元壩氣田井筒堵塞物清除技術(shù)

羅 偉，林永茂，董海峰，伍 強(qiáng)

(中國(guó)石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000)

元壩氣田是中國(guó)石化繼普光氣田之后，在四川盆地發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)千億立方儲(chǔ)量的大型海相氣田，具有埋藏深、高溫、高壓和高含硫等特點(diǎn)，屬于典型的“三高”氣藏。投產(chǎn)時(shí)為盡可能釋放儲(chǔ)層產(chǎn)能，該氣田86%的井采用了裸眼完井或襯管完井，井壁支撐較弱，酸巖反應(yīng)也降低了近井地帶巖石的膠結(jié)強(qiáng)度，井壁巖屑存在剝落風(fēng)險(xiǎn)[1_4]。同時(shí)，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，井下腐蝕產(chǎn)物、酸化時(shí)用的固相暫堵劑、纖維、鉆井液與完井液殘?jiān)⒕徫g劑高溫分解產(chǎn)物及其他入井材料一同返出[5_8]，有機(jī)組分與無機(jī)物雜質(zhì)混雜，造成了元壩氣田目前多口井出現(xiàn)了井筒有機(jī)_無機(jī)物堵塞，其中部分井生產(chǎn)過程中油壓快速下降，出現(xiàn)井筒節(jié)流，1口井井筒完全堵死，嚴(yán)重制約了氣井的正常生產(chǎn)[9_13]。筆者在分析元壩氣田2口典型井堵塞物成分的基礎(chǔ)上，研制了解堵酸液，研究了配套解堵工藝，形成了超深高含硫氣井井筒堵塞物清除技術(shù)，保障了元壩氣田的平穩(wěn)生產(chǎn)及產(chǎn)量任務(wù)的順利完成，也可為同類氣井井筒解堵提供技術(shù)參考。

1 元壩氣田井筒堵塞情況統(tǒng)計(jì)

元壩氣田生產(chǎn)過程中8口井共發(fā)生了18井次井筒堵塞(見表1)，其中元壩102_1H井完全堵死，其余井形成了井筒節(jié)流。從完井方式看，采用裸眼完井的氣井更容易發(fā)生井筒堵塞，該氣田采用裸眼完井的9口井在投入生產(chǎn)后，有6口井發(fā)生了井筒堵塞。

表1元壩氣田井筒堵塞情況統(tǒng)計(jì)

Table1StatisticsonthewellboreblockageofYuanbaGasField

井號(hào)堵塞類型堵塞時(shí)間堵塞位置/m形成特點(diǎn)是否堵死完井方式元壩29_1復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中緩慢型否裸眼完井元壩27_3H復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中6 380.00緩慢型否裸眼完井元壩102_1H復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中6 460.00突然型是裸眼完井元壩1_1H復(fù)合堵塞環(huán)空加注保護(hù)液后緩慢型否裸眼完井元壩102_3H復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中緩慢型否裸眼完井元壩205_1復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中緩慢型否襯管完井元壩103_1H復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中緩慢型否裸眼完井元壩204_2復(fù)合堵塞生產(chǎn)過程中緩慢型否射孔完井

2 堵塞物成分分析

為了弄清堵塞物成分及來源，進(jìn)而制定針對(duì)性的解堵措施，分析了堵塞物的成分。

現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)元壩27_3H井和元壩102_1H井的堵塞物樣品進(jìn)行成分分析，包括元素分析、無機(jī)成分XRD分析、有機(jī)成分IR分析、熱重分析及堵塞物樣品在酸液和乙醇中的溶解性分析，結(jié)果表明，元壩27-3H井堵塞物以有機(jī)物為主，元壩102_1H井堵塞物以無機(jī)物為主。因此，以這2口井為典型井分析堵塞物成分，明確堵塞物樣品中有機(jī)組分和無機(jī)組分的含量，為研制解堵酸液和制定解堵工藝提供依據(jù)。

2.1 元素分析

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)堵塞物樣品的形貌進(jìn)行觀察，從樣品放大200倍的SEM形貌圖(見圖1)可以看出，元壩27-3H井和元壩102_1H井堵塞物樣品粒度分布基本均勻。

采用X射線能譜儀(EDS)對(duì)堵塞物樣品進(jìn)行元素分析，從分析結(jié)果(見表2)可以看出，2口井堵塞物元素均以C、O、S、Fe為主，而元壩102_1H井堵塞物含Cr和Ni等金屬元素，可能與該井鉆磨解堵時(shí)磨損油管有關(guān)。

表2 堵塞物樣品元素分析結(jié)果Table 2 Element analysis results of blockage samples

2.2 無機(jī)成分XRD分析

采用粉末X射線衍射儀(XRD)分析堵塞物樣品的無機(jī)成分，從分析結(jié)果中可知，元壩27_3H井堵塞物的無機(jī)成分以黃鐵礦(FeS2，占86.53%)和石灰石(CaCO3，占13.47%)為主，而元壩102_1H井堵塞物的無機(jī)成分以石灰石(CaCO3，占76.93%)、重晶石(BaSO4，占17.55%)和地層微粒(SiO2，占5.52%)為主。其中，F(xiàn)eS2來源于巖石礦物組分或者井下金屬管材與硫化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；CaCO3來源于巖石礦物組分或者酸化時(shí)添加的暫堵劑；BaSO4來源于鉆井液中添加的加重劑；SiO2來源于巖石礦物。

2.3 有機(jī)成分IR分析

采用紅外光譜儀(IR)分析堵塞物樣品的有機(jī)成分，從IR分析圖譜(見圖2)可以看出，對(duì)于元壩27_3H井堵塞物，2 901 cm-1為-CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰，初步判斷為重?zé)N組分，可能為鉆井液中SMC(磺化褐煤)、SMP_2(磺化酚醛樹脂)、SPNH(磺化褐煤樹脂)、DR_8(煤樹脂類降濾失劑)、RH_220(液體潤(rùn)滑劑)和暫堵用的纖維等有機(jī)物在高溫下的分解產(chǎn)物;同時(shí),該井堵塞物樣品在室內(nèi)加熱到100 ℃以上后和瀝青類產(chǎn)品形貌相似。對(duì)于元壩102_1H井堵塞物，從有機(jī)基團(tuán)的結(jié)構(gòu)推斷有曼尼烯堿結(jié)構(gòu)單元和醛類結(jié)構(gòu)單元，這2種物質(zhì)可能為緩蝕劑高溫分解后的主要成分。

圖2 元壩27_3H井和元壩102_1H井的堵塞物樣品有機(jī)成分IR圖譜Fig.2 IR spectrum of organic components of blockage samples from Well YB27-3H and Well YB102-1H

2.4 熱重分析

采用熱重分析儀對(duì)堵塞物樣品進(jìn)行熱重分析，得到2口井的樣品損失質(zhì)量與溫度的關(guān)系曲線(見圖3)。從圖3可以看出，溫度從230 ℃升至510 ℃時(shí)，元壩27_3H井堵塞物樣品質(zhì)量從11.995 5 mg降至5.561 1mg，樣品質(zhì)量損失6.434 4 mg，質(zhì)量變化率為53.64%，說明堵塞物樣品中的有機(jī)物占53.64%；溫度從130 ℃升至380 ℃時(shí)，元壩102_1H井樣品質(zhì)量從8.501 0 mg降至7.951 0 mg，樣品質(zhì)量損失0.550 0 mg，質(zhì)量變化率為6.47%，說明堵塞物樣品中的有機(jī)物占6.47%。

圖3 元壩27_3H井和元壩102_1H井的堵塞物樣品質(zhì)量與溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between weight loss and temperature of blockage samples from Well YB27-3H and Well YB102-1H

2.5 堵塞物樣品在酸液和乙醇中的溶解性分析

將堵塞物樣品分別置于10%的鹽酸和有機(jī)溶劑(乙醇)中反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)果如圖4和圖5所示。元壩27_3H井的堵塞物樣品加入乙醇中立即發(fā)生快速溶解現(xiàn)象，且溶液的顏色由無色快速變?yōu)榈S色;而該井堵塞物樣品與鹽酸反應(yīng)緩慢，1 h后溶液表面仍有黑色漂浮物存在。元壩102_1H井的堵塞物樣品加入鹽酸后迅速反應(yīng)，并釋放出大量氣體，顆粒狀堵塞物表面被反應(yīng)生成的氣泡包圍；而該井堵塞物樣品置于乙醇中攪拌后靜置，反應(yīng)微弱，乙醇溶液呈透明狀。

圖4 元壩27_3H井的堵塞物樣品在鹽酸和乙醇中反應(yīng)1 hFig.4 Reaction of the blockage sample from Well YB27-3H in HCl and ethanol for 1 h

圖5 元壩102_1H井的堵塞物樣品在鹽酸和乙醇中反應(yīng)1 hFig.5 Reaction of the blockage sample from Well YB102-1H in HCl and ethanol for 1 h

取出反應(yīng)后的剩余樣品干燥測(cè)其質(zhì)量，計(jì)算樣品在2種溶液中的溶解率，結(jié)果見表3。元壩27_3H井的堵塞物樣品在10%鹽酸中的溶解率僅為14.29%，而在乙醇中的溶解率為50.87%，說明樣品中可溶性有機(jī)物含量較高，對(duì)于此類堵塞，通過泵注有機(jī)解堵劑容易解除；元壩102_1H井的堵塞物樣品在10%鹽酸中的溶解率為36.61%，而在乙醇中的溶解率僅為5.87%，說明樣品中的無機(jī)物含量較高，對(duì)于此類堵塞，通過泵注常規(guī)無機(jī)酸即可解除。

表3元壩27_3H和元壩102_1H井的堵塞物樣品在鹽酸和乙醇中的溶解率

Table3DissolutionratesofblockagesamplesfromWellYB27-3HandWellYB102-1HinHClandethanol

井號(hào)溶液類型堵塞物質(zhì)量/g反應(yīng)前反應(yīng)后溶解率,%元壩27_3H10%鹽酸0.573 10.491 214.29乙醇0.154 50.075 950.87元壩102_1H10%鹽酸20.035 212.699 736.61乙醇20.050 018.873 05.87

3 堵塞物清除工藝

3.1 解堵液設(shè)計(jì)

3.1.1 壓井液

元壩長(zhǎng)興組氣藏原始地層壓力系數(shù)1.00～1.18，為正常壓力系統(tǒng)，單井累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)(4～5)×108m3，生產(chǎn)過程中地層壓力衰減，為了防止壓漏地層，采用清水作為壓井液。

3.1.2 沖洗液

沖洗液需要具有耐高溫、低摩阻和攜砂能力強(qiáng)等性能，要求其漏斗黏度達(dá)到80 s以上，pH值大于10，設(shè)計(jì)采用降阻水作為沖洗液，密度1.0 g/cm3，考慮井筒內(nèi)含有H2S氣體，加入2%的有機(jī)除硫劑以降低腐蝕。

3.1.3 解堵液配方

根據(jù)前面堵塞物樣品成分分析結(jié)果，明確了不同氣井之間堵塞成分存在差異，因此分別研制了適用于無機(jī)物堵塞為主的無機(jī)酸解堵液和適用于有機(jī)物堵塞為主的有機(jī)酸解堵液。

無機(jī)酸解堵液配方為20.0%HCl+5.5%高溫緩蝕劑+1.0%鐵離子穩(wěn)定劑+1.0%助排劑。

有機(jī)酸解堵液配方為5.00%鹽酸+9.50%主乳化劑+0.40%助乳化劑+48.00%特效有機(jī)溶劑+0.05%有機(jī)鹽+7%互溶劑+4.00%高溫緩蝕劑+0.80%鐵離子穩(wěn)定劑+0.05%消泡劑+清水。

3.2 施工工藝

針對(duì)井筒節(jié)流、井筒完全堵死等不同的堵塞程度，研究了相應(yīng)的施工工藝。

3.2.1 井筒節(jié)流

1) 無機(jī)物堵塞為主的氣井。從井口直接泵注無機(jī)酸解堵液，解堵液按照油管鞋以下井筒容積的3倍準(zhǔn)備，施工排量控制小于0.4 m3/min，盡量延長(zhǎng)解堵液與堵塞點(diǎn)的過液時(shí)間。注解堵液結(jié)束后，采用1個(gè)油管容積的清水?dāng)D注酸液進(jìn)入地層，清除井筒及近井地帶的酸溶性物質(zhì)。

2) 有機(jī)物堵塞為主的氣井。帶球形噴嘴的連續(xù)油管的下放速度控制在10 m/min，避免突遇堵塞點(diǎn)時(shí)壓力過大導(dǎo)致連續(xù)油管彎曲變形；探到塞面后，加壓泵注沖洗液，對(duì)堵塞點(diǎn)進(jìn)行沖洗解堵，排量控制在0.3 m3/min；如果泵注沖洗液無法解堵，則加壓泵注有機(jī)酸解堵液對(duì)堵塞點(diǎn)進(jìn)行沖洗解堵，排量控制在0.2～0.3 m3/min；若仍然無法解除堵塞點(diǎn)，上提連續(xù)油管至堵塞點(diǎn)以上500.00 m，泵注有機(jī)酸解堵液，采用沖洗液將有機(jī)酸解堵液頂替出連續(xù)油管管鞋后，再次上提連續(xù)油管1 000.00 m，讓有機(jī)酸解堵液浸泡2 h；提出連續(xù)油管，井口泵注無機(jī)酸解堵液，用清水?dāng)D注所有解堵液進(jìn)入地層，關(guān)井反應(yīng)4 h，隨后在具備良好放噴條件的情況下放噴排液。

3.2.2 井筒完全堵死

對(duì)于井筒完全堵死的情況，完全由地層返出物橋架堆積引起的可能性不大，應(yīng)為金屬硬物與地層雜質(zhì)膠結(jié)在一起形成堵塞，針對(duì)該類堵塞，采用如下解堵工藝：1)連續(xù)油管探塞面；2)逐步提高沖洗液排量，最大排量以泵壓不超過50 MPa為限；3)采用連續(xù)油管+螺桿+套銑鞋對(duì)堵塞點(diǎn)進(jìn)行鉆磨；4)根據(jù)堵塞物成分，選擇相應(yīng)解堵液類型；若溝通堵塞，則將解堵液擠入地層，否則下連續(xù)油管替出解堵液；5)將連續(xù)油管+鉛模下至遇阻點(diǎn)加壓進(jìn)行打??；6)電纜測(cè)井校深，如果堵塞點(diǎn)位于封隔器之下，采用連續(xù)油管穿孔，溝通油套，進(jìn)而溝通地層。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年以來，元壩氣田8口井應(yīng)用井筒堵塞物清除技術(shù)進(jìn)行解堵，成功率100%，日增產(chǎn)氣量316×104m3，保證了元壩氣田生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。其中元壩29_1井、元壩1_1H井、元壩102_3H井、元壩205_1井、元壩103_1H井和元壩204_2井采用無機(jī)酸解堵液成功解除了井筒堵塞；元壩102_1H井為井筒完全堵死，現(xiàn)場(chǎng)采用連續(xù)油管沖洗解堵、連續(xù)油管鉆磨、試擠、酸洗、泡酸解堵、鉛模打印、電纜測(cè)井測(cè)堵點(diǎn)和連續(xù)油管穿孔等一系列措施成功溝通地層；元壩27_3H井前期采用無機(jī)酸解堵液解堵效果不夠理想，通過對(duì)堵塞物樣品進(jìn)行成分分析，明確了該井堵塞物以有機(jī)物為主，采用有機(jī)酸解堵液解堵取得了良好效果，下面對(duì)元壩27_3H井的解堵施工過程和解堵效果進(jìn)行分析。

4.1 元壩27_3H井基本情況

元壩27_3H井于2016年11月至2017年8月采用無機(jī)酸解堵液進(jìn)行了4次解堵，解堵后油壓恢復(fù)，但有效期僅分別為60，51，73和28 d，維持時(shí)間越來越短，2017年9月15日該井油壓再次出現(xiàn)了明顯下降，根據(jù)前期解堵施工數(shù)據(jù)，判斷該井井筒存在1個(gè)固定節(jié)流點(diǎn)，每次注無機(jī)酸解堵液沖刷均未能完全溶蝕堵塞點(diǎn)，復(fù)產(chǎn)后返出物容易再次在該堵塞點(diǎn)處堆積。

4.2 解堵施工過程及效果

根據(jù)對(duì)該井堵塞物樣品的成分分析，對(duì)該井實(shí)施了新的解堵方案，施工過程如下：1)連接入井工具，管串結(jié)構(gòu)為φ44.5 mm連續(xù)油管+環(huán)壓接頭+φ44.5 mm單流閥+φ44.5 mm液壓丟手+φ44.5 mm球形噴嘴；2)采用1400型泵車從油管注入清水壓井；3)連續(xù)油管下至井深6 380.00 m遇阻，加壓10 kN沖洗40 min無進(jìn)尺，排量0.3 m3/min，泵壓24 MPa，累計(jì)泵注沖洗液15 m3；4)井深6 380.00 m加鉆壓10 kN開始泵注有機(jī)酸解堵液，排量0.2～0.3 m3/min，泵壓25～42 MPa，解堵液泵出連續(xù)油管管鞋3 m3時(shí)懸重恢復(fù)正常，表明遇阻點(diǎn)解堵成功，隨后累計(jì)泵注有機(jī)酸解堵液10 m3；5)倒換地面低壓管線，泵注沖洗液開始頂替，沖洗至井深6 438.00 m(管鞋井深6 408.00 m)；6)上提連續(xù)油管，對(duì)6 380.00～6 390.00 m井段進(jìn)行沖洗；7)邊泵注沖洗液邊上提連續(xù)油管，提至井深5 450.00 m停泵，連續(xù)油管提出井，關(guān)閉采氣樹7號(hào)主閘門，拆除井口連續(xù)油管設(shè)備，恢復(fù)采氣樹7號(hào)主閘頂部蓋板法蘭；8)泵注無機(jī)酸解堵液20 m3、頂替清水30 m3，此過程中泵壓由3.4 MPa升至4.7 MPa,隨后降至0再升至2.3 MPa，排量0.3～1.0 m3/min，關(guān)井反應(yīng)；9)油嘴控制放噴排液，點(diǎn)火成功，焰高8～10 m，關(guān)閉采氣樹4號(hào)閥關(guān)井，拆除解堵流程管線，恢復(fù)采氣樹左翼盲板。

元壩27_3H井經(jīng)過4 d解堵作業(yè)后恢復(fù)正常生產(chǎn)，油壓40.8 MPa，產(chǎn)氣量恢復(fù)到43×104m3/d，解堵效果顯著。

5 結(jié) 論

1) 元壩氣田堵塞物樣品的成分分析表明，不同氣井之間的井筒堵塞物成分存在差異，有的氣井以有機(jī)物堵塞為主，有的氣井以無機(jī)物堵塞為主。

2) 元壩氣田井筒堵塞物的無機(jī)成分主要為黃鐵礦(FeS2)、石灰石(CaCO3)、重晶石(BaSO4)和地層微粒(SiO2)，主要來源于巖石礦物、鉆井液加重材料和酸化時(shí)的暫堵劑；有機(jī)成分主要為入井鉆井液、壓裂液與緩蝕劑中的高分子材料在高溫下的分解產(chǎn)物和地層析出的瀝青質(zhì)。

3) 根據(jù)堵塞物成分差異及具體的井筒堵塞程度，分別研制和配套了不同的解堵酸液和解堵工藝，形成了元壩氣田井筒堵塞物解除技術(shù)，元壩氣8口井應(yīng)用該技術(shù)成功解堵。該技術(shù)可在類似超深高含硫氣井中推廣應(yīng)用。