摘 要

——以四川盆地元壩氣田為例摘　要：四川盆地元壩氣田具有超深、高壓、高溫、高含酸性腐蝕氣體的特點。完井投產(chǎn)過程中，腐蝕條件惡劣，安全風(fēng)險大，對管柱的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)要

——以四川盆地元壩氣田為例

摘　要：四川盆地元壩氣田具有超深、高壓、高溫、高含酸性腐蝕氣體的特點。完井投產(chǎn)過程中，腐蝕條件惡劣，安全風(fēng)險大，對管柱的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)要求高；井筒條件限制，井筒凈化作業(yè)的風(fēng)險大、難度大；施工作業(yè)時間長，井控風(fēng)險大；儲層非均質(zhì)性強，作業(yè)井段長，針對性改造難度大。為此，通過對管柱結(jié)構(gòu)、腐蝕機理的研究，選擇了4C+4D鎳基合金材質(zhì)油管配合永久式完井封隔器的酸化—投產(chǎn)一體化管柱，滿足了酸化、測試及安全投產(chǎn)的需要；通過管柱設(shè)計、水動力學(xué)的計算，結(jié)合工藝措施優(yōu)化，形成的掃塞、超深小井眼通井工藝等井筒處理工藝技術(shù)，滿足了井筒凈化的需要，保證了投產(chǎn)管柱順利到位；通過對高含硫氣體在臨界狀態(tài)的分析計算，結(jié)合現(xiàn)場實踐，形成了配套井控安全設(shè)備，短起下測油氣上竄速度小于30m／h的井控安全工藝措施，保證了投產(chǎn)作業(yè)的井控安全；通過暫堵劑的研制和暫堵工藝的優(yōu)化，形成了多級暫堵交替注入酸化工藝。

關(guān)鍵詞：四川盆地  元壩氣田  高含硫  超深  高溫  高壓  完井投產(chǎn)  井筒處理  多級酸化  安全風(fēng)險控制

Safe completion and production technologies of a gas well with ultra depth，high temperature，high pressure and high H2S content：A case from the Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin

Abstract：The Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin is featured by ultra depth，high temperature，high pressure and high acidic corrosive gas content．In the process of completion and production，high requirements are proposed for string material and structure because of harsh corrosive conditions and high safety risks；wellbore constrains bring about a high risk and great difficulty to wellbore cleaning operation；the well control risk is very high due to a long working time；strong reservoir heterogeneity and long working section result in more difficulties in targeted modification．To achieve successful production，based on the research of tubing structure and corrosion mechanism，we adopted the acidification production integrated string composed of a 4C+4D nickel based alloy pipe and a permanent packer，meeting the demand of acidification，testing and safe production．Then，we conducted string design and dynamic calculation and combined process measure optimization to successfully develop plug elimination，ultra-deep slim-hole drifting，and other wellbore treatment technologies，meeting the requirement of wellbore cleaning and making the production string smoothly reach the designated position．Meanwhile，we developed a complete set of well control safety equipment and well control safety measures(short tripping to measure oil＆gas channel up speed of less than 30m／h)through the analysis and calculation of high sour gas in critical state and site practice，ensuring well control safety in production．Finally，we developed multistage temporary-plugging alternatl+ve i’nJecti’on and acidification process through the development of temporary plugging agent and the optimization of temporary plugging technology．

Keywords：Sichuan Basin，Yuanba Gas Field，high H2S content，ultra deep，high temperature，high pressure，well completion，production，wellbore treatment，multistage acidification，safety risk control

四川盆地元壩氣田長興組儲層埋藏深(7000m)、溫度高(160℃)、高含腐蝕介質(zhì)(H2S平均含量5.14％，CO2平均含量7.5％)，且儲層較薄，非均質(zhì)性強，井型主要采用大斜度井、水平井，完井方式為襯管完井。相對于國內(nèi)的主要酸性氣藏如普光、龍崗等開發(fā)難度更大，風(fēng)險更高^[1-2]。筆者通過超深水平井分段改造  生產(chǎn)一體化管柱設(shè)計、超深含硫氣井井筒處理、井控安全工藝、分流酸化等[藝研究，形成了一套適合元壩超深高含硫氣井的安全投產(chǎn)作、世措施和配套技術(shù)，確保了元壩氣田順利、安全投產(chǎn)。

1　完井投產(chǎn)面臨的主要難題

1．1　完井投產(chǎn)的高風(fēng)險、高難度與對可靠性的高要求之間的矛盾突出

元壩氣田周圍人口稠密，安全責(zé)任和社會責(zé)任重大。面對超深、高溫高壓、工況復(fù)雜、高含腐蝕劇毒性流體等情況，投產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)，施工作業(yè)方案要求高，實施難度大。

1．2　井筒條件限制，井筒準(zhǔn)備作業(yè)難度大

井筒斜深一般在7500m以上，井身結(jié)構(gòu)為193.7mm油套+Æ127mm襯管或Æ177.8油套+Æ114.3mm襯管，在掃水泥塞、通井、刮管等井簡準(zhǔn)備作業(yè)中，鉆具組合選擇受到井筒條件的限制。如何在安全作業(yè)的前提下，保證一個干凈、合格的井筒，需要對鉆具的組合、井筒作業(yè)的方式進(jìn)行優(yōu)化論證。

1．3　投產(chǎn)作業(yè)時間長，井控風(fēng)險高

投產(chǎn)管柱下入襯管上部，下深一般超過7000m。為保證長期投產(chǎn)的安全，需要進(jìn)行氣密封檢測作業(yè)。從起井控管柱、下完井投產(chǎn)管柱，到換裝井口共需要約168h。由于考慮到完井投產(chǎn)工具的限制，作業(yè)期間不能循環(huán)壓井液，因此長時間作業(yè)中，如何在保證井控安全的難度大。

1．4　長井段均勻布酸、全井段充分改造難度大

長興組水平段長度一般在700m左右，且儲層的性質(zhì)差異大，如何充分的改造儲層，實現(xiàn)均勻布酸的難度大。

2　超深水平井分段改造一生產(chǎn)一體化管柱設(shè)計

針對元壩氣田硫化氫分壓高、生產(chǎn)井段長及儲層非均質(zhì)性強的特點，模擬氣田的工況條件，進(jìn)行不同材質(zhì)腐蝕評價實驗，在對完井工具充分調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)開發(fā)的需要，優(yōu)化設(shè)計配套了生產(chǎn)完井一體化管柱。

2．1　材質(zhì)的優(yōu)選

元壩氣陽長興組儲層溫度在160℃，H2S平均含量5.14％，可能有單質(zhì)硫的存在，依據(jù)ISO 15156及腐蝕評價試驗，結(jié)合產(chǎn)量預(yù)測井筒內(nèi)部的溫度分布，在井深小于等于4000m選用4C類鎳基合金油管、718材質(zhì)完井投產(chǎn)工具，井深大于等于4000m選用4D類鎳基合金材質(zhì)及725材質(zhì)完井投產(chǎn)工具^[3-4]。132℃時長興組不同產(chǎn)量下對應(yīng)的井深如表1所示。

 

2．2　管柱結(jié)構(gòu)的選擇

完井投產(chǎn)管柱主要考慮到酸壓、測試、投產(chǎn)及井控安全的需要，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化完井投產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)為：安全閥流動短節(jié)+井下安全閥+安全閥流動短節(jié)+循環(huán)滑套+液壓坐封封隔器(含錨定密封總成)+磨銑延伸筒+剪切球座^[5-7]。

考慮到鋼絲作業(yè)能力及降低管柱的復(fù)雜性，不下入坐落短節(jié)，后期需要進(jìn)行井下取樣及相關(guān)作業(yè)時采用專門的配套工具進(jìn)行作業(yè)。

2．3　油管的選擇

根據(jù)“氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析”系統(tǒng)的分析，完井油管采用Æ89mm或Æ89mm+Æ73mm的復(fù)合油管能夠滿足攜液、抗沖蝕及增產(chǎn)要求(表2、3)。

 

 

根據(jù)抗管柱在酸壓、生產(chǎn)過程中的強度校核，最大限度地降低生產(chǎn)成本，油管柱選擇125鋼級Æ88.9mm×7.34mm+Æ88.9mm×6.45mm+Æ73mm×5.51mm復(fù)合油管。

3　超深含硫氣井井簡處理工藝

井筒的處理是完井投產(chǎn)成功實施的重要保障，為保證通井、洗井的順利，需結(jié)合水泥塊在鉆井液的沉降速度、不同排量下環(huán)卒返速、壓力損耗等。

3．1　水泥塊在鉆井液沉降速度的計算

要返出地面液體的上升速度為固體沉降速度的2倍及以上，固體物質(zhì)才能被順利的帶出地面，達(dá)到洗井的效果。根據(jù)力學(xué)分析及水動力學(xué)分析，可以得到固體在液相中的重力沉降速度，密度為3.0～3.15g／cm³硅酸鹽水泥在密度為1.3g／cm³的鉆井液，可計算得沉降速度詳見表4。

 

3．2　通井管柱組合及壓力參數(shù)計算

考慮到井筒條件，只能采用Gl05鋼級的Æ101.6mm、Æ88.9mm、Æ73.0mm／Æ60.3mm新鉆桿進(jìn)行通井作業(yè)。其參數(shù)及強度校核如表5所示。

 

當(dāng)洗井的排量達(dá)到500L／min時，最小上返速度0.52m／s，累計壓力損失23.95MPa，能夠順利帶出12mm及以下直徑的水泥塊(表6)，基本滿足洗井要求。

 

3．3　作業(yè)方式的設(shè)計

考慮到作業(yè)深度深，管柱抗拉余量小，處理事故能力有限，作業(yè)方式必須進(jìn)行優(yōu)化。即：①提前做好風(fēng)險辨識，掃塞過程中做好防磨、防鉆井液污染、防溢流、防漏及防卡鉆措施；②通井中，必須保證排量的控制，以充分脫氣及保證攜帶固體殘渣；③襯管通井中，必須進(jìn)行分段循環(huán)通井，嚴(yán)格控制下放噸位。

4　井控安全工藝措施

4．1　井控安全設(shè)備

采用兩套105MPa液壓雙閘板防噴器組合，EE級；配備與井筒內(nèi)管柱連接的105 MPa防硫防噴短節(jié)和防噴單根；配備雙機雙泵及循環(huán)儲備系統(tǒng)；準(zhǔn)備充足的井控備件及材料。

根據(jù)地層壓力70～80MPa，最大關(guān)井壓力48～55MPa，選擇105 MPa+70 MPa二級抗硫(EE級)節(jié)流流程，同時現(xiàn)場考慮雙向放噴、分離計量、保溫、正反循環(huán)壓井、自動點火等功能。

采用105MPa、HH級采氣樹，設(shè)計井下安全閥控制管線穿越通道。

4．2　投產(chǎn)管柱下入前的井控措施

組合下入投產(chǎn)管柱需要進(jìn)行氣密封檢測，耗時需要168h左右。為確保井控安全，元壩氣田前期均采用靜止觀察一個井控周期以保證井控安全，大量增加了整體作業(yè)時間和施工風(fēng)險。

根據(jù)高含硫氣井溢流壓井期間井筒超臨界相態(tài)特征：當(dāng)流體溫度壓力都大大超過臨界點，流體密度與溫度及壓力存在一一對應(yīng)關(guān)系，但不存在溫度壓力較小范圍變化會引起流體密度劇烈變化現(xiàn)象，油氣在壓井液中勻速上移，一直到過臨界點后，體積和上移速度才會顯著增加。因此，根據(jù)作業(yè)時間，井筒深度及高含硫氣體在超臨界狀態(tài)分析，可以計算得出當(dāng)最大油氣上傳速度在30m／h以內(nèi)，可以滿足投產(chǎn)管柱的安全作業(yè)。

元壩氣田在YB101-1H、YB204-1H井投產(chǎn)中進(jìn)行了試驗，在YB101-1H靜止觀察前測得氣體上竄速度為10.1m／h，靜止觀察180h后，氣體上移距離837m；在YB204-1H井中靜止觀察前測得氣體上竄速度為24.27m／h，靜止觀察150h后，氣體上移距離685.5m，氣體上竄速度均沒有明顯增加，驗證了氣體在壓井液中的運行規(guī)律(表7)。實踐證明，通過短起下測油氣上竄速度能夠滿足下完井投產(chǎn)管柱的井控需要。

 

5　長水平段多級暫堵交替注入分流酸化工藝

元壩氣田長興組氣藏非均質(zhì)性強，儲層段打開長度長，因此若采取籠統(tǒng)酸化適應(yīng)性較差，需要將高滲井段暫堵起來，從而逐步改變進(jìn)入各部位的酸量分布，盡量保證對整個水平段的均勻改造^[8-11]。

因此，采用多級暫堵交替注入分流酸化工藝，先利用高黏壓裂液和可降解纖維相配合，將高滲井段暫堵，讓酸液轉(zhuǎn)向進(jìn)入滲透率較低或傷害嚴(yán)重井段，改變水平段各部位的酸量分布；從而逐步改變進(jìn)入各部位的酸量分布，盡量保證對整個水平段的均勻改造。

通過試驗數(shù)據(jù)(表8)可以看到，在60℃以上，纖維在鹽酸中能夠很好地降解。暫堵后，纖維能夠顯著降低巖心的滲透率，通過酸化解堵，巖心滲透率能夠完全恢復(fù)(表9)。

 

 

6　現(xiàn)場實施

YBl01-1H井元壩氣田長興組②號礁帶的1口開發(fā)水平井，采用襯管完井，完鉆井深7971m(垂深6946.44m)，水平段長1023.88m，最大井斜角91.90°。井筒為Æ193.7mm油層套管+Æ127mm襯管。

該井采用G105鋼級的Æ101.6mm、Æ88.9mm、Æ73mm／60.3mm新鉆桿組合，順利完成了井筒內(nèi)掃塞作業(yè)，襯管段內(nèi)通井、洗井作業(yè)。通過短起下測油氣上竄速度方式，確定了安全了作業(yè)時間，滿足了投產(chǎn)管柱下入期間的井控安全要求。設(shè)計采用4C油管4000m，4D油管2690m，配套井下安全閥、循環(huán)滑套、永久式封隔器，坐封球座的酸化一投產(chǎn)一體化管柱，滿足了多級暫堵交替注入分流酸化的實施要求，酸化規(guī)模為：膠凝酸920m³，纖維1500kg，共采用兩級交替注入。纖維入地之后，施工壓力在13min內(nèi)由32.2MPa緩慢上升到41.3MPa，酸液分流轉(zhuǎn)向明顯，說明Ⅰ類儲層較好的暫時封堵，Ⅱ類儲層得到充分的改造。

酸化后求產(chǎn)，在穩(wěn)定油壓36MPa下測試天然氣產(chǎn)量82.5×10⁴m³／d，計算無阻流量為310.5×10⁴m³／d，滿足了開發(fā)的要求。

2012年以來，超深高溫高含硫氣井完井投產(chǎn)技術(shù)措施在元壩指導(dǎo)了11口井現(xiàn)場施工，成功率100％，保障了投產(chǎn)作業(yè)的順利實施。其中最大測試產(chǎn)量104.69×10⁴m³／d，最大井深7971m，創(chuàng)造了垂深最深高含硫水平井完井投產(chǎn)記錄。

7　結(jié)論

元壩氣田水平井完井投產(chǎn)工藝技術(shù)通過嚴(yán)細(xì)的基礎(chǔ)研究和現(xiàn)場實踐，基本上滿足了高溫、高壓、高產(chǎn)、高含H2S井等多種工況的完井投產(chǎn)難題。

1)超深水平井分段改造  生產(chǎn)一體化管柱投產(chǎn)管柱經(jīng)受了酸壓最大排量從3.1～7.1m³／min的考驗，滿足了儲層改造的要求；而且在改造、求產(chǎn)及關(guān)井期間，油套環(huán)空壓力變化正常，證實了管柱的可靠性，滿足了管柱安全投產(chǎn)的要求。

2)在井筒條件的限制下，通過對掃塞、通洗井管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，掃塞時控制鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量等關(guān)鍵參數(shù)，襯管段通井時控制排量、鉆壓、分段循環(huán)、反復(fù)劃眼等關(guān)鍵工藝，滿足了超深小井眼井筒凈化作業(yè)，在滿足井控安全的條件下，為投產(chǎn)管柱的順利下入提供了保證。

3)結(jié)合高含硫氣井溢流壓井期間井筒超臨界相態(tài)特征，通過理論計算和現(xiàn)場實踐相結(jié)合，證明通過短起下測油氣上竄速度時，在滿足上竄速度小于30m／h能夠滿足組下完井投產(chǎn)管柱期間的井控需要。

4)長水平段多級暫堵交替注入分流酸化工藝能夠有效解決長井段非均質(zhì)性強的難題，盡量保證對整個水平段的均勻改造。

 

參考文獻(xiàn)

[1]李相方．高溫高壓井測試技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2007：122-157．

LI Xiangfang．The well testing technology on high temperature and high pressure well[M]．Beijin9：Petroleum Industry Press，2007：122-157．

[2]蘇鏢，趙祚培，楊永華．高溫高壓高含硫氣井完井試氣工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J]．天然氣工業(yè)，2010，30(12)：53-56．

SU Biao，ZHAO Zuopei，YANG Yonghua．Completion and well testing technology in HTHP and high-H2S gas wells of the eastern Sichuan Basin[J]．Natural Gas Industry，2010，30(12)：53-56．

[3]裘智超，熊春明，常澤亮，等．CO2和H2S共存環(huán)境下井筒腐蝕主控因素及防腐對策——以塔里木盆地塔中I氣田為例[J]．石油勘探與開發(fā)，2012，39(2)：238-242．

QIU Zhichao，XIONG Chunming，CHANG Zeliang，et al．Major corrosion factors in the CO2 and H2S coexistent environment and the anticorrosion method：Taking Tazhong I Gas Field，Tarim Basin，as an example[J]．Petroleum Exploration and Development，2012，39(2)：238-242．

[4]薛麗娜，周小虎，嚴(yán)焱誠，等．高溫酸性氣藏油層套管選材探析——以四川盆地元壩氣田為例[J]．天然氣工業(yè)，2013，33(1)：85-89．

XUE gina，ZHOU Xiaohu，YAN Yancheng，et al．Material selection of the production casing in high temperature sour gas reservoirs in the Changxing Formation，Yuanba Gas Field，northeastern Sichuan Basin[J]．Natural Gas Industry，2013，33(1)：85-89．

[5]劉殷韜，雷有為，曹言光，等．普光氣田大灣區(qū)塊高含硫水平井完井管柱優(yōu)化設(shè)計[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(12)：71-74．

LIU Yintao，LEI Youwei，CAO Yanguang，et al．Optimal design on completion string of high sulfur horizontal well in Dawan Block in Puguang Gas Field[J]．Natural Gas Industry，2012，32(12)：71-74．

[6]趙海洋，鄔藍(lán)柯西，劉青山，等．不同完井方式下水平井不穩(wěn)定產(chǎn)能研究[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，34(5)：133-136．

ZHAO Haiyang，WULAN Kexi，LIU Qingshan，et al．A study on different completion methods of horizontal well productivity[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2012，34(5)：133-136．

[7]張智，李炎軍，張超，等．高溫含CO2氣井的井筒完整性沒計[J]．天然氣工業(yè)，2013，33(9)：79-86．

ZHANG-Zhi，LI Yanjun，ZHANG Chao,et al．Well bore integrity design of high-temperature gas wells containing CO2 [J]．Natural Gas Industry，2013，33(9)：79-86．

[8]何生厚．高含硫化氫和二氧化碳天然氣田開發(fā)工程技術(shù)[M]．北京：中國石油化工出版社，2008：207-212．

HE Shenghou．Engineering techniques for the development of gas fields with high contents of hydrogen sulfide and carbon dioxide[M]．Beijing：China Petrochemical Press，2008：207-212．

[9]何生厚，曹耀峰．普光高酸性氣田開發(fā)[M]．北京：中國石油化工出版社，2010．

HE Shenghou，CAO Yaofeng．Development of Puguang High Sour Gas Field[M]．Beijing：China Petrochemical Press，2010．

[10]孔凡群，王壽平，曾大乾，等．普光高含硫氣出開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J]．天然氣工業(yè)，2011，31(3)：1-4．

KONG Fanqun，WANG Shouping，ZENG Daqian，et al．Key techniques for the devclopment of the Puguang Gas Field with a high content of H2S[J]．Natural Gas Industry，2011，31(3)：1-4．

[11]曾大乾，彭鑫嶺，劉志遠(yuǎn)，等．普光氣田礁灘相儲層表征方法[J]．天然氣工業(yè)，20ll，31(3)：9-13．

ZENG Daqian，PENG Xinling，LIU Zhiyuan，et al．Charac terization methods of reef beach facies reservoirs in the Puguang Gas Field[J]．Natural Gas Industry，2011，3l(3)：9-13．

 

 

本文作者：蘇鏢  龍剛  許小強  伍強  丁咚  王毅

作者單位：中國石化兩南油氣分公司工程技術(shù)研究院