海上高溫高壓氣田完井投產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

王一生，張明，程飛，胡立鵬，張雪峰

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

近年來隨著我國對天然氣勘探開發(fā)研究理論和專門技術(shù)的不斷發(fā)展，針對高溫高壓氣田的研究已經(jīng)進入了實施階段，目前我國高溫高壓氣井的數(shù)量呈直線上升趨勢，但是隨著生產(chǎn)時間的不斷增加，高溫高壓氣井出現(xiàn)環(huán)空帶壓現(xiàn)象不斷增多，且高溫高壓氣田在投產(chǎn)過程中會受到井筒溫度壓力以及水合物等方面的影響，導致開采效率和開采質(zhì)量出現(xiàn)下降，通過對高溫高壓氣田的詳細分析，了解其完井投產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，對增強高溫高壓氣田的開采效率有著非常重要的作用[1]。

1 海上高溫高壓完井投產(chǎn)技術(shù)挑戰(zhàn)

1.1 高溫高壓氣井井筒完整性

海上高溫高壓氣井在使用過程中出現(xiàn)環(huán)空帶壓現(xiàn)象逐漸增多，已經(jīng)成為了影響迄今安全生產(chǎn)的重要因素。雖然現(xiàn)在很多研究學者針對井筒的完整性已經(jīng)做出了大量的研究，但在實踐中的效果并不太理想。通過實踐分析，高溫高壓氣井出現(xiàn)環(huán)空帶壓的主要原因是油管、套管、封隔器以及固井水泥環(huán)等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，其中油套管柱泄漏是最重要的原因。井口裝置所選用的壓力等級和材質(zhì)要求通常較高，因此所出現(xiàn)的問題會較少，對于含酸性氣體的氣井在生產(chǎn)過程中，井筒材質(zhì)會受到介質(zhì)的影響而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，引起環(huán)空出現(xiàn)不同程度地帶壓現(xiàn)象，會對氣井的正常生產(chǎn)帶來影響，嚴重的情況下會直接威脅到整個氣井井筒的安全[2]。

1.2 高溫高壓氣井的產(chǎn)能釋放

通過對高溫高壓儲層敏感性的試驗研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，高溫高壓氣井儲層敏感性非常復雜，尤其部分低滲氣藏，在生產(chǎn)過程中容易發(fā)生水敏損害，極易導致油氣的產(chǎn)能受到影響，進而引起氣井產(chǎn)量下降，導致開發(fā)難度增加。而對于凝析氣田，則易產(chǎn)生反凝析現(xiàn)象，凝析氣在井底產(chǎn)生液化，阻礙產(chǎn)能釋放。因此高溫高壓氣井的洗井作業(yè)、生產(chǎn)管柱設(shè)計以及清井排液方案，都是高溫高壓氣藏儲層開發(fā)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

1.3 海上作業(yè)易受限制

相對于陸地常規(guī)氣田作業(yè)，海上作業(yè)易受到諸多如天氣、場地、船舶、鉆機能力等限制。海上作業(yè)節(jié)奏較快，各項工序一般應做到無縫銜接，需同時合理安排設(shè)備、人員以及相應的交通工具，做好安全風險分析，盡量避免交叉作業(yè)，以防出現(xiàn)各類停工或事故，導致生產(chǎn)時效降低。

1.4 開發(fā)投資風險高

海上高溫高壓開發(fā)所面臨的投資風險主要包括以下幾個方面：第一，海上高溫高壓氣井鉆完井投資較高。以渤海某凝析氣田為例，井底溫度175～200 ℃，CO2分壓值高達7.4 MPa，防腐圖版推薦井下器材與油套管在高于180 ℃的高溫井段需采用鎳基合金材質(zhì)，其余井段需采用超級13 Cr材質(zhì)，否則難以保證氣井全生命周期內(nèi)的井筒完整性。鎳基合金與超級13 Cr材質(zhì)價格較高，約占單井費用的30%以上，拉高了單井開發(fā)成本。第二，海上氣井修井作業(yè)成本高昂。井筒完整性一旦出現(xiàn)異常將會威脅到平臺安全，因此修井作業(yè)儼然已成為氣井開發(fā)過程中的一項重點工作。對于沒有修井機的生產(chǎn)平臺則必須使用鉆井平臺，修井所產(chǎn)生的費用甚至要高于重新鉆完井的費用。第三，海上高溫高壓氣井需提前做好應急資源的儲備。海上高溫高壓氣井在生產(chǎn)過程中若發(fā)生緊急情況，應急處置會受到鉆機資源安排、特殊器材儲備、壓井材料運輸?shù)榷喾矫嬉蛩氐挠绊?，若錯失最佳的處理時間，易導致二次事故的發(fā)生，造成人員傷害、環(huán)境污染以及財產(chǎn)損失。

2 海上高溫高壓氣田完井投產(chǎn)技術(shù)對策

2.1 井筒完整性研究

對井筒完整性威脅最大的是酸性氣體。針對地質(zhì)特點，分析酸性氣體的腐蝕機理模擬，開展在不同工況下的腐蝕試驗，根據(jù)氣井預期開采年限優(yōu)選高溫高壓氣井環(huán)境所使用的油套管、完井工具、井口等器材的材質(zhì)，從而既能有效滿足高溫高壓酸性氣體的作業(yè)要求又可兼顧經(jīng)濟性[3-6]。

高溫高壓氣井油套環(huán)空通常保持密閉，通過V0級別的生產(chǎn)封隔器隔絕產(chǎn)層氣體對套管的腐蝕。對于高壓氣井，作業(yè)期間環(huán)空存留的壓井液由于液體加重劑的影響，部分離子對套管起到加速腐蝕的效果。因此有必要在安裝采氣樹前將油套環(huán)空液體替換為緩釋殺菌有防腐效能的保護液，有效且經(jīng)濟的環(huán)空保護液體系能夠有效避免環(huán)空帶壓問題[4]。

2.2 建立完善的風險識別及控制方法

為了能夠有效確保海上高溫高壓氣井的作業(yè)順利與成功投產(chǎn)，應當從各個方面制定風險控制措施。

(1) 完井作業(yè)：主要針對井漏、設(shè)備完整性、人員傷害、完井器材質(zhì)量等影響因素制定相應的風險控制措施，作業(yè)前召開全員技術(shù)交底會，每日召開安全生產(chǎn)例會，總結(jié)與安排現(xiàn)場作業(yè)。(2) 井控風險：與油井溢流不同，氣井一旦發(fā)生氣竄，留給關(guān)井操作的時間更短，危害更大，需時刻關(guān)注并做好井控管理工作。每口井均要求由井控專家編制專項設(shè)計，確定壓井液材料種類與儲備量，備好井控防噴工具，制定井控風險分析和控制措施，現(xiàn)場嚴格執(zhí)行。(3) 油藏變化風險：主要存在由于地質(zhì)條件的復雜性及不確定性影響油田開發(fā)效果等風險。在實際開發(fā)過程中，要求根據(jù)錄井資料及實鉆情況準確卡準地層，針對地質(zhì)特征的多變性不斷加深油藏認識，及時跟蹤現(xiàn)場的作業(yè)動態(tài)，不斷完善作業(yè)方案。除此之外，可在開發(fā)初期選取典型井下入井下光纖或電子壓力計，監(jiān)控井下溫壓變化趨勢，對后續(xù)布井起指導作用。(4) 生產(chǎn)管理：主要防止生產(chǎn)制度不合理或鉆完井與生產(chǎn)方對投產(chǎn)井交接不足。應根據(jù)平臺流程回壓特點選取自噴氣井的氣嘴開度，使井下生產(chǎn)壓差保持在合理范圍內(nèi)，既能保證不產(chǎn)生井壁垮塌，又可以盡快返排出井下殘留井液高效產(chǎn)氣，盡早收回開發(fā)成本。鉆完井方應使生產(chǎn)方掌握高溫高壓氣井的井身結(jié)構(gòu)、完井管柱、增產(chǎn)措施、井口最大操作壓力等資料，針對關(guān)鍵點共同制定合理的管理措施，確保生產(chǎn)井安全、穩(wěn)定。

2.3 環(huán)空壓力管理

高溫高壓氣井在投產(chǎn)之后可能會出現(xiàn)環(huán)空壓力，該壓力主要有兩種來源：一種是隨著井筒溫度的升高，環(huán)空壓力受溫度影響出現(xiàn)上升；另一種是環(huán)空油套管及井下工具發(fā)生泄漏，導致環(huán)空氣體上竄引起的壓力上升。若環(huán)空壓力持續(xù)上漲且不加以控制，或?qū)е律a(chǎn)封隔器發(fā)生損壞，加劇油套管腐蝕速度，甚至會造成管柱和套管的變形。因此生產(chǎn)階段需要加強對環(huán)空壓力的持續(xù)監(jiān)控，對已出現(xiàn)的環(huán)空壓力進行分析，并采取有效措施將環(huán)空壓力控制在合理范圍內(nèi)[7]。應針對環(huán)空帶壓井開展升壓-降壓測試，分析帶壓類型與漏壓速率，根據(jù)各級環(huán)空對升壓-降壓測試的響應情況確定帶壓風險級別，制定管理辦法，從而保障平臺安全生產(chǎn)。對環(huán)空壓力管理應當注意以下幾個環(huán)節(jié)：

(1) 根據(jù)氣井各級油套管強度等級、井下工具強度、井口裝置強度等多因素共同確定環(huán)空中最薄弱的強度值來作為最大允許井口壓力。(2) 在針對投產(chǎn)初期和中期的不同階段，需要制定相應的管理措施，定期對環(huán)空壓力進行監(jiān)測、升壓-降壓測試、井口抬升監(jiān)測、化驗環(huán)空中所返出的流體成分等。(3) 定期對環(huán)空保護液實施補充與替換，延緩氣體對油套環(huán)空的腐蝕速度，同時降低環(huán)空壓力。(4) 根據(jù)帶壓現(xiàn)象制定具體措施，如儲備壓井液材料，定期補充環(huán)空保護液，如帶壓嚴重則需重新修井。

2.4 儲層精細保護技術(shù)

由于我國大部分高溫高壓氣田具有低孔低滲的特征，因此傳統(tǒng)的儲層保護技術(shù)已經(jīng)無法滿足實際的生產(chǎn)需求，需從影響儲層保護效果的鉆完井液和鉆完井工藝角度進行分析，針對實際情況制定合理的儲層保護技術(shù)，開發(fā)抗高溫的儲層鉆開液體系，自主研發(fā)環(huán)保、緩蝕的環(huán)空保護液體系，采用多級過濾設(shè)備降低入井液體濁度等辦法能夠有效保護儲層降低損害。另外根據(jù)目標地區(qū)的地層壓力進行三維精細描述模型對開發(fā)氣井進行合理的壓力預測，通過精細控壓設(shè)備調(diào)整儲層微壓差實現(xiàn)定量控制，不僅能夠有效保證高溫高壓氣井的作業(yè)安全，而且還能夠有效提高儲層的保護效果[8]。

2.5 完井綜合提效技術(shù)

高溫高壓氣田開發(fā)是一項作業(yè)成本高，技術(shù)難度大的工作，為有效降低海上邊際氣田完井的開發(fā)成本，需不斷創(chuàng)新完善高溫高壓氣田完井的技術(shù)體系，有效提高高溫高壓氣田完井效率。

(1)新技術(shù)提效：渤海某凝析氣田率先使用的陶瓷破裂拱閥封井技術(shù)，對于需要進行尾管回接的氣井而言，是一項切實可行的提效技術(shù)。該技術(shù)通過陶瓷破裂拱閥與防砂頂部封隔器一同下入，可實現(xiàn)防砂、封井一體化，一趟作業(yè)兩種功能，極大提高了完井時效，平均單井可節(jié)約工期6.35天，節(jié)約費用650萬元以上。(2)作業(yè)管理提效：除了新技術(shù)提效，現(xiàn)場作業(yè)管理方面的提效工作也大有可為。完井作業(yè)多數(shù)工具需連接短節(jié)、短鉆桿便于下入，通過陸地預連單根可實現(xiàn)現(xiàn)場整根下入，減少鉆機等待時間；對于導管架批量完井作業(yè)，可根據(jù)井口高度定制升高立管，實現(xiàn)帶防噴器組移井架，極大節(jié)約拆裝井口時間。

2.6 投產(chǎn)實施要點

高溫高壓氣井完井投產(chǎn)期間將會受到多方面因素的影響，為了能夠保證氣井的正常投產(chǎn)，需要制定以下管理要點：

(1) 檢查地面井上安全閥以及井下安全閥的控制系統(tǒng)以及各種傳感器是否處于正常狀態(tài)，環(huán)空放壓流程是否通暢。(2) 氣井在開井投產(chǎn)之前，應當讀取并記錄油壓、各級套壓、井下溫度壓力、井下安全閥開啟前的控制壓力和井口溫度等作為主要投產(chǎn)前初始數(shù)據(jù)。(3) 根據(jù)氣井的關(guān)井壓力，選擇關(guān)井壓力最高的井作為第一口投產(chǎn)井，后續(xù)的氣井可以將第一口井的打開壓力作為參考。(4) 在開井投產(chǎn)之后，應當及時跟蹤記錄氣井的各項運行參數(shù)，除油壓、各級套壓、井下溫度壓力、井上井下安全閥控制壓力、溫度油嘴開度以外，還應記錄氣井井口的抬升情況，與投產(chǎn)前標定點相對比，若抬升較多或偏心抬升應及時采取相應對策。(5) 氣井在投產(chǎn)初期由于油嘴的溫度較低，很有可能在油嘴后形成水合物，建議在開井時保持水合物抑制劑的注入，及時觀察井口壓力、產(chǎn)量、溫度的變化情況，來決定是否停止注入。(6) 定期檢測井下安全閥的控制壓力，避免控制壓力過低導致安全閥自動關(guān)閉或是控制壓力過高導致安全閥本體與管線損壞。(7) 高溫高壓氣田在投產(chǎn)期間應當定期監(jiān)測環(huán)空壓力的變化情況，確保各個儲層的環(huán)空壓力均保持在最大的允許工作壓力范圍之內(nèi)，在投產(chǎn)初期環(huán)空壓力的上升速度需要進行加密監(jiān)測。同時應當制定合理的環(huán)空壓力周期，對于不嚴重的氣井，應當每月進行一次升壓-降壓測試，嚴重的氣井應適當加密測試。(8)當氣層的環(huán)空壓力過高時需要進行泄壓，應當按照要求記錄泄壓前后的壓力、大小、時間以及在泄壓過程中所排放出的液體成分、總量等，分析氣體組分并判斷所發(fā)生的泄漏源，從而制定有效措施進行控制。(9)高溫高壓氣田在生產(chǎn)初期應當嚴格控制生產(chǎn)壓差，如超出額定生產(chǎn)壓差很有可能引發(fā)出砂現(xiàn)象，后期地層壓力衰竭可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。(10)凝析氣田生產(chǎn)期間易發(fā)生反凝析現(xiàn)象，宜及時進行PLT測試分析發(fā)生的原因，調(diào)整后續(xù)氣井完井管柱設(shè)計，從而提高整體采收效果。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對海上高溫高壓氣田的深入研究分析，對增強高溫高壓氣田投產(chǎn)完井技術(shù)具有非常重要的作用。但是由于高溫高壓氣井特點各不相同，完井投產(chǎn)技術(shù)在實際應用過程中具有較強的復雜性和局限性，因此還需要根據(jù)特定氣田特點進行單獨優(yōu)化。目前我國海上高溫高壓氣井完井技術(shù)起步較晚，需要與國外先進技術(shù)保持與時俱進，結(jié)合我國海上作業(yè)的特點，進一步完善國內(nèi)海上高溫高壓氣井的完井投產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)我國油氣田經(jīng)濟效益和社會效益的提高。