普光氣田大灣區(qū)塊完井工藝技術(shù)

唐宇祥 古小紅 楊廷玉 曹言光 董琴剛 王龍飛

1．中國石化天然氣工程項(xiàng)目管理部工程技術(shù)處 2．中國石化中原油田普光分公司天然氣技術(shù)管理部3．中國石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院

四川盆地普光氣田大灣區(qū)塊屬于高壓、高產(chǎn)、高含硫化氫氣藏，多采用水平井完井方式（裸眼完井和套管射孔完井兩種方式），水平井投產(chǎn)井段長（跨度為785～1 200m），儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。因此，大灣區(qū)塊氣井的投產(chǎn)具有更多的難點(diǎn)：①投產(chǎn)井段較長，傳統(tǒng)的籠統(tǒng)酸壓（化）方式無法均勻布酸以實(shí)現(xiàn)差氣層改造的效果；②套管水平井射孔井段長（311．2～1 215．5m），射孔管柱負(fù)荷大，存在傳爆失敗、起爆失敗、射孔管柱遇卡等風(fēng)險(xiǎn)；③氣井投產(chǎn)作業(yè)安全難度高、風(fēng)險(xiǎn)大，尤其是裸眼井鉆塞軌跡難確定、裸眼段鉆穿后氣體的“上頂”難控制。

通過對(duì)一次管柱多級(jí)卡封、逐級(jí)投球打開各層滑套改造儲(chǔ)層完井投產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究與試驗(yàn)，至2012年3月，在大灣區(qū)塊進(jìn)行了4口裸眼水平井和4口套管水平井的分段完井投產(chǎn)作業(yè)，完井管柱下入順利，分段改造效果明顯，作業(yè)過程安全可控。

1 完井管柱的下入作業(yè)

針對(duì)大灣水平井這些特點(diǎn)，利用“分段封隔器＋分級(jí)滑套”的技術(shù)思路，采用分段完井管柱實(shí)施儲(chǔ)層分段改造。根據(jù)大灣水平井的儲(chǔ)層特征將每口水平井分2～3段進(jìn)行改造，分段封隔器卡點(diǎn)卡在夾層井段，每段跨度300～500m。

套管完井水平井，采用一趟下入完井管柱，管柱結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 套管水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)圖

為防止管柱下井過程出現(xiàn)遇卡遇阻的現(xiàn)象，裸眼完井水平井采用兩趟管柱下入（懸掛封隔器及以下管柱為第一趟，之上管柱為第二趟）。水平分段管柱采用鉆桿送入后丟手，回接管柱采用合金油管。管柱結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 裸眼水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于套管監(jiān)測水平井（D404－2H），為避免在一次管柱下入過程中出現(xiàn)緊急情況，需要關(guān)井剪斷監(jiān)測電纜，也采用兩趟管柱下入。管柱結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 套管監(jiān)測水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于分兩趟下入的管柱，底端采用隔斷球座＋浮鞋的結(jié)構(gòu)：①使完井管柱具備洗井通道，提高分段完井管柱下入過程中遇阻、遇卡后的解卡處理能力，方便實(shí)施壓井等措施；②因?yàn)閮商讼氯牍苤鳂I(yè)復(fù)雜，采用此結(jié)構(gòu)可使水平段管柱坐封后井筒與地層隔斷，防止回插管柱時(shí)出現(xiàn)管內(nèi)氣竄。

3種水平井的完井管柱均在氣層上部合金套管處下入抗H2S、CO2腐蝕的永久式封隔器；油管及井下工具還要滿足酸壓施工及后續(xù)生產(chǎn)的要求，必須具有耐高溫、高壓的性能和良好的氣密性，因此，管柱使用VAM TOP等金屬氣密封扣連接。

對(duì)于一些套管變形井，下端增加一個(gè)遇油膨脹封隔器，起到隔絕酸性氣體的作用，避免腐蝕套管變形段非合金套管［1－3］。

根據(jù)氣井配產(chǎn)要求，以生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析為手段，綜合考慮氣井臨界攜液流量、沖蝕臨界流量和油管尺寸對(duì)酸壓（化）施工的影響，確定普光氣田大灣區(qū)塊水平井酸壓生產(chǎn)一體化管柱生產(chǎn)油管采用88．9mm、壁厚6．45mm 或7．34mm 的SM2550－125或 G3－125合金油管。個(gè)別探井利用井采用73mm、壁厚5．51 mm合金油管。

通過管柱受力分析，各井所采用管柱結(jié)構(gòu)的管柱抗拉、抗內(nèi)壓安全系數(shù)均滿足施工要求。

2 完井主體技術(shù)

2．1 裸眼井段處理技術(shù)

井筒處理過程中遇到的第一個(gè)技術(shù)難題是鉆塞開窗。對(duì)于裸眼水平井，在鉆井完井后為了有效保護(hù)套管，在套管鞋附近都留有一段水泥塞。水泥塞大都處于造斜段，狗腿度較大，鉆頭易偏離軌跡、損壞合金套管，甚至出現(xiàn)新井眼。為此，在裸眼水平井鉆塞過程中引入先進(jìn)的MWD隨鉆定向技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤井眼軌跡，及時(shí)調(diào)整鉆頭工具面角，并結(jié)合氣測、巖屑錄井和鉆時(shí)錄井等技術(shù)，及時(shí)掌控鉆頭位置，防止鉆塞軌跡出現(xiàn)偏差。

井筒處理過程的第二個(gè)技術(shù)難題是管柱遇阻、卡鉆。大灣裸眼水平井鉆塞后殘留水泥塊脫落可能導(dǎo)致卡鉆；裸眼井段井眼不規(guī)則，也會(huì)導(dǎo)致管柱起下鉆過程遇阻、遇卡。因此，裸眼水平井在套管段鉆塞完之后即進(jìn)行套管段通井刮削，然后再鉆裸眼段水泥塞。裸眼段處理方面，采用3次通井管柱分別通井。第1次是鉆頭通井管柱，該管柱總體直徑小，綜合機(jī)械性能強(qiáng)，保證處理管柱阻卡時(shí)能以較大鉆壓和扭矩鉆進(jìn)。第2次是鉆頭＋單銑柱通井管柱，其中銑柱直徑接近最大完井工具的外徑。該通井管柱主要用以試探完井管柱與裸眼井段的適應(yīng)性，處理不規(guī)則井壁。第3次是鉆頭＋雙銑柱通井管柱，以兩根大直徑銑柱模擬完井管柱下井，只要該管柱能順利通過，就可以保證完井管柱下入井內(nèi)不遇阻卡。

井筒處理的第三個(gè)技術(shù)難題是井漏。裸眼水平井段容易發(fā)生井漏、溢流、憋漏地層等復(fù)雜情況，采取了相應(yīng)的4條鉆塞措施：①鉆塞使用合適密度的鉆井液，盡量保持近平衡鉆塞；②保持鉆井液有較好的流變性，開泵排量都要由小逐漸增大，進(jìn)入裸眼段，應(yīng)分段循環(huán)鉆井液破壞其結(jié)構(gòu)力；③漏失速度小于3m3／h，采取降低排量、提高鉆井液黏度或靜止堵漏的方法；④漏失速度大于3m3／h、小于10m3／h的漏失，立即停止鉆進(jìn)，起鉆至套管內(nèi)，靜止堵漏或橋塞堵漏。

2．2 射孔工藝

大灣區(qū)塊長井段水平井射孔施工，管柱基本結(jié)構(gòu)沿用普光氣田主體射孔管柱結(jié)構(gòu)［4］，采用88．9 mmBG110SS或BG90SS壁厚為9．52mm和6．45 mm的防硫油管組合，管柱抗拉安全系數(shù)達(dá)到1．8。同時(shí)合理使用減震器及射孔器，使射孔時(shí)震動(dòng)和沖擊力有效減小，保護(hù)套管和油管。在177．8mm套管中選用102mm射孔槍，實(shí)現(xiàn)射孔穿深的前提下，增大了射孔槍與套管內(nèi)壁之間的間隙，減小了射孔槍身重量，降低了長槍身（約1 000m）、大井斜（70°～90°）射孔卡槍的風(fēng)險(xiǎn)。

為保證爆轟能量的傳遞、能一次性引爆所有射孔槍，研制了隔板增能器，形成了補(bǔ)償式傳爆技術(shù)。隔板增能器用在傳爆接頭的導(dǎo)爆索之間，使爆炸能量向一個(gè)方向聚集，沖擊波強(qiáng)度更大，提高了傳爆的可靠性。

延時(shí)起爆技術(shù)得到進(jìn)一步完善。研制出耐溫、慢燃速、溫度敏感系數(shù)小的新型鎢系延期藥，在不超過160℃環(huán)境溫度下可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)延時(shí)功能。采用隔板點(diǎn)火技術(shù)，有效地轉(zhuǎn)化了能量、增強(qiáng)了裝置密封性，提高了爆轟波點(diǎn)燃延期機(jī)構(gòu)的可靠性。

研制出低碎屑射孔彈。保持彈殼外形尺寸不變，壁厚增加，同時(shí)在彈殼內(nèi)腔軸向方向設(shè)置4條預(yù)置槽，降低了較小直徑的碎片數(shù)量、射孔槍或工具遇卡、小直徑彈殼碎片堵塞生產(chǎn)油管噴嘴的風(fēng)險(xiǎn)。

2．3 分段改造

套管水平井和裸眼水平井都采用了分段儲(chǔ)層改造技術(shù)。套管水平井采用膠凝酸分段酸壓工藝，裸眼水平井采用膠凝酸分段酸化工藝。

在各分段范圍內(nèi)選擇大排量籠統(tǒng)注酸工藝，以期在解除儲(chǔ)層污染的同時(shí)，消除射孔或鉆井中形成的壓實(shí)層傷害和固體微粒堵塞，提高近井地帶裂縫導(dǎo)流能力。采用前置酸解除近井地帶鉆井液污染和屏蔽暫堵，降低施工壓力；然后采用膠凝酸多級(jí)注入壓開地層并使裂縫向地層深部延伸，同時(shí)降低酸液在地層中的濾失，用鹽酸作為閉合酸化階段的酸化工作液，用于提高閉合裂縫導(dǎo)流能力，溝通儲(chǔ)層的有效天然裂縫系統(tǒng)。加入高效起泡劑，提高殘酸返排能力，改善殘酸返排不利的難題。

大灣氣田水平井水平段長、吸酸剖面大，如果注酸排量過低，會(huì)造成大量酸液在近井消耗，靠近垂直井段的上部儲(chǔ)層能夠解除污染，而水平段中部、下部酸化解堵不徹底；如果排量過高，壓開裂縫可能導(dǎo)致存在邊底水影響的氣井提前見水，最終降低采收率。在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化，對(duì)應(yīng)用73mm管柱的井主體酸采用3．0～5．0m3／min的排量，對(duì)應(yīng)用88．9 mm管柱的井主體酸采用6．0～10．0m3／min的排量，前置酸排量為2．0～4．0m3／min。

2．4 井控管理

普光氣田大灣區(qū)塊氣藏高壓、高產(chǎn)、高含硫化氫，氣井起下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大。

由于裸眼水平井氣層暴露面積大、產(chǎn)能高、作業(yè)井控風(fēng)險(xiǎn)大，井控設(shè)備采用2FZ28－105EE級(jí)液壓（半封＋全封）閘板＋2FZ28－105EE級(jí)液壓（剪切＋半封）閘板＋FH28－70EE環(huán)形防噴器的組合配置（圖4）。裸眼井作業(yè)施工可能涉及不同規(guī)格的鉆桿或油管，因此，多增加了一個(gè)環(huán)形防噴器，能保證多種工況條件下發(fā)生溢流或井涌異常時(shí)，井口能得到及時(shí)有效的控制。

圖4 作業(yè)井控裝置示意圖

在內(nèi)防噴工具環(huán)節(jié)，鉆臺(tái)上準(zhǔn)備70MPa井口旋塞閥2個(gè)以及相應(yīng)的變扣短節(jié)，組成內(nèi)防噴工具總成；鉆塞、通井等井筒處理工序使用井下回止閥，安裝在鉆柱的尾部或靠近鉆頭處，用于鉆遇高壓氣層或裸眼段圈閉高壓氣體時(shí)防噴；完井管柱管鞋位置使用了隔斷球座和浮鞋雙重防噴工具，能在分段管柱坐封懸掛時(shí)提前封閉井眼，杜絕管內(nèi)井噴事故。

大灣區(qū)塊地層壓力當(dāng)量密度僅1．01～1．10g／cm3，根據(jù)相關(guān)規(guī)定［5］，壓井液密度應(yīng)取1．16～1．25 g／cm3。對(duì)于套管井，在射孔后采用屏蔽暫堵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)完井管柱的安全下入；而對(duì)于裸眼井，則采用橋接暫堵技術(shù)，暫時(shí)封閉產(chǎn)層，拓寬氣層壓力窗口，防止地層噴漏。壓井液方面，使用了高溫穩(wěn)定防氣竄效果好的聚磺鉆井液與橋接暫堵防漏液體為主體的壓井液體系，密度值附加值［5］執(zhí)行上限值0．15g／cm3，以維護(hù)裸眼井段與氣層的穩(wěn)定，從技術(shù)上保證作業(yè)過程始終處于一級(jí)井控狀態(tài)。循環(huán)壓井過程中通過控制回壓，提高井底壓力，阻止儲(chǔ)層天然氣侵入井眼，改善了壓井效果。

3 結(jié)論

1）對(duì)于長井段水平井，采用多趟分段完井管柱，既能有效降低管柱阻卡風(fēng)險(xiǎn)，又有利于對(duì)非均質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造。

2）應(yīng)用補(bǔ)償式傳爆、高精度延時(shí)傳爆和低碎屑射孔彈等射孔配套技術(shù)，有效地降低了傳爆失敗的概率和管柱遇卡的風(fēng)險(xiǎn)。

3）對(duì)于水平井，前期井筒處理十分重要。裸眼井鉆塞采用MWD隨鉆測量工具，確保沿原井眼軌跡鉆進(jìn)；套管井在射孔前酸浸井筒，避免卡槍的風(fēng)險(xiǎn)。

4）套管水平井采用膠凝酸分段酸壓工藝，裸眼水平井采用膠凝酸分段酸化工藝，既能保證井眼完整，又能實(shí)現(xiàn)均勻布酸，最大限度地改善近井地帶儲(chǔ)層物性；酸液加入高效起泡劑，提高殘酸返排能力，改善殘酸返排不利的難題。

5）裸眼井施工工具規(guī)格多，應(yīng)增加環(huán)形防噴器，便于井控；采用屏蔽暫堵或橋接暫堵技術(shù)，能極大程度降低管柱下入過程出現(xiàn)井涌井噴的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］孔凡群，張慶生，魏鯤鵬，等．普光高酸性氣田完井管柱設(shè)計(jì)［J］．天然氣工業(yè)，2011，31（9）：76－78．

［2］張慶生，吳曉東，魏風(fēng)鈴，等．普光高含硫氣田采氣管柱的優(yōu)選［J］．天然氣工業(yè)，2009，29（6）：91－93．

［3］石俊生，古小紅，王木樂，等．普光高含硫氣田裸眼水平井投產(chǎn)工藝技術(shù)［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（1）：71－74．

［4］趙開良，吳永清，姚慧智，等．高含H2S深層天然氣藏長井段射孔技術(shù)［J］．測井技術(shù)，2010，34（4）：398－402．

［5］中國石油化工集團(tuán)公司．Q／SH 0021—2009川東北含硫化氫天然氣井修井作業(yè)推薦作法［S］．北京：中國石化出版社，2009．