普光氣田高含硫氣井過油管深穿透射孔技術(shù)優(yōu)選

彭鑫嶺,張世民,李松岑,胡杰,彭雪葳,徐建明,任強(qiáng)

(中原油田普光分公司, 四川 達(dá)州 635000)

0 引 言

普光氣田是中國(guó)首個(gè)成功投入開發(fā)的高含硫化氫整裝海相氣田[1-5]。氣田投入生產(chǎn)以后,為掌握氣井投產(chǎn)井段產(chǎn)出情況,先后進(jìn)行了近60井次的生產(chǎn)剖面測(cè)試,結(jié)果證實(shí)大部分氣井井筒堵塞嚴(yán)重,生產(chǎn)剖面不完善,45%的氣井產(chǎn)出氣層厚度占射孔投產(chǎn)氣層厚度不足25%,嚴(yán)重影響井控儲(chǔ)量的動(dòng)用程度和氣井產(chǎn)能的發(fā)揮[6-7]。井筒堵塞和生產(chǎn)剖面不完善的主要原因是鉆井液污染和投產(chǎn)作業(yè)暫堵劑堵塞[8]。在氣田產(chǎn)能建設(shè)過程中,為確保開發(fā)工程安全平穩(wěn)推進(jìn),鉆井主要采用過平衡鉆井技術(shù)鉆進(jìn),鉆井液不可避免侵入近井地帶地層,對(duì)近井周圍儲(chǔ)層造成不同程度的污染;氣井投產(chǎn)作業(yè)主要采用屏蔽暫堵(暫堵劑成分主要為酸溶性超細(xì)碳酸鈣)酸壓技術(shù)改造儲(chǔ)層,考慮安全環(huán)保要求,投產(chǎn)放噴時(shí)間短,入井液返排不徹底(返排不足50%)即關(guān)井等待地面工程建設(shè),暫堵劑發(fā)生重力分異沉淀井底并侵入炮眼,導(dǎo)致射孔孔眼和井筒堵塞嚴(yán)重[9-13]。完善氣井生產(chǎn)剖面必須搞好2個(gè)施工:①解除井筒堵塞;②建立從氣層到井筒的滲流通道。而普光氣田投產(chǎn)時(shí)氣井論證采用帶封隔器的酸壓生產(chǎn)一體化永久管柱完井,儲(chǔ)層二次改造措施一般只能過油管實(shí)施,措施局限性很大,效果難以保證。前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開展了過油管常規(guī)射孔、屏蔽暫堵酸壓改造、振蕩解堵等試驗(yàn),都沒有達(dá)到預(yù)期效果。

在現(xiàn)有氣井生產(chǎn)管柱條件下,要不斷夯實(shí)氣田穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ),提高氣田開發(fā)水平,需要探索實(shí)施科學(xué)合理、可行有效的過油管生產(chǎn)剖面完善措施。本文開展了針對(duì)性的分析研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),首先優(yōu)選抗硫連續(xù)油管用10%左右的鹽酸配液沖洗井筒;然后論證采用過油管深穿透射孔技術(shù)對(duì)Ⅰ、Ⅱ類優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層進(jìn)行二次射孔,完善了生產(chǎn)剖面,提高了井控儲(chǔ)量的動(dòng)用程度,釋放了氣井產(chǎn)能,達(dá)到了預(yù)期效果。

1 前期措施無(wú)效原因分析

為完善氣井生產(chǎn)剖面,提高井控儲(chǔ)量動(dòng)用程度,釋放氣井產(chǎn)能,根據(jù)生產(chǎn)測(cè)井成果認(rèn)識(shí)(主要是投產(chǎn)井段堵塞情況和生產(chǎn)剖面測(cè)試成果等),結(jié)合投產(chǎn)作業(yè)施工經(jīng)驗(yàn),前期論證選取過油管常規(guī)射孔+多級(jí)屏蔽暫堵轉(zhuǎn)向酸壓工藝措施在P102井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):①連續(xù)油管沖洗解堵井筒;②井筒射流震蕩解堵炮眼;③過油管二次射孔(采用51 mm射孔槍51 mm射孔彈,補(bǔ)孔4段180發(fā));④屏蔽暫堵酸壓改造。期間分10次泵注暫堵劑5 080 kg,入井液總量1 511.6 m3。

措施后P102井生產(chǎn)情況無(wú)明顯變化,生產(chǎn)測(cè)井結(jié)果表明,產(chǎn)氣層段由7層58.51 m減少至4層37 m,產(chǎn)氣層段及厚度均明顯減少。過油管射孔轉(zhuǎn)向酸壓措施未能達(dá)到完善生產(chǎn)剖面的目的。分析措施沒有達(dá)到設(shè)計(jì)目的的原因,認(rèn)為:①補(bǔ)孔所用51 mm射孔槍51 mm射孔彈穿深不夠,沒能有效突破污染帶,氣層到井筒的滲流通道沒有建立起來;②現(xiàn)有屏蔽暫堵轉(zhuǎn)向酸壓工藝不能對(duì)普光高含硫氣井近井地帶儲(chǔ)層進(jìn)行有效改造。作業(yè)過程中,屏蔽暫堵劑對(duì)低壓產(chǎn)層的暫堵效果差,耐壓能力差,轉(zhuǎn)向酸主要向低壓產(chǎn)層大量漏失,沒能有效解除未產(chǎn)出氣層的污染狀況,未能達(dá)到增加新產(chǎn)層的預(yù)期效果。

2 近井儲(chǔ)層污染評(píng)價(jià)

普光氣田屬于超深高含硫化氫氣田,劇毒氣體硫化氫含量高達(dá)15%以上,危險(xiǎn)性和危害性極大,安全風(fēng)險(xiǎn)極大。在鉆井施工過程中,為了確保安全,一方面采用多級(jí)井口防噴裝備;另一方面采用過平衡鉆井技術(shù)鉆進(jìn)。鉆井液比重高于地層壓力系數(shù)0.3左右,鉆井液侵入對(duì)近井地帶儲(chǔ)層造成的污染比較嚴(yán)重,影響氣層和井筒間有效通道的建立,對(duì)過油管儲(chǔ)層改造措施提出了更高的技術(shù)要求[14]。

基于前期措施無(wú)效原因分析結(jié)果,為研究形成合理、有效的過油管完善產(chǎn)剖工藝技術(shù),需要評(píng)價(jià)普光高含硫化氫氣井近井地帶儲(chǔ)層污染深度。因?yàn)椤吧a(chǎn)套管+固井水泥環(huán)+鉆井泥餅+儲(chǔ)層污染帶(鉆井液侵入帶)”是建立氣層正常生產(chǎn)通道需要打通的“最后一道”屏障,其中認(rèn)清受污染儲(chǔ)層深度(鉆井液侵入帶)是關(guān)鍵。

根據(jù)鉆井實(shí)際工程參數(shù),建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型,計(jì)算鉆井液濾失污染半徑,公式為[15]

Ld=

式中,Ld為污染深度,cm;B為結(jié)構(gòu)參數(shù),1.291;A為回歸常數(shù),0.064 76;Δγ為鉆井液密度與地層壓力系數(shù)之差;h為井深,m;T為鉆井液浸泡時(shí)間,h;γL為鉆井液失水,mL。

根據(jù)普光氣田氣井實(shí)際鉆井參數(shù),計(jì)算氣井鉆井液侵入帶厚度為200～240 mm,平均為220 mm;氣井生產(chǎn)套管壁厚12.65 mm,根據(jù)實(shí)鉆情況測(cè)算固井水泥環(huán)厚度約33 mm,泥餅厚度約4 mm。綜上,“生產(chǎn)套管+固井水泥環(huán)+鉆井泥餅+儲(chǔ)層污染帶(鉆井液侵入帶)”厚度約為269.65 mm。完善生產(chǎn)剖面,建立未產(chǎn)出氣層到井筒的有效滲流通道,必須打通這厚度約269.65 mm的最后屏障。

3 過油管完善生產(chǎn)剖面技術(shù)優(yōu)選

普光高含硫氣井要達(dá)到完善生產(chǎn)剖面的目的,要優(yōu)選滿足高含硫化氫工況耐腐蝕,且井下射孔深度能達(dá)到或超過269.65 mm的射孔工藝技術(shù)。普光氣田在試氣及投產(chǎn)作業(yè)過程中選用“114 mm有槍身射孔槍系統(tǒng)”。實(shí)施情況說明井下射孔深度可以達(dá)到或超過269.65 mm,可以滿足投產(chǎn)要求。前期常規(guī)過油管射孔工藝采用的是51 mm射孔槍51 mm射孔彈,穿深不夠,達(dá)不到要求。在論證優(yōu)選過油管射孔技術(shù)過程中,重點(diǎn)模擬評(píng)價(jià)射孔深度是否達(dá)到269.65 mm的要求。

常規(guī)過油管射孔工藝不利因素主要有2個(gè)方面:①受油管(小井眼尺寸)影響,射孔槍尺寸較小,射孔彈裝藥量受限,能量相對(duì)較小;②在有槍身狀態(tài)下,射孔彈還要損失部分能量來穿透射孔槍。相對(duì)而講,無(wú)槍身射孔工藝的優(yōu)勢(shì),一方面可以盡量增大射孔彈的體積以提高裝藥量;另一方面射孔彈固定在固彈架上,避免穿透射孔槍的能量損失。通過地面水泥靶穿深試驗(yàn)比選,優(yōu)選最新的2.5 in[注]非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同的P-S射孔彈,該彈裝藥量25.4 g,無(wú)槍身,射孔彈引爆后,彈殼變成碎屑落入井內(nèi),不會(huì)對(duì)氣井后期生產(chǎn)造成不利影響,而固彈架和其他部件則被提出井外。

應(yīng)用硬巖石模型(充分接近井下實(shí)際工況)對(duì)2.5 in的P-S無(wú)槍身射孔槍、投產(chǎn)用114 mm射孔槍、前期措施用Φ 51 mm射孔槍進(jìn)行了模擬射孔對(duì)比。模擬普光氣田的井下條件:井眼241 mm,套管外徑177.8 mm,壁厚12.65 mm;巖性為白云巖;孔隙度為6.5%;巖石強(qiáng)度UCS為60 MPa;孔隙壓力為35 MPa;井底溫度130 ℃;污染帶深度220 mm(見圖1)。

圖1 3種射孔系統(tǒng)穿深模擬圖

模擬結(jié)果顯示,2.5 in的P-S無(wú)槍身射孔系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均明顯優(yōu)于前期措施用51 mm槍射孔系統(tǒng),地層最大穿深達(dá)247.8 mm,平均228.41 mm,平均孔徑7.83 mm,與“投產(chǎn)用114 mm有槍身射孔槍系統(tǒng)”穿深幾乎相同,能突破儲(chǔ)層污染帶,建立有效滲流通道,達(dá)到改善產(chǎn)氣剖面的目的(見表1)。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之前,根據(jù)普光氣田高含硫化氫氣井井下工況條件和安全環(huán)保要求,對(duì)2.5 in的P-S無(wú)槍身射孔系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的牢固性和安全性改進(jìn)。論證采用高能吸收材料減少射孔彈之間的沖擊波干擾(見圖2),研發(fā)了適用于高含硫化氫工況條件的減震短節(jié)(見圖3)、偏簧工具(見圖4)、防腐涂層、高能吸收材料等,不僅提高了射孔性能,也確保了高含硫化氫氣井射孔射孔施工的安全環(huán)保。

論證優(yōu)選的過油管2.5 in的P-S無(wú)槍身深穿透射孔工藝,可以電纜輸送,所用地面操控裝備、井口防噴裝置、井下輸送設(shè)備和工具等與高含硫氣井生產(chǎn)測(cè)井相同。普光氣田在高含硫氣井生產(chǎn)測(cè)井施工方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),為過油管2.5 in的P-S無(wú)槍身深穿透射孔安全高效施工提供了技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)保障。

表1 3種射孔系統(tǒng)模擬穿深結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖2 高能吸收材料降低彈間干擾模擬圖

圖3 防硫化氫偏簧短節(jié)

圖4 防硫化氫減震短節(jié)

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果評(píng)價(jià)

根據(jù)投產(chǎn)作業(yè)情況和生產(chǎn)剖面測(cè)試成果,優(yōu)選P202井開展過油管深穿透射孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

4.1 基本情況

P202井完鉆井深5 484.00 m,全井最大井斜7.82°,方位283.35°。投產(chǎn)層為飛仙關(guān)組,設(shè)計(jì)投產(chǎn)層段5 060.7～5 260.5 m,油管口下入深度5 045 m。投產(chǎn)過程中,該井因射孔器起爆不正常,5 127.6 m以上井段射孔未成功,實(shí)際投產(chǎn)層段5 127.6～5 260.5 m。

4.2 設(shè)計(jì)

生產(chǎn)剖面測(cè)試成果證實(shí),該井生產(chǎn)層段為5 174.9～5 227.6 m,生產(chǎn)剖面不完善,制約了氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。為驗(yàn)證過油管深穿透射孔技術(shù)實(shí)施效果,論證優(yōu)選該井投產(chǎn)射孔未成功井段5 060.7～5 260.5 m開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。方案設(shè)計(jì)對(duì)5 062.0～5 065.0 m、5 074.8～5 077.8 m、5 079.7～5 082.4 m、5 083.0～5 086.0 m、5 096.0～5 099.0 m、5 110.0～5 113.0 m、5 116.0～5 122.0 m等7段共23.7 m氣層進(jìn)行過油管深穿透射孔作業(yè)。設(shè)計(jì)16孔/m,每次射孔3 m,48彈。

普光高含硫化氫氣井作業(yè)過程井控制標(biāo)準(zhǔn)要求極高,動(dòng)態(tài)密封標(biāo)準(zhǔn)要求極高,不允許有絲毫滲漏。過油管深穿透射孔作業(yè),采用電纜輸送,地面操控裝備、井口防噴裝置、井下工具等與高含硫氣井生產(chǎn)測(cè)井完全相同。為確保安全環(huán)保順利施工,借鑒高含硫氣井生產(chǎn)測(cè)井施工經(jīng)驗(yàn)。施工設(shè)計(jì)從設(shè)備、人員準(zhǔn)備到進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備、開工驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)施工、搬離現(xiàn)場(chǎng),細(xì)化到每一步驟,每個(gè)步驟要求具體細(xì)致,可操作性強(qiáng);應(yīng)急預(yù)案細(xì)化分析每個(gè)施工步驟,開展隱患分析,并針對(duì)每個(gè)安全環(huán)保隱患論證給出具體可操作的預(yù)防措施和緊急情況下的應(yīng)對(duì)措施。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)和應(yīng)急預(yù)案要求組織施工。通過精心組織,現(xiàn)場(chǎng)射孔作業(yè)施工成功率100%,施工過程安全無(wú)事故,環(huán)保零污染。

4.4 效果分析

射孔作業(yè)前,P202井以井口油壓16.4 MPa穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí),產(chǎn)量57×104m3/d;射孔作業(yè)后,以井口油壓16.5 MPa穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí),產(chǎn)量70×104m3/d。相同油壓條件下,過油管深穿透射孔作業(yè)增產(chǎn)效果明顯,產(chǎn)量增長(zhǎng)13×104m3/d(見圖5)。

為了檢驗(yàn)射孔效果,射孔作業(yè)后進(jìn)行了41×104m3/d和67×104m3/d這2個(gè)制度下的生產(chǎn)剖面測(cè)試。結(jié)果證實(shí)新射孔的7段共23.7 m氣層中有5段18 m產(chǎn)出,占比75%,其中,Ⅰ類儲(chǔ)層全部產(chǎn)出,Ⅱ類、Ⅲ類儲(chǔ)層部分產(chǎn)出。在地面計(jì)量產(chǎn)氣量67×104m3/d制度下,解釋新射孔產(chǎn)出氣層段產(chǎn)量貢獻(xiàn)率約為18.49%(見表2)。

圖5 P202井采氣曲線圖

表2 P202井深穿透射孔作業(yè)后生產(chǎn)剖面測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)選的過油管2.5 in的P-S無(wú)槍身深穿透射孔技術(shù)能夠達(dá)到“投產(chǎn)用114 mm有槍身射孔槍系統(tǒng)”穿深效果,能夠有效穿透普光高含硫氣井近井儲(chǔ)層污染帶,建立有效滲流通道,達(dá)到改善生產(chǎn)剖面,增儲(chǔ)增產(chǎn)的目的。過油管深穿透射孔工藝論證采取的安全環(huán)?？刂拼胧┩耆軌驖M足高含硫氣井作業(yè)施工安全環(huán)保要求。

5 結(jié)論及建議

(1)P202井深穿透射孔作業(yè)后,油壓16.5 MPa,產(chǎn)量較射孔前增長(zhǎng)13×104m3/d;生產(chǎn)剖面測(cè)試成果證實(shí)新增產(chǎn)氣層18 m,占新射孔氣層厚度的75%?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明過油管2.5 in的P-S無(wú)槍身深穿透射孔技術(shù)的射孔效果與“投產(chǎn)用114 mm有槍身射孔槍系統(tǒng)”基本一致,能夠有效穿透普光高含硫氣井近井儲(chǔ)層污染帶,建立有效滲流通道,達(dá)到改善生產(chǎn)剖面的目的。

(2)P202井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)施工成功率100%,施工過程安全可控,環(huán)保無(wú)污染。證實(shí)現(xiàn)有高含硫氣井生產(chǎn)測(cè)井地面操控裝備、井口防噴裝置、井下輸送設(shè)備和工具等能夠滿足高含硫氣井過油管深穿透射孔施工要求和安全環(huán)保要求。

(3)論證采用的高能吸收材料有效減少了射孔彈之間的沖擊波干擾,研發(fā)的減震短節(jié)、偏簧工具、防腐涂層、高能吸收材料等能夠滿足高含硫氣井井下防腐要求,不僅提高了射孔性能,也確保了施工的安全環(huán)保。

(4)射孔后生產(chǎn)剖面測(cè)試成果說明,對(duì)于高滲透儲(chǔ)層,過油管深穿透射孔可以直接建產(chǎn)能,達(dá)到增產(chǎn)效果;對(duì)于低滲透儲(chǔ)層,射孔后氣層產(chǎn)出效果不理想,需要論證開展配套改造措施,以實(shí)現(xiàn)有效增產(chǎn)效果。