置換法壓井技術(shù)在延安氣田井下作業(yè)中的應(yīng)用

劉 驍，張盼盼，張 泉，竇天財(cái)

（陜西延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司油氣勘探公司，陜西 延安716000）

一、引言

延安氣田地處鄂爾多斯盆地東南部，構(gòu)造上屬于伊陜南坡，是典型的“三低”氣藏。在試氣作業(yè)過程中，井內(nèi)無油管、少油管或油套不通，導(dǎo)致無法建立循環(huán)通道，常規(guī)壓井法無法使用，就需要使用置換法壓井。但置換法壓井操作節(jié)點(diǎn)把控嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)容易與硬頂法混淆。為此，對(duì)置換法壓井的基本原理、操作步驟、相關(guān)參數(shù)計(jì)算進(jìn)行介紹，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，分析總結(jié)置換法壓井技術(shù)的注意事項(xiàng)，以便在延安氣田特殊壓井作業(yè)中推廣應(yīng)用。

二、置換法壓井技術(shù)

在氣井發(fā)生溢流、井涌時(shí)，由于井內(nèi)管柱少、管柱上部斷裂或脫落、無法建立壓井液循環(huán)通道時(shí)，常規(guī)法壓井無法使用，需要考慮非常規(guī)壓井法即置換法壓井。

1.基本原理

置換法壓井是將壓井液擠入井筒，利用壓井液與天然氣之間產(chǎn)生的滑脫效應(yīng)使壓井液向下運(yùn)動(dòng)、天然氣向上運(yùn)動(dòng)，待天然氣聚集到井口附近，減輕井口壓力，多次重復(fù)，讓壓井液填充井筒，逐步排空井筒中的天然氣，從而達(dá)到控制井底壓力的目的。

2.操作步驟

根據(jù)延長(zhǎng)氣田壓井實(shí)際，結(jié)合張桂林的置換法壓井方法的操作步驟，提出了延長(zhǎng)氣田置換法壓井操作步驟：

A.關(guān)井，觀察井筒壓力恢復(fù)情況，根據(jù)井口壓力和地質(zhì)資料計(jì)算壓井液密度并配液；

B.放噴，盡量放氣，不要放液，見水顯示，關(guān)井記錄井口壓力；

C.放噴結(jié)束后，用高于射孔液密度約0.05-0.15g/cm3的壓井液進(jìn)行壓井；

D.等待氣體滑脫，重復(fù)步驟B、C，直至井口壓力降為0MPa。

在壓井的全過程應(yīng)保持井筒壓力大于地層孔隙壓力小于地層漏失壓力。

3.氣泡上升速度

天然氣在井筒中通常以氣泡的形式上升，達(dá)到最大速度時(shí)，浮力與重力和阻力平衡，根據(jù)Stokes公式，可表示為：

式中：ν—天然氣上升速度，m/s；

μ—介質(zhì)粘度，Pa·s；

ρ液—井筒液體密度，Kg/m3；

ɡ—重力加速度，m/s2；

d—?dú)馀莅霃剑琺。

取液體密度為1000Kg/m3，介質(zhì)粘度1×10-3Pa·s，忽略天然氣密度，重力加速度9.8m/s2，氣泡直徑0.3～0.4×10-3m，計(jì)算結(jié)果為0.049～0.087m/s，即176～313m/h。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.基本概況：J54-1位于陜西省靖邊縣東坑鎮(zhèn)，井深4198.37m，射孔層位：馬五+山2+山1+盒8。2017 年6月8日18：00，開始射孔作業(yè)。6月9日6:00，對(duì)盒8 層進(jìn)行射孔，當(dāng)射孔槍下至600 米，發(fā)現(xiàn)井口有液體溢出，觀察后確認(rèn)溢流。起出射孔槍，采取空井筒關(guān)井。半小時(shí)后，壓力上升至3MPa；繼續(xù)關(guān)井，1小時(shí)后上升至4.5MPa。

2.壓井過程：由于井內(nèi)無法建立循環(huán)通道，優(yōu)選后采用置換法壓井。因馬五、山2、山1層已射開，射孔液密度為1.0g/cm3，故壓井液密度初始密度設(shè)為1.05?？紤]井口設(shè)備試壓28MPa，壓井時(shí)最大允許泵壓的控制在20MPa，以防止損壞井口。

（1）6月9日12：00 開始放噴，見水顯示后開始?jí)壕?，?zhǔn)備密度1.05g/cm3的70m3KCl 溶液壓井，擠進(jìn)井筒30m3，最高泵壓17MPa，停止壓井，關(guān)井壓力擴(kuò)散，壓力逐漸降低至3MPa，又上升至13MPa。

（2）18：00 開始控制放噴，壓 力13MPa ↓10MPa，開始出液，壓井，擠進(jìn)井筒10m3，關(guān)井，壓力緩慢降低至10MPa 又升至17MPa。

（3）23：00 開始放噴，見水顯示后停止放噴，開始?jí)壕?，考慮前兩次井口壓力逐漸升高，提高壓井液密度，擠進(jìn)井筒密度1.15g/cm3KCl 溶液3m3，最高泵壓13MPa，停止壓井，關(guān)井，壓力降低至6MPa，又逐漸上升至10MPa。

（4）10日2：00 開始放噴，壓力降低至5MPa，出液后，壓井，擠進(jìn)壓井液3m3，最高泵壓10MPa，緩慢降低至3MPa 后又升至6MPa。5：00 開始放噴，壓力降低至1MPa，出液后關(guān)井，開始?jí)壕瑪D進(jìn)井筒3m3，最高泵壓6MPa，壓力緩慢降低至3MPa。8：00 開始放噴，壓力降低至0MPa，不出液，壓井成功。

3.壓井總結(jié)：（1）若每次置換時(shí)，井口壓力上升幅度比前一次大，需要增大壓井液密度，反之，說明壓井已逐步控制；（2）在注入過程中，每次泵注壓力應(yīng)逐次降低，以防止井漏；（3）在排氣過程中，應(yīng)保持一定回壓，見到液體顯示即可下次壓井；（4）射孔過程中盡量減少作業(yè)時(shí)間，射孔后應(yīng)立即下壓裂管柱作業(yè)。

4.對(duì)比分析：區(qū)域內(nèi)其他相同情況的井噴常采用硬頂法壓井，平均耗時(shí)3 天左右，平均消耗氯化鉀60 噸、清水300 方。而置換法壓井平均費(fèi)時(shí)1天，平均消耗氯化鉀20 噸、清水60 方。顯然本方法具有壓井快、效果好，儲(chǔ)層傷害小的特點(diǎn)，可用于空井筒（無油管）、井內(nèi)管柱少、上部管柱斷裂或脫落、油套無法建立循環(huán)等情況的壓井作業(yè)。

四、置換法壓井注意事項(xiàng)

若井筒壓力小于地層壓力，地層流體會(huì)流入井筒，井口壓力會(huì)越來越大，此時(shí)考慮提高壓井液密度；若井筒壓力大于地層漏失壓力，井筒發(fā)生漏失，井筒液柱壓力降低，井易發(fā)生溢流，導(dǎo)致壓井失敗。因此，需要注意以下幾個(gè)問題。

A.注入量

壓井過程應(yīng)以小排量逐次注入壓井液，使其在氣體中下沉至井底；逐次小排量排出上部的氣體，防止對(duì)已形成液柱的干擾?？紤]壓井初期，井內(nèi)容積大，氣體可壓縮空間大，每次注入和排出的量也大；隨著液柱升高，氣體體積減少，每次注入壓井液與排出氣體的量也應(yīng)逐次減少，直到液柱到達(dá)井口附近。只要注入過程防止漏失，排氣過程防止溢流，壓井液就不會(huì)消耗太多。

B.注入壓力

注入壓力控制不合理是壓井中普遍的問題。在注入壓井液過程中，每次以高壓注入，沒有逐次降低，其結(jié)果是每次都發(fā)生漏失，液柱始終不會(huì)升高。

以井內(nèi)壓力平衡為基礎(chǔ)，防止注入過程的漏失和排氣過程的溢流。發(fā)生溢流關(guān)井后，井底壓力計(jì)算公式：

式中：Pb—井底壓力，MPa；

ρm—壓井液密度，Kg/L；

ɡ—重力加速度，m/s2；

H1—井內(nèi)液柱密度，m；

ρ1—井內(nèi)氣體密度，Kg/L；

Pa—套壓，MPa。

由式（4-1）可知，因氣體密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓井液密度，井底壓力基本由液柱壓力和套壓組成。若第一次注入壓井最高壓力為P1，第一次排出氣體最低壓力為P2，二者之差△P=P1-P2，則每次注入壓力和排出壓力參考表4-1確定。

表4-1注入壓井液與排出氣體的壓力

C.置換壓力

在置換過程中，隨著井底氣體逐步聚集至井口，井口壓力會(huì)逐漸升高，若每次置換時(shí)井口壓力上升的幅度都比前一次小，則可預(yù)見本井將逐步控制成功；若每次置換時(shí)井口壓力上升的幅度都比前一次大，則說明壓井液密度太低，需要提高壓井液密度。

D.排氣過程

排氣（放壓）的過程，應(yīng)控制地面節(jié)流閥，保持井口有一定回壓，盡可能少的排出液體，見液體顯示可關(guān)井準(zhǔn)備下一次壓井。有學(xué)者提出壓井置換時(shí)應(yīng)每隔0.5～1小時(shí)排氣一次，井內(nèi)有管柱應(yīng)參考井口套壓進(jìn)行排液，這樣更容易形成穩(wěn)定液柱，只不過這樣麻煩一點(diǎn)，但可以降低井口最大壓力，減小井筒漏失的風(fēng)險(xiǎn)。

五、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1.與常規(guī)壓井法對(duì)比，置換法壓井具有壓井快、壓井液用量少，壓井成本小等特點(diǎn)；

2.在注入過程中，每次泵注壓力應(yīng)逐次降低，以防止井漏；在排氣過程中，應(yīng)保持一定回壓，見到液體顯示即可下次壓井；

3.置換法壓井可用于空井筒、井內(nèi)管柱少、上部管柱斷裂或脫落、油套不能建立循環(huán)等工況。