射孔試氣聯(lián)作工藝在蘇丹高GOR油井的應(yīng)用

張 毅

中原石油工程公司井下特種作業(yè)公司蘇丹項(xiàng)目部

0 引言

F油田位于蘇丹南部，由中國(guó)、馬來(lái)西亞、印度和蘇丹四國(guó)共同投資進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)，日產(chǎn)原油1.9×104m3。由于含水較高和產(chǎn)量下滑，項(xiàng)目方?jīng)Q心本著投資少、見(jiàn)效快的原則，加大該油田高氣油比（GOR）油層的開(kāi)發(fā)力度。

AS-3井是部署在F油田R地層的一口油氣勘探井，該油氣層埋深位于2 500 m，地層溫度為96.8℃，氣油比較高，為500 m3/m3，地層致密，巖心骨架能承受的最大壓差為9.65 MPa。為防止地層出砂且能實(shí)現(xiàn)誘噴，設(shè)計(jì)生產(chǎn)壓差為7.93 MPa，應(yīng)用此生產(chǎn)壓差采用進(jìn)行負(fù)壓射孔，既能保證不破壞地層巖心骨架，防止地層出砂，又能降低井筒內(nèi)液柱高度，防止地層污染，同時(shí)可充分利用地層能量；同時(shí)采用射孔試氣聯(lián)作工藝，可避免以往試氣井投產(chǎn)由于需要分別下入射孔和試氣兩趟管柱，造成施工周期較長(zhǎng)、地層污染嚴(yán)重、射開(kāi)油氣層后進(jìn)行抽汲誘噴所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

AS-3井通過(guò)優(yōu)化地面試氣流程，將測(cè)試管線(xiàn)與生產(chǎn)管線(xiàn)互聯(lián)，通過(guò)抽汲作業(yè)將井筒上部掏空后，下入射孔和試氣聯(lián)作管柱，采用套管環(huán)空液壓傳導(dǎo)方式進(jìn)行負(fù)壓射孔，經(jīng)由地面測(cè)試設(shè)備獲取地層油氣產(chǎn)出情況后，油氣直接通過(guò)生產(chǎn)管線(xiàn)輸往集輸站實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)[1-3]。該井施工工序銜接緊密，有效探明了地層油氣情況，高效完成相關(guān)的試氣投產(chǎn)工作。

1 井筒和地層數(shù)據(jù)

在進(jìn)行井筒準(zhǔn)備前，提前落實(shí)好井筒和地層數(shù)據(jù)，便于對(duì)后期施工步驟進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.1 套管結(jié)構(gòu)

AS-3井采用四層套管結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)管選用?473 mm套管，下入深度為58.00 m；表層套管選用?340 mm套管，下入深度為554.77m；技術(shù)套管選用?244 mm套管，下入深度為1 585.93 m；油層套管選用?178 mm懸掛套管，下入深度為2 608.60 m，油層套管懸掛器懸掛深度為1 506.83 m。

1.2 地層數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)井解釋結(jié)果，油氣層深度為2 414.90～2 561.00 m，油氣層中部壓力為23.24 MPa。要求實(shí)現(xiàn)誘噴的欠平衡壓差為7.93 MPa，因此井筒內(nèi)液柱壓力只需要達(dá)到15.31 MPa，對(duì)應(yīng)的液柱高度為1 560.40 m，由于油氣層中部位于2 487.95 m，則需要確保油層以上有927.55 m的抽汲排空液段，來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)壓誘噴[4]。

2 射孔試氣聯(lián)作工藝流程

射孔試氣聯(lián)作工藝流程如圖1所示，需要作如下說(shuō)明。

圖1 射孔試氣聯(lián)作工藝流程圖

1）對(duì)地面試氣流程進(jìn)行優(yōu)化。采用壓井管線(xiàn)、生產(chǎn)管線(xiàn)、測(cè)試管線(xiàn)和放噴管線(xiàn)四道管線(xiàn)（圖2），每道管線(xiàn)均采用相應(yīng)壓力級(jí)別的管匯進(jìn)行控制和節(jié)流。井口采油樹(shù)兩側(cè)閘門(mén)分別連接測(cè)試管線(xiàn)和生產(chǎn)管線(xiàn)，地層返出的油氣在進(jìn)入生產(chǎn)管線(xiàn)前，可先通過(guò)測(cè)試管線(xiàn)對(duì)油氣進(jìn)行計(jì)量求產(chǎn)，再接入生產(chǎn)管線(xiàn)輸往集輸站；待測(cè)試作業(yè)完成后，油氣可直接轉(zhuǎn)入生產(chǎn)管線(xiàn)進(jìn)行投產(chǎn)。油管四通兩側(cè)閘門(mén)分別連接放噴管線(xiàn)和生產(chǎn)管線(xiàn)，當(dāng)遇到采油樹(shù)閥門(mén)失效或地層壓力過(guò)高，可將油氣直接排放至燃燒坑進(jìn)行燃燒，也可以直接轉(zhuǎn)入生產(chǎn)管線(xiàn)進(jìn)行投產(chǎn)[5-6]。套管四通一側(cè)閘門(mén)連接壓井管線(xiàn)，可通過(guò)泥漿泵向套管環(huán)空打壓，完成射孔槍點(diǎn)火起爆。套管四通另一側(cè)閘門(mén)安裝有壓力表，用于觀(guān)察套管環(huán)空壓力。當(dāng)射孔槍上部的封隔器坐封后，可從套管環(huán)空打壓，驗(yàn)證封隔器的密封情況，防止油氣從套管環(huán)空上竄至地面，避免套管頭和上部油層套管承受高壓[7-8]。

圖2 地面試氣流程圖

2）由于A(yíng)S-3井的油層套管采用了套管懸掛器，考慮到套管懸掛器處和井底有固井時(shí)殘留的小段水泥塞，故決定先下入三牙輪鉆頭進(jìn)行鉆塞[9-10]，確保井眼通暢。再下入刮削器對(duì)套管內(nèi)壁進(jìn)行刮削清理，充分循環(huán)洗井，替換井筒內(nèi)液體為清水，為后續(xù)施工提供良好的井筒環(huán)境[11]。在進(jìn)行前期井筒準(zhǔn)備工作時(shí)，可同時(shí)在地面安裝測(cè)試設(shè)備和連接測(cè)試管線(xiàn)。

3）測(cè)井隊(duì)測(cè)評(píng)固井質(zhì)量，如果射孔段固井質(zhì)量不合格，則需要重新進(jìn)行射孔和補(bǔ)擠水泥，避免后期生產(chǎn)過(guò)程中油氣串層。如果射孔段固井質(zhì)量合格，則直接下入射孔和試氣聯(lián)作管柱，對(duì)射孔管柱進(jìn)行校深調(diào)整后，安裝抽汲設(shè)備，從油管內(nèi)抽汲出井內(nèi)液體，為后期誘噴提供足夠負(fù)壓。再坐封封隔器，從套管環(huán)空打壓，通過(guò)液壓傳導(dǎo)進(jìn)行射孔槍點(diǎn)火起爆。如果能夠?qū)崿F(xiàn)自噴，那么選擇不同油嘴計(jì)量求產(chǎn)，根據(jù)試氣數(shù)據(jù)制定合理的生產(chǎn)制度后，向生產(chǎn)部門(mén)交井投產(chǎn)。如果不能自噴，則下入電泵[12]配合可調(diào)油嘴進(jìn)行投產(chǎn)[13-14]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在A(yíng)S-3井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施射孔試氣聯(lián)作工藝的過(guò)程，如下所述。

1）井場(chǎng)設(shè)備就位后，安裝油管四通、兩側(cè)閘門(mén)和防噴器，連接地面循環(huán)管線(xiàn)，井控設(shè)備和地面循環(huán)管線(xiàn)在施工前確保狀況良好并試壓合格。

2）下入鉆塞工具組合（?216 mm三牙輪鉆頭+?121 mm鉆鋌6根+?89 mm鉆桿4根），下至1 483.20 m處遇阻，下放加壓20 kN無(wú)法通過(guò)[15-16]?？紤]到套管懸掛器位于深度1 506.83 m，分析遇阻處為固井時(shí)殘留的水泥塞。反循環(huán)洗井替出井筒內(nèi)的原井鉆井液后，加壓20 kN鉆水泥塞至懸掛器深度1 506.83 m，起鉆更換鉆頭。

3）下入鉆塞工具組合（?149 mm三牙輪鉆頭+?121 mm鉆鋌6根+?89 mm鉆桿4根），鉆至懸掛器深度1 506.83 m時(shí)，觀(guān)察到出口有少量鐵屑，分析鉆頭已接觸套管懸掛器。鉆塞通過(guò)懸掛器位置時(shí)，及時(shí)觀(guān)察指重表懸重變化和出口鐵屑返出情況，避免損壞套管懸掛器。繼續(xù)向下鉆塞至1 521.38 m后，鉆穿水泥塞，鉆具放空，繼續(xù)向下清理至人工井底2 584.48 m，循環(huán)洗井后起出鉆塞管柱。

4）下入?244 mm套管刮削器對(duì)上部技術(shù)套管內(nèi)壁進(jìn)行刮削，刮削至套管懸掛器深度1 506.83 m處，充分循環(huán)洗井，起出刮削管柱。

5）下入?178 mm套管刮削器對(duì)油層套管內(nèi)壁進(jìn)行刮削，?178 mm套管刮削器在通過(guò)套管懸掛器時(shí)注意觀(guān)察指重表，發(fā)生掛卡時(shí)不得強(qiáng)行加壓通過(guò)，可多次上下活動(dòng)和旋轉(zhuǎn)管柱，避免掛碰套管懸掛器臺(tái)階處，對(duì)封隔器坐封位置附近刮削三遍[17]，方便后期坐封封隔器。刮削到人工井底后，充分循環(huán)洗井，將井內(nèi)流體替換為清水，方便后期測(cè)試。從套管環(huán)空打壓，對(duì)全井筒試壓10 MPa，確保全井套管密封良好，起出刮削管柱。

6）測(cè)井隊(duì)測(cè)量射孔井段的固井質(zhì)量，根據(jù)測(cè)井結(jié)果顯示，射孔井段固井質(zhì)量合格。

7）下入抽汲管柱至1469.58m，安裝抽汲設(shè)備，抽汲排出井內(nèi)液體，確保井筒內(nèi)有足夠的排空液段能實(shí)現(xiàn)負(fù)壓誘噴。抽汲時(shí)要打開(kāi)套管四通兩側(cè)閘門(mén)，避免井內(nèi)形成真空。

8）下入射孔和試氣聯(lián)作管柱如圖3所示，包括：堵頭+下部點(diǎn)火頭+射孔槍+上部點(diǎn)火頭+?89 mm油管1根+篩管+ RTTS 封隔器+旁通短節(jié)+?89 mm油管1根+RD安全循環(huán)閥+ ?89 mm油管3根+短油管。封隔器上部接有旁通短節(jié)，旁通短節(jié)內(nèi)部安裝有耐壓銅管，銅管向下延伸1.8 m穿過(guò)封隔器和篩管內(nèi)的擋板，進(jìn)入篩管下部的油管內(nèi)。當(dāng)從套管環(huán)空進(jìn)行打壓時(shí)，環(huán)空壓力經(jīng)過(guò)旁通短節(jié)內(nèi)的銅管傳導(dǎo)至上部點(diǎn)火頭處進(jìn)行點(diǎn)火起爆，完成對(duì)油氣層的負(fù)壓射孔。當(dāng)上點(diǎn)火頭失效時(shí)，可以通過(guò)解封封隔器，向井筒補(bǔ)液后，再通過(guò)環(huán)空打壓傳導(dǎo)至下部點(diǎn)火頭對(duì)射孔槍進(jìn)行點(diǎn)火起爆[18]，此時(shí)只能完成對(duì)油氣層的帶壓射孔。射孔槍類(lèi)型為SQ127-16-90，采用液壓點(diǎn)火方式，射孔彈最大射入深度為1 579.88 mm。射孔槍上部的封隔器用于封隔套管環(huán)形空間，當(dāng)射開(kāi)油氣層后，油氣通過(guò)封隔器下部的篩管進(jìn)入油管內(nèi)部，再返出至地面，避免套管頭處和上部油層套管承受高壓。

圖3 射孔和試氣聯(lián)作管柱結(jié)構(gòu)圖

9）測(cè)井隊(duì)對(duì)射孔管柱進(jìn)行校深，根據(jù)校深結(jié)果對(duì)射孔管柱進(jìn)行精確調(diào)整，確定射孔深度和封隔器坐封深度。拆卸防噴器組合，安裝井口采油樹(shù)，連接地面生產(chǎn)管線(xiàn)和測(cè)試管線(xiàn)，安裝壓力表和壓力記錄儀，對(duì)地面管匯、管線(xiàn)及采油樹(shù)閥門(mén)按要求依次進(jìn)行試壓合格。從套管環(huán)空進(jìn)行補(bǔ)液，打壓5 MPa并確保穩(wěn)壓不降，驗(yàn)證封隔器坐封情況。

10）從套管環(huán)空打壓13 MPa傳遞到射孔槍上部點(diǎn)火頭處，射孔槍點(diǎn)火起爆，打開(kāi)油氣層。在地面觀(guān)察泡泡頭，出口處有明顯且連續(xù)的氣泡。先使用可調(diào)式油嘴[19]，待排出井內(nèi)液墊后，切換至固定油嘴[20]，并做好試氣數(shù)據(jù)記錄（表1）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，應(yīng)用此套聯(lián)作管柱和地面試氣流程，較好較快地探明了地層油氣產(chǎn)出情況，制定了合理的生產(chǎn)制度，進(jìn)而轉(zhuǎn)入地面生產(chǎn)管線(xiàn)進(jìn)行投產(chǎn)。

表1 試氣數(shù)據(jù)記錄表

4 結(jié)論

1）對(duì)地面試氣流程進(jìn)行優(yōu)化，提前將試氣管線(xiàn)連接至生產(chǎn)管線(xiàn)，地層產(chǎn)出的油氣經(jīng)測(cè)試后可直接進(jìn)入生產(chǎn)管線(xiàn)進(jìn)行投產(chǎn)，縮短單井投產(chǎn)周期。在前期的井筒準(zhǔn)備過(guò)程中，可同時(shí)進(jìn)行地面測(cè)試設(shè)備的安裝和調(diào)試，縮短測(cè)試設(shè)備使用時(shí)間，減少設(shè)備租賃成本。

2）通過(guò)分析地層壓力和巖心骨架受力情況，在射孔前通過(guò)抽汲排液降低井筒內(nèi)液柱高度，采用負(fù)壓射孔避免地層污染，防止地層出砂，充分利用地層能量實(shí)現(xiàn)油氣舉升，不需要下入電泵等舉升設(shè)備，也不需要配備井口用電設(shè)施。

3）使用射孔和試氣聯(lián)作管柱，整套聯(lián)作管柱操作簡(jiǎn)單，安全可靠，可以實(shí)現(xiàn)射開(kāi)地層后，直接進(jìn)行試氣和投產(chǎn)，避免多次起下管柱，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。采用此套工藝能夠安全高效地完成施工目標(biāo)，探明地層油氣情況后盡快投產(chǎn)，對(duì)于氣油比較高的油氣井的開(kāi)發(fā)投產(chǎn)具有一定的借鑒意義。