川東北地區(qū)“三高”氣井開采關(guān)鍵技術(shù)*

孫天禮 黃仕林 梁中紅 姚華弟

(中國(guó)石化西南油氣分公司川東北采氣廠)

1 基本情況

河壩1井位于四川盆地東北部通南巴構(gòu)造河壩場(chǎng)高點(diǎn)，該井于2004年11月完鉆，完井測(cè)試，在三疊系飛仙關(guān)組三段獲得無阻流量400×104m3/d以上的高產(chǎn)天然氣流。地層壓力111.1MPa，地層溫度151℃，微含H2S。

河壩1井飛三段于2007年4月中旬投入試采，試采方案設(shè)計(jì)合理產(chǎn)能為80×104m3/d。正常開井井口油壓86 MPa～89MPa，井口溫度72℃～80℃，最高關(guān)井壓力94.5MPa。由此可見，河壩1井屬高溫、高壓、高產(chǎn)氣井(簡(jiǎn)稱“三高”氣井)，也是目前國(guó)內(nèi)投入開發(fā)的井口壓力最高的氣井之一。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 井口及井下安全裝置選擇

(1)對(duì)于井口壓力超過80MPa和井口溫度超過70℃的氣井工礦條件下應(yīng)采用140MPa的進(jìn)口采氣樹。河壩1井在首次測(cè)試時(shí)采用了國(guó)產(chǎn)的KQ105采氣樹，均出現(xiàn)法蘭盤處或盤根處泄漏等危險(xiǎn)情況。之后該井井口采用了美國(guó)WOM公司的FF級(jí)140MPa采氣樹和美國(guó)EEC公司的EE級(jí)105高壓管匯臺(tái)，生產(chǎn)半年時(shí)間無異常事件發(fā)生。

(2)采氣樹選擇具有遠(yuǎn)程控制功能的液動(dòng)或啟動(dòng)閘閥，實(shí)現(xiàn)井口自動(dòng)操作和安全應(yīng)急關(guān)井。河壩1井采氣樹4號(hào)總閥采用遠(yuǎn)程控制液動(dòng)安全閥，兩翼10、11號(hào)閥門采用遠(yuǎn)程控制液動(dòng)平板閥，兩翼節(jié)流閥采用籠式節(jié)流閥(圖1)，實(shí)現(xiàn)了地面四起異常事件的緊急關(guān)井，保證了氣井安全生產(chǎn)。

(3)采用貝克休斯公司生產(chǎn)的117MPa的井下安全閥，實(shí)行液動(dòng)控制。河壩1井投產(chǎn)初期由于控制管線故障和操作失誤，造成兩次異常關(guān)井，并且每次打開井下安全閥難度逐次加大；在開關(guān)井過程中，控制管線由于井筒溫度影響導(dǎo)致壓力變化異常；日常生產(chǎn)過程中控制管線長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)(達(dá)到123MPa以上)，控制管線及各連接點(diǎn)存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。通過實(shí)踐認(rèn)為，在氣井完井狀況良好和井口套管頭及采氣樹壓力級(jí)別滿足工礦的條件下，可采用不安裝井下安全閥的方法，從而降低異常關(guān)井的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 高壓節(jié)流工藝裝置優(yōu)化及設(shè)備選擇

(1)高壓平板閘閥的選擇

在河壩1井測(cè)試和投產(chǎn)初期，采用了國(guó)產(chǎn)的EE級(jí)105MPa平板閘閥組，在高壓、高溫工礦環(huán)境下，發(fā)生了閘閥盤根老化、盤根刺壞、密封鋼圈泄露、閥門內(nèi)漏等多起故障或生產(chǎn)事故，現(xiàn)場(chǎng)操作工作強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)大，職工思想壓力也大。分析原因就是國(guó)產(chǎn)105MPa閘閥在高壓、高溫環(huán)境下密封盤根材料不過關(guān)，易老化、易破損；閘門加工精度不夠或材質(zhì)問題，閘閥內(nèi)漏嚴(yán)重且密封鋼圈密封不嚴(yán)。

經(jīng)過礦場(chǎng)實(shí)踐，選用進(jìn)口美國(guó)EEC公司生產(chǎn)的EE級(jí)105MPa金屬密封平板閘閥，并按照高壓區(qū)盡可能少使用閘閥的原則對(duì)高壓區(qū)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)(如圖1所示)，在高壓區(qū)使用進(jìn)口金屬密封閘閥，國(guó)產(chǎn)閘閥用于三級(jí)截流后(壓力低于20MPa，溫度低于50℃)的工礦條件，這樣很好的解決了高壓區(qū)易發(fā)生故障的難題。

注：圖中A為美國(guó)WOM公司FF級(jí)140采氣樹，4號(hào)總閥門為液動(dòng)平板閥，兩翼節(jié)流閥為籠式節(jié)流閥；B虛線內(nèi)所用閘閥為美國(guó)EEC公司EE級(jí)105平板閘閥，其余均為國(guó)產(chǎn)EE級(jí)105組件；油1路所列數(shù)據(jù)為按35×104m3/d配產(chǎn)下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，油2路所列數(shù)據(jù)為按38×104m3/d進(jìn)行直接開井時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

圖1河壩1井井口采氣樹及高壓管匯區(qū)生產(chǎn)工藝流程圖

(2)節(jié)流閥和節(jié)流級(jí)數(shù)選擇

經(jīng)過實(shí)踐認(rèn)為一般氣井采用固定式節(jié)流方式(通常所說的油嘴節(jié)流方式)比可調(diào)式節(jié)流方式(通常所說的針型閥)節(jié)流效果更穩(wěn)定、更耐用。對(duì)于“三高”氣井，采用普通油嘴(采用B35CrMo合金鋼)同樣容易被刺壞，特別是氣井測(cè)試初期，井內(nèi)帶有大量泥漿等雜質(zhì)時(shí)，對(duì)油嘴的損壞更為嚴(yán)重。主要破壞形式表現(xiàn)為：油嘴內(nèi)孔被刺擴(kuò)大、油嘴絲扣刺壞脫扣、油嘴套絲扣刺壞、油嘴套內(nèi)壁沖蝕槽、油嘴堵頭沖蝕坑等。另外合理的節(jié)流壓差也是保護(hù)油嘴的重要因素。

經(jīng)過河壩1井生產(chǎn)的實(shí)踐，總結(jié)出對(duì)于井口壓力高于80MPa的氣井，至少應(yīng)采用三級(jí)以上的節(jié)流方式，并合理分配各級(jí)節(jié)流壓差(如圖1中油1路所列的生產(chǎn)數(shù)據(jù))，使每級(jí)節(jié)流壓差控制在35MPa以內(nèi)；對(duì)普通油嘴進(jìn)行改進(jìn)，使油嘴堵頭增加一定厚度(大于1cm)的G8材質(zhì)的硬質(zhì)合金襯面，在油嘴和油嘴套之間采用外加銅墊的端面密封方式，從而成功地解決了油嘴易刺壞的難題。

(3)高壓管段連接方式選擇

河壩1井高壓工藝流程全部采用國(guó)產(chǎn)EE級(jí)105MPa高壓管，高壓管件采用法蘭連接方式，對(duì)使用的連接彎頭內(nèi)部流體接觸面都進(jìn)行了圓度處理，較好地消除了高壓焊接管線易產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題，且法蘭連接密封性好，同時(shí)也有利于生產(chǎn)過程中的設(shè)備檢修。經(jīng)過半年時(shí)間的使用，河壩1井所用105MPa國(guó)產(chǎn)高壓管、高壓管件并沒有出現(xiàn)異常情況，能夠滿足高壓工藝流程安全生產(chǎn)的要求。

2.3 開井方式選擇

高壓氣井開井不同于普通氣井開井：①高壓工礦條件下井口閘閥無法人工開啟；②開井瞬間高速氣流會(huì)對(duì)節(jié)流部位、高壓管段及其連接部位產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬間沖擊力；③節(jié)流效應(yīng)容易形成水合物，導(dǎo)致冰堵發(fā)生。較為穩(wěn)妥的開井方式是采用壓裂車先向井內(nèi)泵注清水，降低井口壓力后再開井。經(jīng)過河壩1井的生產(chǎn)實(shí)踐，摸索出了一套直接開井方式[1]，如圖1中油2路所列數(shù)據(jù)就是采用38×104m3/d的工作制度直接開井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其直接開井方式取得了成功應(yīng)用。

3 結(jié)論與建議

(1)對(duì)于井口壓力超過80MPa和井口溫度超過70℃的氣井工礦條件下應(yīng)采用140MPa的進(jìn)口采氣樹。采氣樹應(yīng)選擇具有遠(yuǎn)程控制功能的液動(dòng)或氣動(dòng)閘閥，以實(shí)現(xiàn)井口自動(dòng)操作和安全應(yīng)急關(guān)井。對(duì)于完井狀況良好且套管頭及采氣樹壓力級(jí)別滿足工礦條件的氣井，建議不安裝井下安全閥，以降低異常關(guān)井風(fēng)險(xiǎn)。

(2)按照高壓區(qū)盡可能少使用閘閥的原則進(jìn)行高壓區(qū)工藝設(shè)計(jì)，并在高溫高壓段選用進(jìn)口金屬密封平板閘閥。對(duì)于井口壓力高于80MPa的氣井，應(yīng)采用至少三級(jí)以上的節(jié)流方式，且每級(jí)節(jié)流壓差應(yīng)控制在35MPa以內(nèi)。對(duì)于高壓氣井應(yīng)采用固定式節(jié)流閥節(jié)流，通過增加硬質(zhì)合金內(nèi)襯、油嘴堵頭端面硬質(zhì)處理，以及增加銅墊進(jìn)行油嘴端面密封等措施可有效解決油嘴刺壞問題。國(guó)產(chǎn)法蘭連接方式的105MPa高壓管和高壓管件能滿足高壓區(qū)安全生產(chǎn)要求。

(3)高壓氣井開井不同于普通氣井開井。通過河壩1井生產(chǎn)實(shí)踐，摸索出一套針對(duì)“三高”氣井開井的直接開井方式，并取得了成功。

1 孫天禮，胡常忠 川東北高壓、高溫、高產(chǎn)氣井開井方式優(yōu)化[J]. 石油地質(zhì)與工程，2007，(5):78-79.