迪那2氣田生產(chǎn)篩管失效分析及治理措施

匡韶華，曾 努，魏軍會

1.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院 （新疆 庫爾勒841000）

2.中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦124010）

迪那2氣田是塔里木盆地中地質(zhì)儲量超千億立方米的大氣田，位于庫車坳陷東秋里塔格構(gòu)造帶東部[1-2]。自2009年6月投產(chǎn)以來，一直保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)態(tài)勢，為西氣東輸做出了重要的貢獻(xiàn)。隨著開采時間和開發(fā)程度的增加，多數(shù)氣井的生產(chǎn)篩管出現(xiàn)了失效現(xiàn)象，造成了嚴(yán)重的井筒堵塞問題，使得該區(qū)塊的穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大。因此，急需分析出生產(chǎn)篩管堵塞原因，并且制定解決措施，解除井筒堵塞，保障氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。經(jīng)過分析研究，提出了生產(chǎn)篩管穿孔+擠注解堵液的治理方案，現(xiàn)場實施效果良好。

1 完井工藝及管柱結(jié)構(gòu)

迪那2氣田屬于高壓高溫超深井，主要采用兩種完井工藝[3-4]。

1）先射孔，后改造、完井兩次完成工藝。先下射孔管柱，對儲層進(jìn)行射孔，起出射孔管柱后，再下入改造完井管柱，改造、試油投產(chǎn)。試油后的完井管柱主要由油管、井下安全閥、永久式封隔器和球座組成，稱為全通徑管柱，如圖1（a）所示。試油后的完井管柱保持全通徑，油氣經(jīng)油管鞋進(jìn)入油管后直接采出。

圖1 迪那2氣田完井管柱結(jié)構(gòu)

2）射孔、改造、完井聯(lián)作一次完成工藝。一趟施工下入射孔、改造、完井管柱，射孔后，直接進(jìn)行改造、試油投產(chǎn)。試油后的完井管柱主要由油管、井下安全閥、永久式封隔器、球座、生產(chǎn)篩管和射孔槍組成，稱為非全通徑管柱，如圖1（b）所示。投產(chǎn)后，油氣經(jīng)生產(chǎn)篩管進(jìn)入油管采出。

2 油壓異常及井筒堵塞情況

迪那2氣田采用全通徑管柱共有11口，油壓異常井3口，油壓異常井比例27%；采用帶生產(chǎn)篩管的非全通徑管柱15口，油壓異常井11口，油壓異常井比例73%。油壓異常是指油壓異常波動，并出現(xiàn)明顯下降。氣井油壓異常的原因主要有3個方面：油嘴堵塞、井筒堵塞（油管和生產(chǎn)篩管堵塞）以及地層堵塞[5]。對油壓異常井檢修油嘴后，油壓異?，F(xiàn)象仍然存在，因此排出油嘴堵塞的可能性。根據(jù)地面取得砂樣以及井筒結(jié)垢情況，判斷油壓異常的主要原因是井筒堵塞[6]，而且非全通徑管柱出現(xiàn)井筒堵塞的比例要遠(yuǎn)大于全通徑管柱。

對非全通徑管柱的油壓異常井進(jìn)行通井作業(yè)發(fā)現(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的油管堵塞現(xiàn)象，判斷主要是生產(chǎn)篩管發(fā)生了堵塞。對3口井的生產(chǎn)篩管進(jìn)行了穿孔作業(yè)，穿孔孔密每米10孔，孔徑6 mm，補孔段長度4～6 m。生產(chǎn)篩管穿孔后，油壓產(chǎn)量大幅上升，但在短時間內(nèi)又出現(xiàn)了油壓異常波動下降。分析認(rèn)為，生產(chǎn)篩管外堆積了較多的堵塞物，補孔后，大量堵塞物對新補孔眼重新造成堵塞，或者進(jìn)入油管后導(dǎo)致油管堵塞。

3 生產(chǎn)篩管失效分析

迪那2氣田生產(chǎn)篩管采用打孔油管，尺寸88.9 mm（312″），材質(zhì)S13CR，孔徑3 mm，66孔/m，長度20～30 m。生產(chǎn)篩管主要為非全通徑完井管柱提供油氣流動通道，并起到一定的防砂作用。在完井和生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)篩管發(fā)生失效，導(dǎo)致氣井產(chǎn)量降低,或者地層砂進(jìn)入井筒中。從以下4個方面分析篩管失效機(jī)理，失效方式和失效原因。

3.1 篩管堵塞失效

造成篩管堵塞的原因可以分為內(nèi)在原因和外在原因。內(nèi)在原因主要是由于篩管的類型選擇不當(dāng)、孔徑及縫寬與地層砂粒徑不匹配、以及過流面積過小導(dǎo)致[7]。一般來說，對于容易發(fā)生堵塞的地層，宜選用孔眼或縫隙結(jié)構(gòu)簡單的篩管，如割縫篩管、梯縫篩管、金屬環(huán)切篩管和打孔篩管，其中梯形縫隙結(jié)構(gòu)的篩管（梯縫篩管和金屬環(huán)切篩管）具有“自潔”功能，抗堵塞性能更好?？讖郊翱p寬與地層砂粒徑不匹配，地層砂容易進(jìn)入篩管孔眼或縫隙中造成堵塞。篩管過流面積越小，堵塞的風(fēng)險越大。迪那2氣田采用的生產(chǎn)篩管孔徑只有3 mm，且為內(nèi)外尺寸一致的矩形孔，砂粒進(jìn)入孔眼后容易堵塞，而且生產(chǎn)篩管的孔眼和孔密偏小，導(dǎo)致篩管的整體過流面積偏低，加劇了篩管堵塞的風(fēng)險。經(jīng)計算，迪那2氣田所采用的生產(chǎn)篩管過流面積只有0.16%，而割縫篩管過流面積能夠達(dá)到1%～2%，梯縫篩管過流面積可達(dá)5%，金屬環(huán)切篩管過流面積可達(dá)15%。外在原因主要是指地層細(xì)砂、泥漿返排物以及其他雜質(zhì)隨流體通過篩管時，侵入到篩管過濾層內(nèi)部或附著在篩管表面造成堵塞[8-9]；此外，篩管結(jié)垢也是造成堵塞的重要外在原因。對非全通徑的油壓異常井進(jìn)行大修作業(yè)，起出原管柱，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)篩管孔眼被泥砂和結(jié)垢堵塞（圖2）。

圖2 迪那2氣田生產(chǎn)篩管堵塞圖片

3.2 篩管沖蝕破壞失效

篩管沖蝕破壞分為2種方式：噴射沖蝕和過流沖蝕[10-12]。噴射沖蝕是指高速含砂流體從炮眼中直接噴射在篩管表面上，造成沖蝕破壞；過流沖蝕是指含砂流體通過篩管過濾層時，對過濾縫隙或孔眼的內(nèi)壁造成沖蝕磨損，導(dǎo)致其逐漸變大[13]。迪那2氣田生產(chǎn)篩管沒有下入到射孔段，不會發(fā)生噴射沖蝕。修井作業(yè)發(fā)現(xiàn)，該氣田生產(chǎn)篩管存在嚴(yán)重的沖蝕現(xiàn)象（圖3）。沖蝕原因主要是篩管發(fā)生了嚴(yán)重堵塞，導(dǎo)致過流面積減小，通過篩管的流速增大，形成過流沖蝕破壞，沖蝕過程如圖4所示。迪那2氣田儲層巖石屬于高強度固結(jié)砂巖，不具備大量出砂及持續(xù)出砂的條件，在不造成嚴(yán)重油管沖蝕的情況下，可以不采取防砂措施[14-15]。因此，生產(chǎn)篩管沖蝕破壞后，將更有利于地層砂及其他堵塞物隨氣體排出，減緩井筒堵塞，有利于油氣生產(chǎn)。

圖3 生產(chǎn)篩管沖蝕破壞形態(tài)

圖4 篩管過流沖蝕過程

3.3 篩管擠壓破壞失效

篩管發(fā)生嚴(yán)重堵塞時，作用在篩管上的壓差會增大。當(dāng)壓差超過篩管抗擠壓強度時就會導(dǎo)致篩管發(fā)生擠壓破壞。迪那2氣田生產(chǎn)篩管采用88.9 mm（312″）的S13Cr110油管加工而成，該油管的抗外擠強度145 MPa。油管打孔后，強度會降低，下降幅度在10%～20%[16]。由此推算生產(chǎn)篩管的最小抗壓強度為116 MPa。迪那2氣田原始地層壓力106 MPa，即使在生產(chǎn)篩管完全堵死的情況下，也不會發(fā)生擠壓破壞。

3.4 篩管腐蝕破壞失效

篩管的腐蝕產(chǎn)物容易造成堵塞，并且腐蝕與沖蝕交互作用會導(dǎo)致過濾孔眼/縫隙變大[17-18]。迪那2氣田屬于高溫高壓氣藏，存在嚴(yán)重的CO2腐蝕條件。但是，該氣田的生產(chǎn)篩管采用了耐CO2腐蝕性能良好的S13Cr材質(zhì)[19-20]，并且修井起原管柱并未發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)篩管出現(xiàn)較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。因此，排出篩管腐蝕破壞失效的可能性。

綜合上述分析，生產(chǎn)篩管失效的主要方式是篩管堵塞，以及由于堵塞而引起的沖蝕破壞；生產(chǎn)篩管孔眼、孔密和過流面積偏小是造成篩管堵塞的重要原因。鉆井泥漿漏失、射孔和酸壓后產(chǎn)生的殘渣以及地層出砂在生產(chǎn)過程中被篩管阻擋，不能順利排出，造成了堵塞。同時，井筒結(jié)垢進(jìn)一步加劇了篩管堵塞。

4 治理方案

對于已投產(chǎn)井，井筒堵塞后一般采用連續(xù)油管沖砂來解除堵塞，但是不能有效解除生產(chǎn)篩管堵塞。前期生產(chǎn)篩管補孔作業(yè)證明，通過補孔的方式能夠在一定程度上緩解篩管堵塞，但是由于篩管外側(cè)積累的堵塞物較多，容易造成補孔孔眼和油管重新堵塞。通過井筒堵塞物化驗分析，確定堵塞物類型：地層砂、垢及少量鐵屑。針對該問題，提出生產(chǎn)篩管穿孔及擠注解堵液的治理方案，并且研制出高效安全的井筒解堵劑CA-5體系。治理方案的基本思路是：首先，采用電纜傳輸射孔對生產(chǎn)篩管進(jìn)行穿孔作業(yè)，解除篩管堵塞；其次，從油管中擠注解堵液體系，關(guān)井一段時間，解堵液充分溶解井筒堵塞物；最后，放噴排液、排殘渣，實現(xiàn)井筒解堵。

5 現(xiàn)場實施情況

DNXX井采用非全通徑管柱完井，完井管柱帶生產(chǎn)篩管。該井于2009年6月投產(chǎn)，日產(chǎn)氣54×104m3，油壓79.81 MPa。投產(chǎn)一段時間后，因井筒堵塞造成油壓產(chǎn)量大幅下降。2016年對生產(chǎn)篩管進(jìn)行了穿孔作業(yè)，油壓產(chǎn)量上升后即快速下降。2017年11月從油管中擠注解堵液CA-5體系，對井筒堵塞物進(jìn)行了充分溶解，然后放噴，油壓43.68 MPa、日產(chǎn)油32 t、日產(chǎn)氣38.4×104m3，解堵作業(yè)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比見表1。油壓、日產(chǎn)油及日產(chǎn)氣解堵后分別是解堵前的3.3倍、2.5倍和2.5倍。解堵放噴后7天，生產(chǎn)平穩(wěn)，說明生產(chǎn)篩管穿孔+擠注解堵液的治理方案是解決迪那2區(qū)塊井筒堵塞問題的有效手段。

表1 DNXX井解堵作業(yè)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

6 結(jié)論與認(rèn)識

1）迪那2氣田非全通徑管柱生產(chǎn)篩管失效的主要方式是篩管堵塞，以及由堵塞而引起的沖蝕破壞。

2）射孔、改造及完井聯(lián)作管柱上的生產(chǎn)篩管孔眼、孔密和過流面積偏小，阻擋了地層臟物及地層砂等固體物質(zhì)的排出，造成了篩管堵塞失效，并且在結(jié)垢的作用下，進(jìn)一步加劇了堵塞。

3）針對生產(chǎn)篩管失效特點及堵塞物的類型，提出了生產(chǎn)篩管穿孔及擠注解堵液的治理方案，實踐證明，該方案是解決迪那2區(qū)塊井筒堵塞問題的有效手段。