東海氣井高低壓分層完井技術(shù)的研究與應(yīng)用

李艷飛，袁則名，和鵬飛，王喜杰

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

高壓氣井完井技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)海上油氣田開發(fā)面臨的主要難題之一。該類完井技術(shù)對(duì)工具氣密性要求較高，同時(shí)也需要在滿足井控條件下做到儲(chǔ)層傷害最低化[1，2]。隨著開發(fā)的深入，在同一口氣井中，出現(xiàn)高低壓層射孔分采的情況也隨之出現(xiàn)，例如海上某井，要在水平段裸眼開發(fā)平湖組P8層，在9-5/8″套管內(nèi)射孔開發(fā)平湖組P7層，兩層分采。但是P8層地層壓力系數(shù)為1.55，P7層壓力系數(shù)為1.16，壓力系數(shù)差距很大，這給傳統(tǒng)海上氣井完井技術(shù)帶來較大挑戰(zhàn)。如果使用完井工藝技術(shù)設(shè)計(jì)不合理，其后果將十分嚴(yán)重，如果在完井時(shí)出現(xiàn)上漏下噴的情況，不僅破壞儲(chǔ)層，還可能導(dǎo)致井噴失控、地面竄氣、火災(zāi)爆炸等災(zāi)難性后果。

1 作業(yè)背景及工藝技術(shù)難點(diǎn)

本文從三個(gè)角度分析了該井在完井作業(yè)過程中的難點(diǎn)。

（1）井控安全風(fēng)險(xiǎn)大，由于兩層壓力系數(shù)差異大，當(dāng)射孔結(jié)束后，兩個(gè)油氣儲(chǔ)層同時(shí)暴露在井筒之中，如果選擇較高密度的完井液則會(huì)壓漏較低壓力系數(shù)的P7層，如果選擇較低密度的完井液則不能壓穩(wěn)較高壓力系數(shù)的P8層，甚至?xí)霈F(xiàn)上漏下溢的現(xiàn)象。

（2）儲(chǔ)層受污染風(fēng)險(xiǎn)大，射孔作業(yè)后低壓層漏失，污染物進(jìn)入儲(chǔ)層會(huì)造成儲(chǔ)層污染。尤其是在氣井完井過程中一旦出現(xiàn)井漏的情況將會(huì)直接影響儲(chǔ)層保護(hù)從而影響氣井的產(chǎn)能。

（3）管柱功能需完善，密封性能要求高，該井的P7與P8兩個(gè)儲(chǔ)層壓力系數(shù)相差較大，且又是氣井，所以對(duì)完井工具的要求相對(duì)嚴(yán)格，不僅需要滿足不同壓力系數(shù)儲(chǔ)層的封隔而且需要保證良好的氣密性能。所以在完井管柱優(yōu)化及密封性方面需要得到保證。

2 關(guān)鍵技術(shù)方案研究

2.1 高密度無固相完井液

常規(guī)的無機(jī)鹽或甲酸鹽加重的無固相完井液密度已經(jīng)不能滿足該井作業(yè)要求。針對(duì)高壓井，通常采用溴鹽或甲酸銫加重的無固相高密度完井液，存在腐蝕性強(qiáng)、污染環(huán)境及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)；采用重晶石等固相材料加重，或者采用下部低密度完井液墊底，上部用加重鉆井液的方式完井，存在固相沉降填埋井下工具和損害儲(chǔ)層的風(fēng)險(xiǎn)[3-5]。針對(duì)此情況，上海分公司研發(fā)出一種代替溴鹽和甲酸鹽完井液體系，即新型高密度無固相清潔完井液。

新型高密度無固相清潔完井液是一種有機(jī)酸根陰離子和金屬陽離子及其他類型的陽離子螯合形成的鹽類物質(zhì)[6，7]。利用增溶技術(shù)和離子保護(hù)技術(shù)使得有機(jī)鹽具有很高的水溶解度，單組分水溶液密度可高達(dá)1.80 g/cm3，與常規(guī)無機(jī)鹽復(fù)配密度可達(dá)2.00 g/cm3。該完井液具有良好的流變性和熱穩(wěn)定性，并且在特定井下工況下對(duì)鋼材的腐蝕率低，除此之外該完井液與地層水、海水、沖洗液、甲酸鉀溶液和鉆井液進(jìn)行配伍性實(shí)驗(yàn)，均無分層、沉淀、絮凝和乳化現(xiàn)象產(chǎn)生，說明該完井液流體配伍性良好。

基于以上優(yōu)勢(shì)，本井準(zhǔn)備采用密度為1.62 g/cm3的新型高密度無固相清潔完井液對(duì)全井筒進(jìn)行壓井；同時(shí)用固化水體系防止鹽水在裸眼段和射孔段的滲漏，保護(hù)氣層的生產(chǎn)能力。

2.2 低壓層暫堵技術(shù)

高低壓分層完井時(shí)，上部低壓層不能被遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其儲(chǔ)層壓力系數(shù)的高密度完井液壓漏，低壓層暫堵液很好的解決了這個(gè)難題。本井在射孔作業(yè)后，采用1.62 g/cm3新型高密度清潔完井液壓井，作用在低壓層射孔段將有近13 MPa的正壓差，因此也需要用暫堵液對(duì)射孔段進(jìn)行暫堵，防止低壓層漏失，保護(hù)儲(chǔ)層。

2.2.1 暫堵液作用機(jī)理 為了防止中低滲儲(chǔ)層的水相圈閉損害，暫堵液體系利用高吸水高分子材料控制完井液體系中的自由水，并通過物理脫水作用在孔眼或井壁上形成暫堵層，并利用井下高溫（120℃以上）引起暫堵層的化學(xué)反應(yīng)，使暫堵層形成膠質(zhì)的人工井壁，有效地阻斷了壓井液在中低滲儲(chǔ)層的滲漏，解決了壓井液滲漏的技術(shù)難題，機(jī)理（見圖1）。這是一個(gè)技術(shù)上的突破，為中低滲儲(chǔ)層完井液的防水相圈閉和其他敏感性損害提供了一個(gè)新的技術(shù)思路和工藝[8，9]。

2.2.2 黏度 在現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)井況：比如漏失情況、壓力系數(shù)不同，來確定壓井液的黏度。黏度確定范圍后，可以調(diào)整配方中固化劑的加量，來調(diào)整體系的黏度。根據(jù)室內(nèi)的測(cè)定，暫堵劑加量在1%～2%時(shí)，體系的黏度在 25 mPa·s～120 mPa·s可調(diào)。在現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)，需專業(yè)人員指導(dǎo)操作，暫堵劑的加量以剛好束縛完體系中的淡水為最佳，同時(shí)在此條件下達(dá)到體系的最低黏度，以降低泵壓。

2.2.3 腐蝕性 暫堵劑體系在使用過程中，不能對(duì)井下的管材造成過大的腐蝕，所以在室內(nèi)按鹽酸酸化緩蝕劑的評(píng)價(jià)方法，將N80油管鋼片放于完井液中，在一定溫度下保溫24 h，根據(jù)鋼片的失重評(píng)價(jià)沖砂液對(duì)油套管的腐蝕，結(jié)果（見表1）。

圖1 暫堵液在巖心表面形成的暫堵層Fig.1 Temporary plugging layer formed on core surface

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，淡水配制的暫堵液對(duì)N80管材基本沒有腐蝕，用飽和鹽水配制的固化水體系腐蝕很小，不影響管材的正常壽命。

2.2.4 與地層水配伍性 在模擬地層水中混入等量的暫堵液，觀察混合液有無明顯沉淀、分層和絮凝。如果沒有上述現(xiàn)象說明固化水體系與地層水的配伍性好[10，11]，反之則配伍性不好，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看固化水體系和地層水混合后，沒有沉淀、分層和絮凝，說明暫堵液與地層水配伍性良好。

圖2 暫堵液與高密度完井液混合后的情況Fig.2 The temporary plugging fluid is mixed with high density completion fluid

2.2.5 與高密度無固相清潔完井液配伍性 在與高密度完井液配伍性實(shí)驗(yàn)中，暫堵液與高密度壓井液混合后，出現(xiàn)吸水顆粒變小，體系中自由水增加的情況，這是由于吸水顆粒在鹽水中，雙電層被壓迫，吸水顆粒中被吐出。但是并沒有產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的化學(xué)沉淀，因此不影響暫堵液的使用，只是需要從施工工藝上加以考慮，保證暫堵液體系的正常使用（見圖2）。

2.3 完井管柱校核及工具選型

本井完井方式為：高壓層8-3/8″裸眼+7″打孔管支撐井壁完井，低壓層射孔不防砂完井，高低壓層分采。本井選用氣密性能較好的貝克DB封隔器（見圖3），該封隔器為插入式封隔器，壓力等級(jí)為68.95 MPa，膠皮材質(zhì)為AFLAS密封效果良好的材質(zhì)。

圖3 封隔器受力分析圖Fig.3 Packer force analysis

表1 暫堵液對(duì)管材的腐蝕實(shí)驗(yàn)Tab.1 Corrosion test

對(duì)于帶密封筒的封隔器受力如下：

式中：Ap－封隔器密封筒面積，mm2；Ao下－油管在封隔器下方的外截面積，mm2；Ao上－油管在封隔器上方的外截面積，mm2；Ai下－油管在封隔器下方的內(nèi)截面積，mm2；Ai上－油管在封隔器上方的內(nèi)截面積，mm2；Pi－內(nèi)壓（封隔器上下一樣），Pa；Po下－在封隔器下方的外壓，Pa；Po上－在封隔器上方的外壓，Pa；Fa下－在封隔器下方的軸向力，N；Fa上－在封隔器上方的軸向力，N。

2.4 射孔工藝參數(shù)優(yōu)化

經(jīng)計(jì)算，實(shí)際射孔段的最大壓差為13 MPa，為了高密度完井大量侵入地層，在作業(yè)時(shí)在射孔段上100 m，下20 m替入暫堵液。由于暫堵液最高能夠承受20 MPa的正壓差，且返排壓差只需要0.5 MPa，所以使用高密度完井液的同時(shí)配合使用暫堵液不僅能夠滿足井控需求，同時(shí)能夠保證高密度完井液不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成污染，從而保證產(chǎn)能。

3 應(yīng)用與效益評(píng)價(jià)

如沒有高低壓分層完井技術(shù)，同樣的開發(fā)要求，分別需要鉆4口井方能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要求，利用本套系列技術(shù)后，只需2口井完成。

高低壓分層完井技術(shù)在中國(guó)海上某2井成功應(yīng)用，已節(jié)約2口井鉆完井費(fèi)用1.6億元。對(duì)于海上鉆完井具有很高的推廣價(jià)值，降本增效效果十分顯著。

4 結(jié)語

新型高密度無固相完井液可調(diào)密度范圍廣，可以滿足1.01 g/cm3～2.0 g/cm3密度的調(diào)配要求；本井配制無固相完井液的密度為1.62 g/cm3，滿足完井要求。暫堵液起到屏蔽暫堵低壓層防止其漏失的作用，能夠承受20 MPa正壓差，在射孔段及裸眼段覆蓋暫堵液可以在較大程度上避免井漏情況的發(fā)生，從而達(dá)到節(jié)約成本和保證井控的作用。在氣井完井工具選型上一定要選擇氣密性能較好的工具，同時(shí)在完井作業(yè)時(shí)也要時(shí)刻保證每一項(xiàng)試壓的合格，在現(xiàn)場(chǎng)使用來看，提高完井工具性能，優(yōu)化完井工藝是保證氣井完井順利的前提條件。

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