塔里木油田氣井環(huán)空保護(hù)液密度優(yōu)化及應(yīng)用

景宏濤 彭建云 孔嫦娥 匡韶華 景宏勃 劉己全 秦 曼

（1.中國石油塔里木油田公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010；3.中國石油吐哈油田公司井下技術(shù)作業(yè)公司，新疆 哈密 839000）

0 引言

塔里木盆地的主力氣田普遍具有埋藏深、地層壓力高、壓力系數(shù)高等特點(diǎn)。完井時一般采用密度較高的環(huán)空保護(hù)液，通常采用密度為1.4 g／cm3甚至更高的有機(jī)鹽，采用密度較高的環(huán)空保護(hù)液可以降低油管和環(huán)空之間的壓差，緩解儲層改造時油管承受的高壓[1]。但對于特低孔低滲儲層，關(guān)井時井口油壓高，開井生產(chǎn)時油壓低，采用的環(huán)空保護(hù)液密度過高會降低A環(huán)空最大許可帶壓值，給后期的開發(fā)生產(chǎn)帶來難題，不利于氣井長期安全生產(chǎn)。因此，以超高壓低孔低滲氣井油管安全性評價(jià)為基礎(chǔ)，針對超高壓低孔低滲氣井，開展環(huán)空保護(hù)液密度優(yōu)化研究，通過優(yōu)化計(jì)算方法，增大A環(huán)空的最大許可工作壓力值，以保障氣井后期生產(chǎn)安全。

1 A環(huán)空最大許可帶壓值的確定方法

借鑒API RP 90行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以氣井環(huán)空部件構(gòu)成和實(shí)際工況為基礎(chǔ)，通過校核構(gòu)成A環(huán)空的4個主要部件，即套管頭、油管柱、套管柱及封隔器的安全性能，根據(jù)短板原則確定高壓氣井A環(huán)空許可壓力范圍[2]，計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 高壓氣井A環(huán)空壓力計(jì)算方法流程圖

當(dāng)A環(huán)空中的壓力為最大值時，受力情況如圖2所示。此時組成A環(huán)空的套管頭、生產(chǎn)套管、封隔器和油管這4個主要部件均有向外擴(kuò)張的趨勢。因此，能滿足這4個部件設(shè)計(jì)安全系數(shù)的值即為A環(huán)空最大許可壓力值[3-4]。

目前，塔里木油田高溫高壓氣井油套管安全系數(shù)取值如表1所示。在油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，一般油管頭和封隔器的壓力等級都比較高，因此，一口井的A環(huán)空最大許可壓力值通常取決于生產(chǎn)套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度和油管的抗外擠強(qiáng)度。而生產(chǎn)套管的抗內(nèi)壓強(qiáng)度和油管的抗外擠強(qiáng)度一定時，環(huán)空保護(hù)液密度將影響其A環(huán)空的最大許可帶壓值。

圖2 A環(huán)空壓力最大時各部件受力示意圖

表1 油管、套管安全系數(shù)取值表

2 環(huán)空保護(hù)液密度對A環(huán)空最大許可帶壓值的影響

氣井在正常生產(chǎn)、油套竄通、關(guān)井工況下，環(huán)空內(nèi)流體密度應(yīng)大于或等于油管內(nèi)流體密度，因此，只考慮油管抗外擠強(qiáng)度的A環(huán)空最大許可工作壓力（油管柱抗外擠強(qiáng)度危險(xiǎn)點(diǎn)在封隔器處）即可。A環(huán)空最大許可工作壓力pA由下式計(jì)算：

式中，pA為A環(huán)空最大許可工作壓力，MPa；σ外為油管抗外擠強(qiáng)度，MPa；p為油壓，MPa；S為油管抗外擠強(qiáng)度安全系數(shù)；ρ氣為油管內(nèi)氣體密度，g／m3；ρ保護(hù)液為環(huán)空保護(hù)液密度，g／m3；g為重力加速度，m·s-2；h為危險(xiǎn)點(diǎn)深度，m。

針對正常生產(chǎn)、關(guān)井工況，利用公式（1）開展油管柱載荷分析，結(jié)合靜態(tài)和動態(tài)狀況下油管三軸應(yīng)力安全系數(shù)許可值，通過各工況下油管柱三軸應(yīng)力校核計(jì)算得出對應(yīng)的A環(huán)空最大許可工作壓力值[5]。在超高壓低孔低滲井中，由于關(guān)井油壓高，開井油壓低，環(huán)空保護(hù)液密度過高會導(dǎo)致油管柱承受的內(nèi)外壓差大，A環(huán)空最大許可帶壓值小，給后期的開發(fā)生產(chǎn)帶來難題。在開關(guān)井時，若沒有合理控制油壓，甚至可能導(dǎo)致油管被擠毀的后果。大北X井為典型的高壓低孔低滲井，該井井深為7 072 m，井底壓力為121 MPa，完井時采用密度為1.68 g／cm3的環(huán)空保護(hù)液，放噴求產(chǎn)時為防止用小油嘴測試產(chǎn)生的凍堵，故改用大油嘴放噴，油壓控制較低，由于環(huán)空液柱壓力高，導(dǎo)致油管被擠扁（圖3）。

圖3 大北X井油管被擠扁圖

3 環(huán)空保護(hù)液密度優(yōu)化現(xiàn)場應(yīng)用及效果

克深3X井是塔里木盆地庫車坳陷克深區(qū)帶上的一口評價(jià)井，儲層巖心平均孔隙度為7.4%，平均滲透率為0.065 mD，屬于低孔低滲儲層。為了避免該井生產(chǎn)過程中油壓低導(dǎo)致油管及封隔器受力過大，在完井前從以下幾方面開展了環(huán)空保護(hù)液密度優(yōu)化：① 由于該井完鉆井深達(dá)7 080 m，環(huán)空保護(hù)液密度應(yīng)考慮完井后封隔器及封隔器處生產(chǎn)套管的受力；② 考慮替液時的井口最大泵壓；③ 考慮放噴求產(chǎn)及生產(chǎn)時油管所受的外擠力；④ 考慮投產(chǎn)后A環(huán)空的最大許可工作壓力值。

在滿足封隔器、生產(chǎn)套管、油管受力以及替液要求后繼續(xù)對環(huán)空保護(hù)液密度進(jìn)行優(yōu)化，克深3X井預(yù)測投產(chǎn)后日產(chǎn)氣量為20×104m3，分別選取密度為1.4 g／cm3和1.3 g／cm3的環(huán)空保護(hù)液，對A環(huán)空的最大許可工作壓力值進(jìn)行計(jì)算對比，見表2。通過計(jì)算結(jié)果對比，認(rèn)為該井采用1.3 g／cm3的環(huán)空保護(hù)液既能滿足替液泵壓的要求，又能減小油管受力，增大A環(huán)空的許可工作壓力范圍（圖4），方便后期生產(chǎn)管理。

克深3X井投產(chǎn)后油壓為39.65 MPa，產(chǎn)氣量為15.6×104m3／d，關(guān)井油壓為81.5 MPa，A環(huán)空壓力為25 MPa。計(jì)算油管抗外擠安全系數(shù)最低為1.41，大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值1.30，油管安全；若完井時采用密度為1.40 g／cm3的環(huán)空保護(hù)液，計(jì)算得油管抗外擠安全系數(shù)最低為1.28，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值1.30，在后期的生產(chǎn)過程中，油管將存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

表2 克深3X井A環(huán)空的最大許可工作壓力值對比表 MPa

圖4 克深3X井A環(huán)空的許可工作壓力范圍圖

4 結(jié)論

1）通過計(jì)算選擇合適的環(huán)空保護(hù)液密度可以減小油管柱內(nèi)外壓差和封隔器的受力，提高氣井井筒安全性，保證氣井長期安全生產(chǎn)。

2）對于超高壓低孔低滲氣井，通過環(huán)空保護(hù)液密度優(yōu)化，能有效增大A環(huán)空的最大許可工作壓力值及提高A環(huán)空許可帶壓值范圍，使該類氣井環(huán)空壓力管理具有可操作性，有利于提高氣井的壽命，減少修井作業(yè)工作量。