普光高含硫氣田裸眼水平井投產(chǎn)工藝技術(shù)

摘 要

摘要：川東北普光高含硫氣田裸眼水平井投產(chǎn)，存在著碳酸鹽巖地層易噴易漏、井控安全風(fēng)險(xiǎn)高，鉆水泥塞容易開窗出軌，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一體化分段酸化一生產(chǎn)完井管柱極易發(fā)生粘卡事件等難題
摘要：川東北普光高含硫氣田裸眼水平井投產(chǎn)，存在著碳酸鹽巖地層易噴易漏、井控安全風(fēng)險(xiǎn)高，鉆水泥塞容易開窗出軌，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一體化分段酸化一生產(chǎn)完井管柱極易發(fā)生粘卡事件等難題。為此，在該氣田大灣氣藏采用井筒模擬通井處理工藝，優(yōu)化設(shè)計(jì)完井管柱結(jié)構(gòu)，結(jié)合二次下井回接完成、優(yōu)質(zhì)鉆完井液與內(nèi)防噴工具的使用，妥善解決了上述難題，實(shí)現(xiàn)了分段完井管柱多級封隔器適時(shí)坐封隔絕氣層以及滑套順序開關(guān)、均勻布酸的目標(biāo)，取得了很好的應(yīng)用效果。結(jié)論認(rèn)為：①在該區(qū)實(shí)施裸眼水平井投產(chǎn)工藝以及鉆塞、模擬通井處理工藝是可行的，是高酸性氣田合理高效開發(fā)值得借鑒的一個(gè)模式；②井壁穩(wěn)定、順暢、潤滑的井況環(huán)境是裸眼水平井安全順利投產(chǎn)的前提條件，也是實(shí)現(xiàn)降本增效、安全開發(fā)酸性氣田的重要技術(shù)手段；③針對高酸性裸眼氣井完井投產(chǎn)工藝技術(shù)的復(fù)雜性須選擇優(yōu)質(zhì)完井液，全過程、全方位、多層面的從技術(shù)角度進(jìn)行安全控制是井控技術(shù)的發(fā)展方向；④碳酸鹽巖氣藏裸眼井投產(chǎn)作業(yè)全過程使用鉆完井液壓井，對于如何選擇酸化、排液模式才能解除對儲層造成二次污染仍需不斷加以認(rèn)識和完善。 
關(guān)鍵詞 普光氣田 高含硫 裸眼水平井 投產(chǎn)技術(shù) 模擬通井 完井管柱 優(yōu)化
 
 
位于四川盆地東北部的普光氣田大灣氣藏儲層埋藏深度介于4840～5715m，儲集空間以隙為主，裂縫發(fā)育較少，孔隙度介于2.01%～l8.07%，滲透率介于0.569～281.8 mD。大灣氣藏天然氣組分以甲烷為主，流體中H2S平均含量為12.1%，H2S分壓介于4.3～5.2 MPa；CO：平均含量為9.9%，CO2分壓介于2.3～2.7 MPa，腐蝕環(huán)境十分惡劣[1]，這對完井油管、套管、完井工具、井口裝置和設(shè)備等都存在著巨大的威脅。國內(nèi)外高含硫氣田大多數(shù)都采用的是套管射孔完井，完井管柱利用永久式封隔器封隔油套環(huán)空以保護(hù)封隔器上部套管、減緩套管腐蝕、延長氣井壽命。普光氣田大灣氣藏碳酸巖氣層存在氣藏壓力高、埋藏深度大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、腐蝕嚴(yán)重、易噴易漏、安全風(fēng)險(xiǎn)高等開發(fā)難題心[2-3]。為此，筆者采用井筒模擬通井處理工藝，輔以對完井管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合二次下井回接完成、優(yōu)質(zhì)鉆完井液與內(nèi)防噴工具的使用，為解決上述難題摸索出了一條途徑。
 
1裸眼井身結(jié)構(gòu)特征
    普光高含硫氣田大灣氣藏屬于開發(fā)方案確定的“少井高產(chǎn)、降本增效”開發(fā)區(qū)塊，是以裸眼水平井為主、套管水平井為輔、兼顧探井利用組成的開發(fā)井網(wǎng)。根據(jù)鉆完井工程技術(shù)需要和實(shí)現(xiàn)儲層產(chǎn)能最大化的目的，裸眼水平井采用了大直徑裸眼的先期完井方式，即先采用直徑212 mm鉆頭鉆開氣層，然后在氣層頂部至套管鞋之間的造斜井段注水泥塞約l00 m進(jìn)行臨時(shí)封井，再下直徑l77.8 mm套管固井完井，其中，套管的尾部采用抗H2S、C02腐蝕的高鎳基合金套管作為永久封隔器坐封封隔位置，包括氣層在內(nèi)的水平段為裸眼。氣井井身結(jié)構(gòu)形成上部套管內(nèi)徑l52.5mm，下部裸眼水平段井徑220 mm的“大肚子”井眼，投產(chǎn)完井工程設(shè)計(jì)難度大；裸眼水平段或儲層段超長，Ⅱ靶水平位移和氣層段跨度均逾l 000 m，氣層裸露面積大、氣浸、井涌風(fēng)險(xiǎn)大；封井水泥塞至井底(斜深5200～6270 m)的空間極可能聚集有高壓氣體，鉆塞過程容易發(fā)生高壓氣液上竄，井控風(fēng)險(xiǎn)隱患大。這種具有特殊結(jié)構(gòu)的裸眼水平井儲層分段改造、腐蝕護(hù)、井控安全等投產(chǎn)工程設(shè)計(jì)難度非常大；投產(chǎn)完井作業(yè)工藝面臨著鉆塞容易出軌開窗，裸眼段起下鉆阻卡、粘卡、水泥碎塊卡風(fēng)險(xiǎn)大，大直徑裸眼段洗壓井驅(qū)替效率低，氣浸井涌、H2s泄漏風(fēng)險(xiǎn)高等難題。為實(shí)現(xiàn)高含硫氣田開發(fā)“少井高產(chǎn)、降本增效、安全環(huán)保”目的和順利投產(chǎn)，裸眼水平井投產(chǎn)工程設(shè)計(jì)和作業(yè)工藝設(shè)計(jì)，必須解決裸眼水平井投產(chǎn)作業(yè)過程中井筒處理、投產(chǎn)采氣完井、井控安全等關(guān)鍵技術(shù)。
2裸眼井投產(chǎn)完井工藝技術(shù)
2.1 井筒處理工藝技術(shù)
2.1.1裸眼鉆塞技術(shù)
    針對封井水泥塞正處于井斜65 。～80。鉆井造斜井段，鉆塞容易出軌開窗、井壁殘留水泥環(huán)等缺陷，鉆塞管柱設(shè)計(jì)采用Φl49.2 mm三牙輪鉆頭+Φ120.7 mm彎螺桿+Φ120.7 mm止回閥+Φ120.7 mm無磁鉆鋌+MWD短接+Φ120.7 mm無磁鉆鋌+Φ88.9mm加重鉆桿+Φ88.9 mm鉆桿；工藝設(shè)計(jì)采用MWD隨鉆定向技術(shù)結(jié)合巖屑、鉆時(shí)、井斜錄井技術(shù)，及時(shí)監(jiān)測和調(diào)整鉆塞軌跡，降低在造斜裸眼段鉆水泥塞可能出現(xiàn)的出軌開窗風(fēng)險(xiǎn)。鉆穿過程重復(fù)在鉆塞井段及時(shí)采取劃眼和短起下措施，防止出現(xiàn)臺階或不規(guī)則井筒，保持鉆塞段通暢圓滑。
2.1.2裸眼水平段井筒處理工藝
    為了消除小鉆頭鉆大直徑水泥塞井壁殘留水泥環(huán)的缺陷、后續(xù)起下鉆水泥碎塊脫落卡鉆的隱患，防止水泥塞下圈閉高壓天然氣導(dǎo)致氣浸井涌和裸眼粘卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，井筒處理設(shè)計(jì)了以下3種不同技術(shù)功能的組合通井鉆具：①結(jié)構(gòu)簡單的三牙輪鉆頭試通井管柱，具有較好的防粘卡及處理復(fù)雜井況能力，試通至井底，達(dá)到分段循環(huán)脫氣壓穩(wěn)井目的；②三牙輪鉆頭+單銑柱裸眼通井管柱，通過在復(fù)雜井段短起下和旋轉(zhuǎn)切削操作基本達(dá)到井眼軌跡圓滑、幾乎無水泥碎塊脫落的井況條件，滿足完井工具下井的最小通徑；③三牙輪鉆頭+雙銑柱的模擬通井管柱，雙銑柱管柱在一定程度模擬了完井工具串結(jié)構(gòu)并提高了管柱剛度，通井后達(dá)到井眼軌跡更趨于圓滑、規(guī)整、無水泥碎塊脫落的井況條件，滿足完井工具順利下井和氣層壓穩(wěn)程度更高的要求。
2.1.3 井筒處理工藝技術(shù)要求
    1)通井管柱全部采用Φ88.9 mm鉆桿，井斜角大于等于30°的井段采用斜坡鉆桿；鑒于鉆塞管柱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和裸眼段存在粘卡、阻卡的風(fēng)險(xiǎn)，確認(rèn)鉆穿水泥塞后應(yīng)循環(huán)脫氣，測后效起鉆。
    2)鉆塞工序充分考慮裸眼水平井段氣體的圈閉壓力以及鉆井液氣侵和污染的嚴(yán)重性，在鉆塞打開氣層前適當(dāng)使用高附加值密度鉆井液壓井，鉆開后調(diào)整鉆井液密度，以井筒不噴不漏為原則。
    3)鉆完井液黏度、切力要適當(dāng)，保持鉆井液有較好的流變性和較低的循環(huán)泵壓；開泵排量應(yīng)由小到大，特別是鉆開水泥塞后鉆遇稠鉆井液段摩阻增大，需防止憋漏地層。
    4)鉆進(jìn)中若發(fā)生滲透性漏失，漏失速度小于3m3/h，采取降低排量、提高鉆井液黏度或靜止堵漏的方法；若漏失速度大于3m3/h的漏失，在保證井控安全條件下起鉆至套管內(nèi)，先用靜止堵漏的方法堵漏，如果無效果，應(yīng)使用橋堵材料進(jìn)行橋接暫堵措施。
2.2采氣完井工藝技術(shù)
2.2.1 采氣完井管柱設(shè)計(jì)
    生產(chǎn)油管采用Φ88.9 mm壁厚6.45 mm的抗H2S、C02腐蝕的鎳基合金油管，VAM—TOP氣密封扣型。
    完井管柱綜合考慮了腐蝕防護(hù)、儲層改造、采氣生產(chǎn)、完井工藝、井控安全等內(nèi)容(圖1)，主要南井下安全閥、永久封隔器、懸掛封隔器、投球滑套、分段封隔器、壓差滑套等工具組成【4】。永久封隔器抗壓差能力為70 MPa，分段封隔器抗壓差能力為49.5 MPa，它們與多級滑套、隔斷球坐配套使用，通過液壓坐封實(shí)現(xiàn)氣層分段和封閉裸眼段功能。

2.2.2 完井投產(chǎn)工藝
    完井管柱下井必須進(jìn)行鎳基合金油管上扣扭矩檢測、完井工具組裝和下鉆速度控制，完井作業(yè)耗時(shí)很長、安全隱患大，完井管柱下井工藝設(shè)計(jì)了風(fēng)險(xiǎn)小的二次回接完成。
    1)第一趟為下部分段式完井管柱，采用Φ88.9mm鉆桿送入。由浮鞋、隔絕球座、壓差滑套、分段封隔器、投球滑套、懸掛封隔器和錨定密封回接筒等工具組成分段管柱，在下井過程內(nèi)防噴工具浮鞋處于單向隔斷，氣層氣體不能進(jìn)入油管管內(nèi)；下井到位后，油管投投入小直徑的專用隔絕坐封球，泵送球到位碰壓，液壓坐封所有封隔器并懸掛在既定的設(shè)計(jì)位置，套管環(huán)空及裸眼段將由多級封隔器隔斷，同時(shí)隔絕球坐關(guān)閉并與浮鞋形成雙向隔斷，繼續(xù)升壓鉆桿從回接筒處預(yù)置的丟手機(jī)構(gòu)處丟手，實(shí)現(xiàn)裸眼段氣層與井筒隔絕，然后在裸眼段封閉和井控安全的情況下完成管柱回接、井下安全閥及線纜的測試安裝、拆卸封井器組和采氣樹安裝試壓等繁雜作業(yè)。
    2)第二趟為上部回接完井管柱。由Φ88.9 mm合金油管、錨定密封回插頭、永久式封隔器、井下安全閥等工具組成錨定密封回插管柱，下井到位后通過管柱回接技術(shù)插入密封，組成酸化一生產(chǎn)一體化完井管柱跚。采氣完井生產(chǎn)管柱采用二次油管回接工藝，鉆桿送人提高了完井管柱抗拉、抗扭安全系數(shù)和具備復(fù)雜井況環(huán)境下處理突發(fā)事件的能力，投球坐封后水平井段管串丟手，環(huán)空由多級封隔器隔絕氣層，油管由隔絕球座和浮鞋雙向、雙重隔斷，具有作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)幾乎為零的井控優(yōu)勢。
2.2.3儲層酸壓(化)改造工藝
    采氣完井管柱按照設(shè)計(jì)下井完成后，按照酸化施工設(shè)計(jì)連接高低壓管匯和安裝投球裝置，油管繼續(xù)升壓至42 MPa，打開壓差滑套，按照酸化泵注程序、液量酸化下部層段；油管投入中等直徑的Ⅱ級功能球，加壓14 MPa打開投球滑套Ⅱ，酸化中部層段；油管投入較大直徑的工級功能球，加壓l4 MPa打開投球滑套工，酸化上部層段，關(guān)井反應(yīng)后，通過二級放噴流程進(jìn)行一次性放噴排液、測試投產(chǎn)。
2.2.4優(yōu)選關(guān)鍵工序，細(xì)化操作步驟
2.2.4.1鉆塞工具優(yōu)選
    按照裸眼水平井特點(diǎn)在造斜段鉆塞方式有3種：①使用國外先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)定向技術(shù)和專用液壓擴(kuò)眼鉆頭，特點(diǎn)是工具結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用昂貴，尋軌定向準(zhǔn)確，井壁不殘留水泥碎塊；②使用MWD隨鉆定向鉆塞技術(shù)與專用液壓擴(kuò)眼鉆頭，特點(diǎn)是工序多，尋軌能力差，井壁不殘留水泥碎塊；③使用MWD隨鉆定向鉆塞技術(shù)，不進(jìn)行擴(kuò)眼，缺點(diǎn)是尋軌能力差，井壁殘留水泥碎塊，后續(xù)井筒處理工序復(fù)雜。由于碳酸鹽巖、水泥石的可鉆性以及抗壓能力差異性很大，分析認(rèn)為只要正確掌控鉆塞施工參數(shù)和及時(shí)檢測井眼軌跡，就能保持新鉆軌跡與老井眼的一致性，因而選擇了價(jià)格低廉、工藝配套的MWD隨鉆定向技術(shù)鉆塞，模擬通井管柱井筒處理技術(shù)改善井況環(huán)境可行性。
2.2.4.2管柱校深與井筒防卡降阻
    完井工具準(zhǔn)確坐封到既定位置，一般是通過工程測井校深、調(diào)整管柱完成的。但校深需要鉆具在裸眼井段長時(shí)間停頓，極易形成泥餅粘卡事故，施工中采取了提前對所使用鉆桿校深并標(biāo)定深度，完井管柱連續(xù)下井、一次調(diào)整到位的措施。井筒防卡降阻除了能強(qiáng)化通井效果外，還通過調(diào)整鉆完井液性能、添加降阻劑等手段將起下鉆摩阻降低至最小，保證完井管柱順利下井。
2.2.4.3 鉆完井液性能優(yōu)化處理
    裸眼井完井作業(yè)基于安全考慮，主要作業(yè)工序全部使用高溫穩(wěn)定防氣竄效果好的聚磺鉆井優(yōu)質(zhì)壓井液，因鉆塞作業(yè)不可避免地會在鉆完井液中存在水泥碎屑，或鉆完井液加重會混入少量絮狀編制物品，可能造成封隔器、滑套等完井工具液壓通道堵塞，導(dǎo)致完井工具順序動作失靈，致使整個(gè)投產(chǎn)工藝失敗。因此，入井鉆完井液嚴(yán)格按照過振動篩、過濾篩管、除氣脫硫等程序把關(guān)，且長時(shí)間靜置無沉淀發(fā)生。
2.3井控安全技術(shù)
    普光高酸性氣田投產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生溢漏、井涌、井噴等事件，就可能發(fā)生鉆具氫脆斷裂、硫化氫泄漏等事件，因而井控安全被作為第一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。作業(yè)期問通過對氣層的橋接暫堵拓寬氣層壓力窗口，防止地層噴漏，提高氣井壓穩(wěn)效果，通過優(yōu)化壓井液性能和壓井工藝以控制井下氣體的活躍程度，經(jīng)現(xiàn)場使用完善，形成了高酸性氣田的井控配套技術(shù)和管理措施，為高酸性氣田高效、順利、優(yōu)質(zhì)投產(chǎn)作業(yè)提供了安全的井況環(huán)境。
    1)在壓井液選用環(huán)節(jié)，根據(jù)儲層地質(zhì)特征、壓力系數(shù)，重點(diǎn)參考實(shí)際鉆開氣層時(shí)使用的鉆完井液性能和發(fā)生噴漏情況，充分考慮長時(shí)間起下大直徑鉆具引起氣層激動存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，使用_『高附加密度值的高溫穩(wěn)定防氣竄效果好的聚磺鉆井液與橋接暫堵防漏液體為主體的壓井液體系，以維護(hù)裸眼井段與氣層的穩(wěn)定，從技術(shù)上保證作業(yè)過程始終處于一級井控狀態(tài)。
    2)在井控設(shè)備配置環(huán)節(jié)，采用2FZ35—70EE級液壓(半封+全封)閘板+2FZ35-70EE級液壓(剪切+半封)閘板+FH35-35EE環(huán)形防噴器組合，保證了多種工況條件下發(fā)生溢流或井涌異常時(shí)，對井口能及時(shí)有效控制。
    3)在內(nèi)防噴工具設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，鉆塞、通井等井筒處理工序設(shè)計(jì)使用井下回止閥，完井管柱管鞋位置使用了隔絕球坐和浮鞋雙重防噴工具，在分段管柱坐封懸掛時(shí)提前封閉井眼，徹底杜絕了管內(nèi)井噴事故。
    4)在監(jiān)測、預(yù)防發(fā)生氣侵、井涌事件環(huán)節(jié)，應(yīng)用氣測錄井技術(shù)檢測烴類氣體上竄速度，規(guī)定壓井液中達(dá)到小于等于30 m/min的標(biāo)準(zhǔn)，且預(yù)計(jì)起下鉆時(shí)間在安全周期內(nèi)才能起鉆，保證了普光高含硫氣田的安全順利投產(chǎn)。
3應(yīng)用效果評價(jià)
    通過對普光高壓、高溫、高含硫化氫氣田投產(chǎn)技術(shù)的攻關(guān)和工藝創(chuàng)新，裸眼水平井投產(chǎn)完井工藝技術(shù)成功應(yīng)用于D403 1H等4口井。在整個(gè)投產(chǎn)作業(yè)過程，按照裸眼水平井工程設(shè)計(jì)要求實(shí)施了造斜段鉆塞、套管刮削、裸眼段模擬通井等工序，為完井管柱順利下井到位提供了良好的井況環(huán)境，應(yīng)用實(shí)施4口井次均無阻卡、井下復(fù)雜事件發(fā)生，一次下井到位成功率達(dá)100%。高溫穩(wěn)定防氣竄效果好的優(yōu)質(zhì)聚磺鉆井液，在井下停留時(shí)間達(dá)到l68 h無沉淀、無變質(zhì)，保持了液壓傳遞效率和速度，封隔器坐封和滑順序打開率均達(dá)到100%，保證了分段完井管柱封隔質(zhì)量和酸化均勻布酸效果[3]，提高了非均質(zhì)氣層的增產(chǎn)效果。在整個(gè)作業(yè)期間未發(fā)生井涌、井噴等安全事件，環(huán)保達(dá)標(biāo)，現(xiàn)場應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期效果?；诟吆驓馓锞匕踩枰驮摷夹g(shù)基本成熟，在普光氣田套管水平井投產(chǎn)中推廣應(yīng)用裸眼井完井技術(shù)對高含硫氣田開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
4結(jié)論與認(rèn)識
    1)普光氣田大灣氣藏裸眼水平井投產(chǎn)丁藝技術(shù)以及鉆塞、模擬通井處理工藝是可行的，是高酸性氣田合理高效開發(fā)值得借鑒的一個(gè)模式。
    2)井壁穩(wěn)定、順暢、潤滑的井況環(huán)境是裸眼水平井安全順利投產(chǎn)的前提條件，也是實(shí)現(xiàn)降本增效、安全開發(fā)酸性氣田的重要技術(shù)手段。
    3)針對高酸性裸眼氣井完井投產(chǎn)工藝技術(shù)的復(fù)雜性須選擇優(yōu)質(zhì)完井液，全過程、全方位、多層面的從技術(shù)角度進(jìn)行安全控制，是井控技術(shù)的發(fā)展方向。
4)碳酸鹽巖氣藏裸眼井投產(chǎn)作業(yè)全過程使用鉆完井液壓井，如何選擇酸化、排液模式才能解除對儲層造成二次污染[6]，仍需要在高含硫氣田工程實(shí)踐中不斷加以認(rèn)識和完善。
 
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本文作者：石俊生1 古小紅2 王木樂1 余濤1 鄒峰梅1
1.中國石化中原油田分公司采油T程技術(shù)研究院 2.中國石化中原油Kt普光分公司