超高壓長跨度全通徑射孔在高壓氣田的應用

摘 要

摘要：目前國內(nèi)已經(jīng)勘探、開發(fā)的超深整裝油氣田多屬于高壓或超高壓油氣田，鉆遇儲層厚約300m，地層壓力高約110MPa，油氣層溫度在140℃左右，這就要求采用一次性完井投產(chǎn)的作業(yè)工藝。
摘要：目前國內(nèi)已經(jīng)勘探、開發(fā)的超深整裝油氣田多屬于高壓或超高壓油氣田，鉆遇儲層厚約300m，地層壓力高約110MPa，油氣層溫度在140℃左右，這就要求采用一次性完井投產(chǎn)的作業(yè)工藝。為此，針對高壓氣田的特點以及開采工藝的要求，研究了不丟射孔槍的方法，配套高強度射孔器材，形成了超高壓全通徑射孔一次性完井技術(shù)。射孔后整個管柱形成暢通通徑，能夠滿足超高壓、長跨度情況下射孔安全作業(yè)，達到了與完井封隔器結(jié)合進行一次性完井投產(chǎn)目的，實現(xiàn)了油氣井的高效開發(fā)。現(xiàn)場應用結(jié)果表明，該工藝技術(shù)能夠為后續(xù)油氣開采、酸化壓裂等提供充足的流動通道，也為實時獲取油氣井剖面的生產(chǎn)測井提供了應用通道，達到了保護儲層的日的，還為試油作業(yè)提供了安全保障。
關(guān)鍵詞：氣田；超高壓；長跨度；全通徑射孔；管柱；完井；壓裂聯(lián)作；生產(chǎn)測井
    目前國內(nèi)部分油氣田屬于超高壓，地層壓力110MPa，地面關(guān)井壓力近90MPa，結(jié)合封隔器作業(yè)的施工總壓力將達到140MPa，鉆遇儲層厚約300m，鉆井深度一般超過5000m，采用1.4g/cm3高密度有機鹽壓井，其鉆井成本高，無法提供射孔丟槍口袋，動態(tài)監(jiān)測無法測取產(chǎn)氣剖面。同時，為了高效地將油氣開發(fā)出來，要求采用先進的永久封隔器與射孔完井投產(chǎn)方式進行一次性完井。由于受到射孔技術(shù)和開發(fā)成本等因素的制約，只能采用帶槍生產(chǎn)一次性完井管柱，使得酸液不能均勻進入地層而影響酸化解堵效果，生產(chǎn)測井儀器不能下到產(chǎn)層中部獲得真實的產(chǎn)油氣剖面。因此，全通徑射孔技術(shù)的應用意義重大。
1 超高壓全通徑射孔工藝
    全通徑射孔[1～2]是采用油管將全通徑射孔器材及配套井下工具輸送到目的層位，起爆射孔后，將射孔器材的附件全部丟掉，整個管柱形成與油管直徑相當?shù)耐◤?。它能夠?qū)崿F(xiàn)一次性完井管柱，保護氣藏免受二次污染；能夠與酸化、加砂壓裂等增產(chǎn)措施聯(lián)作，節(jié)省完井時間和鉆井費用；能夠為后續(xù)生產(chǎn)測井提供過儀器通道。
    目前超高壓全通徑有127型和89型兩大系列。127型超高壓全通徑射孔器材的應用耐壓指標為140MPa，超高壓射孔槍配大1m低碎屑彈，可以實現(xiàn)大跨度射孔，適用于Φ177.8mm套管射孔完井，射孔后形成的全通徑大于等于Φ62mm。
    89型超高壓全通徑射孔器材的應用耐壓指標為140MPa，超高壓射孔槍配套89低碎屑彈，適用于Φ127mm、Φ139.7mm套管射孔完井，射孔后形成全通徑大于等于Φ50mm。
1.1 可作為完井生產(chǎn)管柱
    超高壓全通徑射孔與一次性完井生產(chǎn)管柱聯(lián)作(圖1-a)，不需起出管柱或丟槍作業(yè)就可直接作為完井投產(chǎn)管柱。避免了反復起下管柱壓井對油氣地層的傷害，縮短了試油時間，降低了試油成本，增加了施工作業(yè)的安全性，提高了作業(yè)時效。

    完井投產(chǎn)聯(lián)作管柱中一般采用永久封隔器，封隔器坐封可以采用堵塞器憋壓坐封，也可以采用投球憋壓坐封，采用堵塞器方式坐封封隔器是安全有效的，坐封后堵塞器需要取出地面，不會影響后續(xù)投產(chǎn)通徑；若采用投球憋壓坐封，必須考慮封隔器啟動芯子外徑尺寸要小于超高壓全通徑射孔器材射孔后形成的通徑。該技術(shù)工藝特點：管柱采用永久封隔器完井，射孔槍的上下部各安裝高壓全通徑防砂起爆器，也在射孔槍上部裝破裂盤，起爆后能炸成碎屑，保證全通徑的形成。
1.2 壓裂聯(lián)作
   超高壓全通徑射孔與壓裂聯(lián)作(圖-b)實現(xiàn)了一趟作業(yè)管柱完成射孔和后續(xù)增產(chǎn)措施的施工作業(yè)[3～4]。超高壓全通徑射孔工藝能夠為井筒內(nèi)提供足夠的壓裂通道，減小增產(chǎn)措施的施工壓力，降低施工難度。
   超高壓全通徑射孔與酸化壓裂聯(lián)作技術(shù)，酸化時射孔段的射孔槍作為篩管，槍管內(nèi)外都可提供流體通道，加大了流體流通面積，大大減少了擠酸的摩阻，提高排量。壓裂聯(lián)作技術(shù)在射孔槍成全通徑，同時酸液通過篩管和槍管孔眼直接注入地層。
   超高壓全通徑射孔與加砂壓裂聯(lián)作時，由于砂濃度較高，加砂摩阻大，常規(guī)采取的是射孔后丟槍再進行加砂壓裂的聯(lián)作。但是，井況條件不滿足丟槍要求，全通徑射孔與加砂壓裂聯(lián)作就能解決這一問題。一方面采用全通徑射孔槍可以提供更大的加砂通道，Φ177.8mm套管全通徑射孔提供的流通面積是常規(guī)射孔的2倍，因為通徑內(nèi)外都可以提供流通通道。常規(guī)射孔形成的裂縫不能得到充分利用，在進行加砂壓裂時射孔裂縫有的已經(jīng)閉合，而超高壓全通徑射孔壓裂聯(lián)作在射孔的同時就進行加砂壓裂，攜砂液不僅從篩管，而且通過射孔槍上的孔眼擠入地層，避免了射孔裂縫的閉合，降低了施工壓力。
1.3 提供生產(chǎn)測井通道
   現(xiàn)有的射孔完井技術(shù)能夠為生產(chǎn)測井[5]提供通道，其方式有：①射孔后壓井起出槍串再下完井管柱，但是完井方式起下鉆次數(shù)多，需要壓井作業(yè)，容易造成油氣儲層的二次污染；②過油管射孔，盡管完井方式能夠提供生產(chǎn)測井通道，但受到射孔厚度、地層壓力以及射孔彈穿深的限制；③射孔丟槍，需要提供足夠的容槍口袋，這樣鉆井成本就會攀升；④超高壓全通徑射孔，射孔后整個管串形成全通徑，能夠提供大于等于Φ50mm(89型)、大于等于Φ62mm(127型)的生產(chǎn)測井通道，生產(chǎn)測井儀器可以下到產(chǎn)層中部，獲得近似的生產(chǎn)油氣剖面，進行動態(tài)監(jiān)測，對氣田的后期開發(fā)部署具有重要的指導意義。以上方式能夠結(jié)合完井封隔器進行一次性完井投產(chǎn)，無需起出管柱，避免了地層二次污染，降低了試油成本，不受射厚、地層壓力及射孔彈的限制。
1.4 延長油氣井壽命
    一方面，常規(guī)帶槍生產(chǎn)的油氣井，油氣從儲層出來只能經(jīng)過槍套間隙經(jīng)篩管而上升到地面，有兩道迂回，流體經(jīng)迂回途徑流速將會急劇降低，兩道壓降，導致儲層到篩管間的壓降增大，而流量是跟流通面積與流速成正比關(guān)系，在地面流通面積不變的情況下，一旦流速降低了流量自然要降低。而流體損失的壓降到底去哪了呢？當然是對管柱[6]、封隔器進行沖擊作用，使得管柱不斷產(chǎn)生振動，從而影響油氣井壽命。
    而全通徑射孔完井的管柱內(nèi)外都是流通通道，而儲層部分油氣從地層出來直接進入管柱內(nèi)通徑，少走一次迂回少一次壓降，從而流速相對較高，因此流量也會增大。作用在管柱的壓降少了，振動頻率自然降低，管柱、封隔器壽命相對延長了。
    另一方面，該高壓氣田的完井管柱基本上配套應用打孔篩管(篩孔Φ3mm)，通過對該區(qū)塊的油氣井后天然氣工業(yè)續(xù)投產(chǎn)跟蹤，發(fā)現(xiàn)部分常規(guī)射孔一次性完井的油氣井油壓不穩(wěn)定，但套壓穩(wěn)定(見表1)。根據(jù)油套壓關(guān)系可以排除油套竄通的可能，預計是生產(chǎn)篩管被堵塞。近期對這些油壓異常的油氣井采取井口帶壓穿孔措施，經(jīng)過帶壓穿孔作業(yè)后，油氣井恢復正常油壓生產(chǎn)。
    目前為止，在高壓氣田完成了超高壓超長跨度全通徑射孔3井次(表2)，取得了良好效果，工藝技術(shù)優(yōu)勢明顯。后續(xù)生產(chǎn)跟蹤，正常投產(chǎn)，油壓始終穩(wěn)定。
 

    XX-24井屬該高壓氣田的一口重點開發(fā)井，人工井深5115m，油層溫度為136～141℃，壓井液密度為1.4g/cm3，地層壓力為106MPa，油層套管為Φ177.8mm，射孔井段為4792～5105.5m，超長跨度313.5m，射孔厚度為97.5m。采用127型超高壓全通徑射孔槍配套大1m高溫低碎屑彈，結(jié)合永久完井封隔器進行一次性射孔完井作業(yè)，聯(lián)合堵塞器憋壓坐封封隔器，射孔槍上下兩端分別安裝一個超高壓全通徑防砂起爆器。
    由于XX-24井封隔器坐封壓力為32MPa，射孔起爆總壓力達到了117MPa。2009年11月19日，封隔器坐封后進行油管加壓起爆全通徑射孔槍，泵壓升至42.5MPa時，壓力瞬間回落，射孔監(jiān)測儀監(jiān)測到振動信號，樹采壓力曲線明顯曲折，說明起爆成功。隨后XX-24井開井放噴，先通過排污管線將槍內(nèi)殘留物排出地面，然后用油嘴測試作業(yè)，獲取高日產(chǎn)流量。放噴測試完畢，關(guān)井壓力83MPa。
    XX-24井放噴測試后，進入大規(guī)模酸化階段，酸化量為200m3，施工井口正常壓力75.3MPa，正常排量2.1m3/min，說明了全通徑能夠降低摩阻，提高酸化效率。
    放噴及酸化過程表明，XX-24井超高壓長跨度全通徑射孔施工達到了目的，實現(xiàn)了與完井封隔器一次性完井投產(chǎn)，整個管柱形成了全通徑，技術(shù)優(yōu)勢明顯。
2 應用效果分析
    現(xiàn)階段，該高壓氣田共完成了7口井射孔、試油作業(yè)，均采用射孔-酸化-完井一體化管柱，其中XX-24井等3口井采用超高壓全通徑射孔與完井投產(chǎn)作業(yè)方案(圖1-c)，而其余則采用攜帶常規(guī)射孔槍射孔完井投產(chǎn)。
    酸化壓裂過程中地面泵壓越小，排量越大，表明技術(shù)優(yōu)勢就越明顯，作業(yè)效果更佳。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，酸化過程中地面泵壓比較，結(jié)果顯示XX-24井泵壓要比其他常規(guī)射孔泵壓低。XX-24井全通徑射孔后酸化作業(yè)的一般(正常)泵壓為75.3MPa，XX-7井常規(guī)射孔后酸化作業(yè)的正常泵壓為83MPa，XX-21井常規(guī)射孔后酸化作業(yè)的正常泵壓為85MPa，除此之外，從排量看，全通徑也占絕對優(yōu)勢，XX-24井最大排量為4.1m3/min，一般(正常)排量為2.1m3/min；而XX-7井最大排量為2.74m3/min，正常排量為2.0m3/min；XX-21井最大排量為3.5m3/min，正常排量為2.06m3/min；XX-1井最大排量3.0m3/min。
   根據(jù)表3數(shù)據(jù)，射孔后進行酸化前后作業(yè)效果比較，結(jié)果表明XX-24井等全通徑射孔作業(yè)效果均優(yōu)于常規(guī)射孔。流量測試結(jié)果也一樣，同樣油嘴測試，全通徑射孔作業(yè)油氣產(chǎn)量高于常規(guī)射孔作業(yè)。
    數(shù)據(jù)比較還表明：全通徑射孔有助于酸化壓裂，能夠降低井口泵壓，增大排量，提高酸化時效；全通徑射孔對比常規(guī)射孔，全通徑射孔段射孔槍可以作為完井篩管，能夠提供足夠大的流體流通面積，有利于酸液注入地層和地層油氣上升地面，流體不但可以經(jīng)槍套間隙進行流動，而且可以直接通過槍串通徑流動，降低摩阻，提高了生產(chǎn)能力。
 

3 結(jié)論與認識
   1) XX-24井等射孔成功實現(xiàn)了超高壓超長跨度全通徑射孔，為推廣該項工藝技術(shù)奠定了現(xiàn)場應用基礎。
   2) 超高壓全通徑射孔滿足了一次性完井投產(chǎn)要求，結(jié)合堵塞器實現(xiàn)永久性封隔器聯(lián)合作業(yè)，縮短了試油周期，避免了地層污染。
   3) XX-24井等實現(xiàn)了全通徑射孔與酸化聯(lián)作，為增產(chǎn)措施提供了豐富的流體通道，酸液不需要迂回而直接注入地層，降低了泵壓，提高了排量，降低了流體摩阻。
   4) 與同區(qū)塊的常規(guī)射孔比較，同樣的油氣儲層，不同的射孔完井工藝，XX-24井等超高壓全通徑射孔實現(xiàn)了射孔槍當生產(chǎn)篩管，為油氣上升地面提供了充足的流通面積。
   5) 通過后續(xù)油氣井投產(chǎn)情況比較，部分常規(guī)射孔一次性完井的油氣井生產(chǎn)受到影響，投產(chǎn)不正常，需要采取穿孔解堵措施，成本進一步上升，而全通徑射孔完井的油氣井能夠全天候正常生產(chǎn)。
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(本文作者：唐凱 陳華彬 陳鋒 羅苗壯 聶華富 川慶鉆探工程有限公司測井公司)