超深高溫高壓含硫化氫氣藏高效試油技術(shù)新進展

邱金平， 張明友， 才 博， 賀秋云， 姜 偉， 戴 強

(1中國石油勘探與生產(chǎn)分公司 2川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院3中國石油勘探開發(fā)研究院壓裂酸化技術(shù)服務(wù)中心)

近年來，隨著油氣勘探向超深高溫高壓儲層和復雜巖性低滲儲層領(lǐng)域的不斷擴展，勘探目標愈來愈復雜，使得試油難度不斷加大。以川中高石梯-磨溪[1]、塔里木庫車前陸沖斷帶油氣藏為例，油氣藏埋藏深(6 000～8 000 m)、地層壓力高(105～135 MPa)、溫度高(140℃～180℃)、地層破裂壓力高(140～175 MPa)、儲層物性較差(孔隙度2.1%～9%，滲透率0.01～1 mD)、非均質(zhì)性強、儲層類型復雜、天然裂縫不同程度發(fā)育，含H2S和CO2，安全試油難度大，對試油裝備和井下工具性能要求高[2]。本文系統(tǒng)總結(jié)了在該領(lǐng)域的新進展，對該領(lǐng)域區(qū)域超深高溫高壓含硫化氫儲層試油具有良好借鑒意義。

一、超深高溫高壓含硫化氫儲層試油主要技術(shù)難點

(1)儲層埋藏深，壓力系數(shù)高，層數(shù)較多，非均質(zhì)性強，多層試油施工周期長、壓井作業(yè)次數(shù)多，降低了試油效率。

(2)儲層超高溫，對射孔器材提出更高的要求。

(3)超高溫、高壓井常規(guī)資料存儲技術(shù)及時反映井底變化難度大。

(4)高溫高壓含硫氣井試油井筒完整性及安全環(huán)?？刂萍夹g(shù)需進一步提高[3]。

二、超深高溫高壓含硫化氫儲層試油技術(shù)新進展

隨著川渝地區(qū)勘探開發(fā)逐漸向深部碳酸鹽巖轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)的試油、完井分次作業(yè)工藝逐漸產(chǎn)生了許多生產(chǎn)實際問題。為此，從管柱設(shè)計、工具配套方面引入一體化的概念，把射孔、測試、封堵和完井工作合為一體，在取全取準井下壓力溫度資料的同時可以直接完井投產(chǎn)或直接封堵上試，實現(xiàn)了試油、完井一體化，提高了試油、完井效率，作業(yè)成本節(jié)約30%以上，大幅降低施工風險[4-5]。

1. 試油完井一體化管柱

根據(jù)川渝地區(qū)試油測試特點，減少作業(yè)次數(shù)，降低作業(yè)風險，降低作業(yè)成本，提高效率和成功率的試油完井一體化技術(shù)應(yīng)運而生[6]。針對不同試油完井目的和井筒條件，研究出2種試油完井投產(chǎn)一體化管柱，即試油-暫堵完井-投產(chǎn)一體化和試油-封堵完井-投產(chǎn)一體化管柱結(jié)構(gòu)。

1.1 試油封堵一體化管柱

主要適用于多層試油層或目的層為最后一層試油層；產(chǎn)量高低不確定，投產(chǎn)與封閉不確定；采用投球方式，利用自然壓差實現(xiàn)地層暫堵(圖1)。一趟管柱入井，可實現(xiàn)射孔(若需要，下接射孔工具)、酸化、測試、放噴排液、氣舉、暫堵完井等聯(lián)合作業(yè)，若后期有開采需求，可直接下入帶插管的完井管柱，更換完井管柱后去除暫堵屏障，重新溝通地層，提供更多完井選擇或直接投產(chǎn)，減少了起下工具次數(shù)和壓井次數(shù)。

圖1 試油封堵一體化管柱結(jié)構(gòu)

1.2 試油完井投產(chǎn)一體化管柱

針對具備投產(chǎn)條件的氣井壓井后易傷害產(chǎn)層、二次完井周期長、成本高等問題，設(shè)計了球閥式和滑套式試油完井投產(chǎn)一體化兩種管柱結(jié)構(gòu)，單層試油結(jié)束后脫接管柱同時封堵產(chǎn)層，下入生產(chǎn)管柱回插后可直接投產(chǎn)(圖2)。包括球閥式試油完井投產(chǎn)一體化管柱：APR測試工具+密封脫接器+機械自鎖封隔器或液壓完井封隔器；滑套式試油完井投產(chǎn)一體化管柱：APR測試工具+錨定密封+SAB-3永久式液壓完井封隔器+ CMQ-22滑套。

圖2 試油完井一體化管柱結(jié)構(gòu)

上述技術(shù)在雙探2、磨溪109、雙探3等井成功應(yīng)用，平均單井節(jié)約試油周期12 d以上，平均單層壓井液漏失量不到15 m3，單井壓井、堵漏費用比以往減少30%，作業(yè)效率提高了一倍以上。

2. 地層測試數(shù)據(jù)地面直讀技術(shù)

本技術(shù)采用基于似穩(wěn)恒電磁場的原理，將井下壓力溫度數(shù)據(jù)通過油管-套管-地層形成的回路傳輸至地面進行接收。實現(xiàn)全井無線地面直讀技術(shù)的關(guān)鍵問題是尋求低阻抗環(huán)境下井下數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)募夹g(shù)方法[7]。直讀系統(tǒng)由地面平臺、天線系統(tǒng)、井下發(fā)射器、中繼器等組成。

全井無線地面直讀技術(shù)在高石梯-磨溪區(qū)塊現(xiàn)場試驗了12井次，該設(shè)備耐壓達到140 MPa，耐溫達到150℃，信號傳輸穩(wěn)定性和傳輸距離有了進一步提高，無線傳輸最大距離4 610 m，穩(wěn)定工作周期由初期的9 d提高到23 d，為川渝地區(qū)、塔里木油田庫車山前克深-大北區(qū)塊下一代試油資料的安全錄取提供新一代技術(shù)嘗試。

3. 175 MPa/210℃/170 h超深高溫高壓射孔技術(shù)

四川盆地高石梯-磨溪、塔里木庫車山前克深-大北等區(qū)塊氣藏地層溫度、壓力異常對射孔器材和射孔技術(shù)都提出了更高的要求。

3.1 超高壓射孔槍

對于超高溫超高壓油氣井射孔完井，射孔槍是射孔器材承壓的主體，射孔器材的性能主要包括壓力指標和溫度指標[8]。在綜合考慮射孔槍的強度極限、失穩(wěn)極限、孔密、相位、拉力載荷、溫度等因素影響下，全面分析射孔載荷機制、破壞機制、材料特性和幾何特性，對射孔槍進行全方位的數(shù)值分析和優(yōu)化設(shè)計。

3.2 超高溫射孔彈

在溫度高于160℃的超高溫長時間環(huán)境下，對射孔彈的性能及整體指標提出了更加嚴苛的要求。一方面加強炸藥性能的深入研究，另一方面要對射孔彈內(nèi)腔結(jié)構(gòu)、炸藥配方、藥型罩結(jié)構(gòu)與配方、制備工藝、成型工藝、過程控制等技術(shù)進行創(chuàng)新，提高超高溫射孔彈整體性能。

超高溫超高壓射孔技術(shù)在高石梯-磨溪、塔里木庫車山前克深-大北井等推廣應(yīng)用280井次以上，成功率100%。最大作業(yè)井深達7 308 m，最長作業(yè)時間108 h，最大起爆壓力173 MPa，最高地層壓力130 MPa，實現(xiàn)儲層深穿透，有利于降低油氣井地層破壓，油氣井筒及管柱安全高效，工藝技術(shù)優(yōu)勢顯著。

4. 140 MPa超深高溫高壓含硫氣井地面計量配套技術(shù)

針對川西海相棲霞組和茅口組儲層地層壓力高(超過120MPa)，常規(guī)105MPa設(shè)備難以滿足測試需求，研制了140MPa遠程控制高抗沖蝕節(jié)流閥、140MPa防硫旋流除砂器，配套了140MPa遠程控制油嘴管匯，形成集高壓遠程控壓、連續(xù)控壓除砂、自動實時除硫和油氣水連續(xù)自動計量為一體的140MPa超高壓集中控制地面測試流程[9]。

5.高溫高壓含硫氣井試油井筒完整性及安全環(huán)?？刂萍夹g(shù)

四川盆地高溫高壓含硫氣井勘探試油面臨的主要風險在于油層套管難以承受改造、測試或者關(guān)井期間的高壓；大規(guī)模改造對油管的溫度效應(yīng)影響；封隔器承壓能力難以滿足儲層改造或測試需求[9]。在國際通用的“井筒完整性”理念基礎(chǔ)上，結(jié)合自身試油作業(yè)特點構(gòu)建了集評價、設(shè)計和控制為一體化的井筒完整性控制體系[10]。通過運用該程序進行設(shè)計能有效提高設(shè)計效率30%，大幅提高方案調(diào)整和修改質(zhì)量，滿足現(xiàn)場高效、安全施工。

在調(diào)研試油環(huán)保標準和試油環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對試油期間環(huán)境危害的廢氣、廢液和噪聲主要因素進行辨識，形成相應(yīng)的處理措施，有效降低了三廢對環(huán)境的危害。

三、結(jié)論

本文結(jié)合重點勘探區(qū)域試油新難點，綜述了超深高溫高壓含硫化氫儲層配套技術(shù)新進展。形成的試油封堵和試油完井投產(chǎn)一體化管柱，將射孔、測試、封堵和完井工作合為一體，提高了試油、完井效率，作業(yè)成本節(jié)約30%以上，將施工風險大幅度降低；發(fā)展了全井無線地面直讀技術(shù)，實現(xiàn)了耐壓140 MPa，耐溫150℃，信號傳無線傳輸最大距離4 610 m的數(shù)據(jù)求??；研發(fā)了175 MPa/210℃/170 h的超高溫超高壓射孔器材，解決了超高溫條件下穿透深度小、性能穩(wěn)定性差、射孔器材耐壓等射孔問題；形成了140 MPa的地面流程集中控制技術(shù)，完善了滿足大排量、大液量體積改造新工況下的試油作業(yè)井筒完整性評價軟件及安全環(huán)保系統(tǒng)。以上試油技術(shù)在塔里木庫車前陸沖斷帶、川中高石梯-磨溪油氣重點勘探區(qū)域應(yīng)用230井次，效果良好，對其他區(qū)域超深高溫高壓含硫化氫儲層試油具有良好借鑒意義。

[1]伍賢柱.川渝氣田深井和超深井鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2008，28(4):9-13.

[2]雷剛林，謝會文，張敬洲，等.庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶構(gòu)造特征及天然氣勘探[J].石油與天然氣地質(zhì)，2007，28(6)：816-820.

[3]陳志勝，席娟，馬勇軍．環(huán)保試油技術(shù)探索[J]．油氣田環(huán)境保護，2011,21(6):44-46.

[4]趙益秋．試油完井一體化技術(shù)在“三超”氣井中的應(yīng)用[J]． 鉆采工藝，2017，40(3):53-56.

[5]孫海芳, 劉飛, 王志敏. 高溫高壓氣井試油完井一體化工藝技術(shù)[J]. 鉆采工藝,2017,40(4)：36-39.

[6]胡順渠，熊昕東，盧傳明.高溫高壓含硫氣井生產(chǎn)套管設(shè)計[J].鉆采工藝，2011，34(6)：7-10.

[7]劉飛，賀秋云，肖軍，等.井下測試數(shù)據(jù)地而直讀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].鉆采工藝，2013， 36(4)：48-51.

[8]趙啟彬，劉振江，王爾鈞． 海上高溫高壓井測試工藝優(yōu)化研究[J]．鉆采工藝，2015，38(1):32-34．

[9]龍學，吳建軍，李暉，等.高溫高壓含硫氣井測試優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用[J].油氣井測試，2011，20(3)：37-40.

[10] 竇益華，許愛榮，張福祥，等.高溫高壓深井試油完井問題綜述[J].石油機械，2008,36(9)：140-142.