-3/4”；工作压力包括14MPa、 21MPa、35MPa、70MPa、105MPa等型号。

本实施例中，其余步骤的施工方法和施工参数均与实施例一相同。

实施例五：

本实施例与实施例一不同的是：使用爆燃压裂投棒点火，起爆装置24中需 要使用撞击雷管。步骤五的施工步骤是使用爆燃压裂投棒点火，投棒后在延时起 爆的同时，三分钟内打开三通14阀门，将爆燃压裂施工管柱2内喷溅液体泄压 至泥浆池16。

本实施例中，其余步骤的施工方法和施工参数均与实施例一相同。

本发明的现场应用实例：

①本发明应用于中国南海东部油田陆丰13-1油田26H井。该井于2014年5 月12日在中国海上油田首次实施爆燃压裂增产技术，施工井深为3040m-3054m， 使用了20公斤和40公斤火药进行实施，地层峰值产生峰值压力分别为49MPa、 60MPa。爆燃压裂施工管柱2采用5”+3-1/2”钻杆组合，使用了127mm射孔枪、 三级2-7/8”纵向减震器、YBK1-3D-TY型压力开孔起爆装置。采用本发明，油套 环空、钻杆均正常泄压，施工时钻杆无振动，起出钻杆及井下工具无异常。

②本发明应用于中国南海东部油田陆丰13-1油田6井。该井于2015年5 月28日在中国海上油田实施爆燃压裂增产技术，施工井深为2565m-2574m，使 用了20公斤火药进行实施，地层峰值产生峰值压力为50.18MPa。爆燃压裂施工 管柱2采用5”+3-1/2”钻杆组合，使用了127mm射孔枪、三级2-7/8”纵向减 震器、YBK1-3D-TY型压力开孔起爆装置。采用本发明，油套环空、钻杆均正常 泄压，施工时钻杆无振动，起出钻杆及井下工具无异常。

③本发明应用于中国南海东部油田陆丰13-1油田19H井。该井于2015年 12月24日在中国海上油田实施爆燃压裂增产技术，施工井深为2818m-2860m， 使用了20公斤火药进行实施，地层峰值产生峰值压力为58MPa。爆燃压裂施工 管柱2采用5”+3-1/2”钻杆组合，使用了127mm射孔枪、三级2-7/8”纵向减 震器、YBK1-3D-TY型压力开孔起爆装置。采用本发明，油套环空、钻杆均正常 泄压，施工时钻杆无振动，起出钻杆及井下工具无异常。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局 限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是 限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权 利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之 内。