蘇 鏢 龍 剛 許小強(qiáng) 伍 強(qiáng) 丁 咚 王 毅

中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

四川盆地元壩氣田長興組儲(chǔ)層埋藏深（7 000m）、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(chǔ)層較薄，非均質(zhì)性強(qiáng)，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(xiǎn)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(jì)、超深含硫氣井井筒處理、井控安全工藝、分流酸化等工藝研究，形成了一套適合元壩超深高含硫氣井的安全投產(chǎn)作業(yè)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(xiǎn)、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(huì)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(shí)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7 500m以上，井身結(jié)構(gòu)為193.7 mm油套＋ 127mm襯管或 177.8油套＋ 114.3 mm襯管，在掃水泥塞、通井、刮管等井筒準(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(gè)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(shí)間長，井控風(fēng)險(xiǎn)高

投產(chǎn)管柱下入襯管上部，下深一般超過7 000m。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(shí)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(chǔ)層的性質(zhì)差異大，如何充分的改造儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)均勻布酸的難度大。

2 超深水平井分段改造—生產(chǎn)一體化管柱設(shè)計(jì)

針對元壩氣田硫化氫分壓高、生產(chǎn)井段長及儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，模擬氣田的工況條件，進(jìn)行不同材質(zhì)腐蝕評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，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(jì)配套了生產(chǎn)完井一體化管柱。

2.1 材質(zhì)的優(yōu)選

元壩氣田長興組儲(chǔ)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(píng)價(jià)試驗(yàn)，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4 000m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4 000m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(shí)長興組不同產(chǎn)量下對應(yīng)的井深如表1所示。

表1 132℃時(shí)長興組不同產(chǎn)量下對應(yīng)的井深表

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(dòng)短節(jié)＋井下安全閥＋安全閥流動(dòng)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(shí)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 89mm或 89mm＋ 73mm的復(fù)合油管能夠滿足攜液、抗沖蝕及增產(chǎn)要求（表2、3）。

表2 油管組合在儲(chǔ)層酸化時(shí)管柱受力分析表

表3 氣井臨界沖蝕流量計(jì)算表

根據(jù)抗管柱在酸壓、生產(chǎn)過程中的強(qiáng)度校核，最大限度地降低生產(chǎn)成本，油管柱選擇125鋼級(jí) 88.9 mm×7.34mm＋ 88.9mm×6.45mm＋ 73mm×5.51mm復(fù)合油管。

3 超深含硫氣井井筒處理工藝

井筒的處理是完井投產(chǎn)成功實(shí)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)空返速、壓力損耗等。

3.1 水泥塊在鉆井液沉降速度的計(jì)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(dòng)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(jì)算得沉降速度詳見表4。

表4 水泥塊直徑與沉降速度關(guān)系表

3.2 通井管柱組合及壓力參數(shù)計(jì)算

考慮到井筒條件，只能采用G105鋼級(jí)的 101.6 mm、 88.9mm、 73.0mm／ 60.3mm新鉆桿進(jìn)行通井作業(yè)。其參數(shù)及強(qiáng)度校核如表5所示。

當(dāng)洗井的排量達(dá)到500L／min時(shí)，最小上返速度0.52m／s，累計(jì)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。

表5 井筒處理管柱強(qiáng)度數(shù)據(jù)校核表

表6 鉆井液排量與上返速度、壓力損失的關(guān)系表

3.3 作業(yè)方式的設(shè)計(jì)

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(xiǎn)辨識(shí)，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?jiān)虎垡r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(jí)；配備與井筒內(nèi)管柱連接的105MPa防硫防噴短節(jié)和防噴單根；配備雙機(jī)雙泵及循環(huán)儲(chǔ)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105MPa＋70MPa二級(jí)抗硫（EE級(jí)）節(jié)流流程，同時(shí)現(xiàn)場考慮雙向放噴、分離計(jì)量、保溫、正反循環(huán)壓井、自動(dòng)點(diǎn)火等功能。

采用105MPa、HH級(jí)采氣樹，設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)井控周期以保證井控安全，大量增加了整體作業(yè)時(shí)間和施工風(fēng)險(xiǎn)。

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(diǎn)，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(huì)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(diǎn)后，體積和上移速度才會(huì)顯著增加。因此，根據(jù)作業(yè)時(shí)間，井筒深度及高含硫氣體在超臨界狀態(tài)分析，可以計(jì)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(yàn)，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837 m；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(yàn)證了氣體在壓井液中的運(yùn)行規(guī)律（表7）。實(shí)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。

表7 油氣上竄速度對比表

5 長水平段多級(jí)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(qiáng)，儲(chǔ)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(gè)水平段的均勻改造［8－11］。

因此，采用多級(jí)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(gè)水平段的均勻改造。

通過試驗(yàn)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）。

表8 纖維降解率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表9 纖維暫堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

6 現(xiàn)場實(shí)施

YB101－1H井元壩氣田長興組②號(hào)礁帶的1口開發(fā)水平井，采用襯管完井，完鉆井深7 971m（垂深6 946.44m），水平段長1 023.88m，最大井斜角91.90°。井筒為 193.7mm油層套管＋ 127mm襯管。

該井采用G105鋼級(jí)的 101.6mm、 88.9mm、 73mm／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(shí)間，滿足了投產(chǎn)管柱下入期間的井控安全要求。設(shè)計(jì)采用4C油管4 000m，4D油管2 690m，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—投產(chǎn)一體化管柱，滿足了多級(jí)暫堵交替注入分流酸化的實(shí)施要求，酸化規(guī)模為：膠凝酸920m3，纖維1 500kg，共采用兩級(jí)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(chǔ)層較好的暫時(shí)封堵，Ⅱ類儲(chǔ)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(jì)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(shí)施。其中最大測試產(chǎn)量104.69×104m3／d，最大井深7 971m，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(shí)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(yàn)，滿足了儲(chǔ)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(shí)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(jì)，掃塞時(shí)控制鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量等關(guān)鍵參數(shù)，襯管段通井時(shí)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(jì)算和現(xiàn)場實(shí)踐相結(jié)合，證明通過短起下測油氣上竄速度時(shí)，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(jí)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(qiáng)的難題，盡量保證對整個(gè)水平段的均勻改造。

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