靖邊氣田水平井試氣新工藝、新技術(shù)及應(yīng)用

摘 要

摘要：為解決靖邊氣田水平井開(kāi)發(fā)過(guò)程中布酸不均、儲(chǔ)層改造不全面、連續(xù)油管井下遇卡風(fēng)險(xiǎn)高和排液困難等問(wèn)題，采用查閱資料、理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，開(kāi)展了水平井試氣新工藝、
摘要：為解決靖邊氣田水平井開(kāi)發(fā)過(guò)程中布酸不均、儲(chǔ)層改造不全面、連續(xù)油管井下遇卡風(fēng)險(xiǎn)高和排液困難等問(wèn)題，采用查閱資料、理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，開(kāi)展了水平井試氣新工藝、新技術(shù)研究，初步確定了適合靖邊氣田的水平井改造技術(shù)——連續(xù)油管拖動(dòng)布酸+深度酸壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水平段均勻布酸，保證鉆遇氣層均得到有效改造。對(duì)連續(xù)油管施工管柱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，消除了井下遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn)；創(chuàng)新了制氮車(chē)與連續(xù)油管氣舉排液技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水平井快速排液、及時(shí)投產(chǎn)，為靖邊氣田大規(guī)模水平井開(kāi)發(fā)提供了有力的技術(shù)支撐?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：該套試氣新工藝、新技術(shù)在靖邊氣田具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可推廣使用。
關(guān)鍵詞：靖邊氣田；水平井；試氣；排液；酸化；工藝；連續(xù)油管；應(yīng)用
1 靖邊氣田水平井實(shí)施概況
    為提高單井產(chǎn)量、氣藏采收率及整體開(kāi)發(fā)效果，近年來(lái)靖邊氣田逐步實(shí)施了水平井開(kāi)發(fā)試驗(yàn)(表1)。
表1 靖邊氣田水平井實(shí)施概況表    m
序號(hào)
井號(hào)
井深
水平段長(zhǎng)
鉆遇氣層
1
X
4678.8
1006.8
183.8
2
Y
3873.0
213.0
21.1
3
Z
4416.0
1011.0
210.2
4
M
4311.4
716.2
352.3
5
N
4425.0
1034.0
357.4
2 靖邊氣田水平井試氣工藝技術(shù)
    靖邊氣田水平井完井方式為裸眼篩管完井，筆者主要介紹儲(chǔ)層改造、排液等試氣工藝技術(shù)。
2.1 儲(chǔ)層改造
    水平井的酸化機(jī)理與直井基本相同，但酸化工藝不同，酸化規(guī)模較大，是直井的幾倍到幾十倍；酸化井段長(zhǎng)，用酸量大，施工時(shí)間長(zhǎng)。在水平井進(jìn)行酸化改造時(shí)，如何控制合理的入地酸量并且能夠取得較好的改造效果，一直是水平井儲(chǔ)層改造工藝的突出問(wèn)題：[1～2]。
    2007年以前，靖邊氣田重點(diǎn)采用了水平段油管布酸酸化+酸壓改造工藝(圖1)，在2口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其改造效果較好。
 

    油管布酸是為了清除井筒孔眼中酸溶性顆粒、泥餅和鉆屑及結(jié)垢等，疏通孔眼；依靠酸液的溶蝕作用來(lái)恢復(fù)或提高井筒附近較大范圍內(nèi)油氣層的滲透性，但井控風(fēng)險(xiǎn)較高[3～4]。
    以往應(yīng)用于靖邊氣田水平井儲(chǔ)層改造的酸液主要有稠化酸和普通酸2種，2008年對(duì)酸液配方優(yōu)化后采用降阻酸，能有效地降低酸液在地層和井筒內(nèi)的流動(dòng)阻力，達(dá)到降低酸液流動(dòng)摩阻和施工泵壓的目的。
2.2 排液方式
    靖邊氣田水平井實(shí)施初期主要排液方式為油管和連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液。將連續(xù)油管通過(guò)連續(xù)油管車(chē)的注入頭下至油管內(nèi)設(shè)計(jì)位置，由液氮泵車(chē)向連續(xù)油管內(nèi)注入液氮，液氮在井底減壓擴(kuò)散從油管和連續(xù)油管環(huán)空返出，在液氮上返過(guò)程中將油管內(nèi)液體攜帶至地面，從而降低油管內(nèi)液柱的高度，使液柱作用于井底的回壓降低。2006年對(duì)這2口井實(shí)施了油管和連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液，前者由于儲(chǔ)層物性較好，液氮?dú)馀e后成功實(shí)現(xiàn)自噴排液，后者因儲(chǔ)層物性較差，液氮?dú)馀e效果不明顯。
3 水平井試氣新工藝、新技術(shù)
3.1 水平段連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝
    根據(jù)相關(guān)資料，采用直井的常規(guī)酸化工藝來(lái)處理碳酸鹽巖地層中的水平井段，酸液有效作用距離不超過(guò)244～305m，僅有少量酸液達(dá)到井眼端部，改造效果差，是一種最不經(jīng)濟(jì)的注酸方式[5]。靖邊氣田水平井水平段長(zhǎng)度在1000m以上，近兩年開(kāi)展的連續(xù)油管拖動(dòng)均勻布酸工藝試驗(yàn)，先對(duì)井底進(jìn)行清潔和解堵，解除鉆井液濾液和固相堵塞物造成的儲(chǔ)層傷害，然后再進(jìn)行深度酸壓改造。
    連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有：①連續(xù)油管可下至水平段底部，完全替出水平段完井泥漿；②連續(xù)油管可以實(shí)現(xiàn)水平段均勻拖動(dòng)布酸，達(dá)到水平段均勻解堵的目的；③利用連續(xù)油管酸化施工后留在井內(nèi)的便利條件，在水平井酸化施工后，采用連續(xù)油管注液氮或氮?dú)鈿馀e，可實(shí)現(xiàn)殘酸的快速返排[6]。
    近兩年，靖邊氣田開(kāi)展水平井連續(xù)油管拖動(dòng)均勻布酸酸化工藝試驗(yàn)2口，通過(guò)控制連續(xù)油管的上提速度和注入排量來(lái)控制水平段儲(chǔ)層的布酸量，達(dá)到水平段均勻解堵的目的。連續(xù)油管下入井底后先采用“點(diǎn)動(dòng)”方式進(jìn)行拖動(dòng)布酸，根據(jù)定點(diǎn)布酸情況確定拖動(dòng)布酸排量及拖動(dòng)速度后，進(jìn)行連續(xù)拖動(dòng)布酸。Z井水平段長(zhǎng)1011m，水平段鉆井周期683h，施工周期長(zhǎng)，完井替泥漿后井口無(wú)氣顯示。先進(jìn)行分段定點(diǎn)布酸，然后再進(jìn)行連續(xù)拖動(dòng)布酸，改造效果較好。
    N井水平段長(zhǎng)1034m，水平段鉆井周期672h。采用水平井段連續(xù)油管拖動(dòng)布酸和定點(diǎn)布酸相結(jié)合的改造工藝，水平段布酸25m3，求初產(chǎn)獲得較高的無(wú)阻流量。
3.2 井下管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    在靖邊氣田目前的水平井井身結(jié)構(gòu)狀況下，試氣過(guò)程中存在油管下放時(shí)普通喇叭口難以進(jìn)入尾管懸掛器，連續(xù)油管出油管布酸后上提過(guò)程中外接頭進(jìn)入油管難的問(wèn)題，必須進(jìn)行井下管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化[7]。
1) 水平井Φ114.3mm尾管懸掛器與Φ177.8mm套管(內(nèi)徑Φ159.42mm)座掛后，懸掛器回接筒(外徑Φ146mm)與Φ177.8mm套管內(nèi)壁之間的間隙為6.71mm，加上回接筒壁厚6.5mm，懸掛器端面與Φ177.8mm套管內(nèi)壁間有13.21mm高的臺(tái)階，除去回接筒端面2mm×15°倒角，兩者間最小也有11.21mm的臺(tái)階，不利于Φ93×2mm的油管喇叭口進(jìn)入回接筒內(nèi)，導(dǎo)致油管下放困難(圖2)。
 
    2) 懸掛器入井座掛后，除上面提到的11.21mm的臺(tái)階，內(nèi)壁還存在10mm(3×45°倒角)、1mm和1.2mm共3個(gè)臺(tái)階(圖2)，即使油管喇叭口順利進(jìn)入懸掛器回接筒，在穿越懸掛器過(guò)程中也存在較大遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn)。
    3) 目前尾管懸掛器座掛位置一般位于井斜30°左右處。因此，油管喇叭口在經(jīng)過(guò)該井段時(shí)其端面勢(shì)必緊貼套管內(nèi)壁，致使無(wú)法順利進(jìn)入懸掛器回接筒內(nèi)(圖3)。
 

    4) 普通油管喇叭口由油管接箍?jī)?nèi)倒角加工而成，下端面壁厚最大僅為2mm，入井后容易出現(xiàn)倒卷現(xiàn)象，在增加喇叭口進(jìn)入懸掛器難度的同時(shí)也給后續(xù)連續(xù)油管上提帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。
    針對(duì)以上問(wèn)題，在地面進(jìn)行了油管喇叭口穿越尾管懸掛器回接筒上端面模擬試驗(yàn)，更直觀(guān)地了解了喇叭口穿越懸掛器回接筒端面時(shí)存在的障礙，認(rèn)為目前常用的普通喇叭口，無(wú)論是內(nèi)倒角型還是外倒角型，均無(wú)法順利穿越Φ114.3mm尾管懸掛器回接筒端面。
    根據(jù)以上結(jié)論，優(yōu)化設(shè)計(jì)了特殊喇叭口。采用Φ95×20mm的胚鐵150mm，下端面加工15mm×30°外倒角和5mm×45°內(nèi)倒角，兩倒角結(jié)合處進(jìn)行圓弧形處理，上端面加工5mm×45°外倒角和7mm×15°內(nèi)倒角。該特殊喇叭口得以成功應(yīng)用，既保證了油管順利下入水平段設(shè)計(jì)位置，又實(shí)現(xiàn)了后續(xù)連續(xù)油管正常作業(yè)。
    靖邊氣田目前使用Φ38.1mm連續(xù)油管進(jìn)行水平段拖動(dòng)布酸，連續(xù)油管末端連接工具自上而下為：外接器(外徑：54.1mm)+ Φ54mm雙瓣式單流閥+Φ54mm噴嘴。外接器與連續(xù)油管本體采用卡瓦連接，連接后兩者間有2.7mm高臺(tái)階，連續(xù)油管上提遇阻風(fēng)險(xiǎn)較大。
針對(duì)以上問(wèn)題，采用流量計(jì)算公式驗(yàn)證連續(xù)油管內(nèi)連接接頭(內(nèi)徑：11mm，外徑：38.1mm)最大允許施工排量，由結(jié)果可知參數(shù)滿(mǎn)足水平井改造要求，因此采用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭，使接頭與本體外徑一致，消除了遇阻遇卡風(fēng)險(xiǎn)(圖4)。在某井上使用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭，順利實(shí)施了連續(xù)油管水平段洗井替泥漿和拖動(dòng)布酸作業(yè)，優(yōu)化效果明顯。
 

3.3 制氮車(chē)與連續(xù)油管氣舉排液技術(shù)
    靖邊氣田的下古生界儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)近10a的開(kāi)發(fā)，主要建產(chǎn)區(qū)的地層壓力逐年下降，平均氣層壓力系數(shù)低于0.9。水平井由于其特殊的井身結(jié)構(gòu)，酸化改造后，一般無(wú)法運(yùn)用地層自身能量實(shí)現(xiàn)自噴排液，使排液周期增長(zhǎng)，增大儲(chǔ)層二次傷害，對(duì)產(chǎn)能發(fā)揮產(chǎn)生一定影響。因此，從某種意義上說(shuō)，酸化施工成功只是水平井整個(gè)儲(chǔ)層改造作業(yè)成功的一半，要獲得理想的增產(chǎn)效果，酸化后有效的排液技術(shù)是成功的另一半。
3.3.1排液技術(shù)提出的必要性
    靖邊氣田水平井水平段較長(zhǎng)，加之特殊的篩管完井方式，抽汲作業(yè)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)由于氣田整體地層壓力降低，高壓氣源井越來(lái)越少，加之地面配套設(shè)施未完善。因此鄰井氣源氣舉排液技術(shù)也無(wú)法順利實(shí)施。利用連續(xù)油管酸化施工后留在井內(nèi)的便利條件，采用連續(xù)油管注液氮或高壓氮?dú)鈿馀e，可實(shí)現(xiàn)殘酸的快速返排，減少儲(chǔ)層二次傷害。
    靖邊氣田地域跨度大，氣井分布星羅棋布，新布水平井井位距離生產(chǎn)基地遠(yuǎn)，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)實(shí)施連續(xù)油管注液氮?dú)馀e，易錯(cuò)過(guò)水平井氣舉的最佳時(shí)機(jī)，加之注液氮排量無(wú)法精確控制，影響氣舉效果。因此，自2007年年底開(kāi)始開(kāi)展了制氮車(chē)與連續(xù)油管配合氣舉排液工藝試驗(yàn)，制氮車(chē)與連續(xù)油管配合氣舉排液可以根據(jù)井口排液情況隨時(shí)調(diào)整連續(xù)油管下入深度和氮?dú)馀帕?，分段排液、逐步加深，直至?shí)現(xiàn)氣井自噴排液。該工藝可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)排液，排液速度快、周期短、效率高，氮?dú)夂趿康?小于5%)，安全性能大大增加，與其他工藝相比具有優(yōu)越性。
3.3.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
    在2007年制氮車(chē)和連續(xù)油管配合氣舉排液試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2008年繼續(xù)深入開(kāi)展該工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用。4月19～20日對(duì)某井采用連續(xù)油管注高壓氮?dú)鈿馀e排液，作業(yè)時(shí)間14.5h，氮?dú)馑矔r(shí)排量600～932m3/h，累計(jì)注入氮?dú)?1468m3，累計(jì)排液55.0m3，順利實(shí)現(xiàn)氣井自噴排液。10月11～15日連續(xù)5d對(duì)靖平25-17井進(jìn)行高壓氮?dú)鈿馀e排液，氮?dú)馑矔r(shí)排量700～900m3/h，注入氮?dú)?6269m3，累計(jì)排液245.0m3，成功使該井自噴排液，施工達(dá)到了預(yù)期效果。
    從氣舉施工過(guò)程認(rèn)識(shí)到：連續(xù)油管注氮?dú)鈿馀e，在保證氮?dú)庵醒鹾亢细竦那疤嵯拢_(kāi)始應(yīng)大排量注入氮?dú)?，盡快達(dá)到舉通壓力，使油管內(nèi)液體迅速舉升到地面，從而縮短氣舉時(shí)間，實(shí)踐證明Φ31.8mm連續(xù)油管在Φ73mm油管內(nèi)的舉通排量最佳為900m3/h，此時(shí)既能保證較低的含氧量，又能在短時(shí)間內(nèi)舉通。舉通之后應(yīng)降低氮?dú)庾⑷肱帕?，在考慮增壓車(chē)膜阻壓力的前提下，氮?dú)庾⑷肱帕繎?yīng)控制在700～750m3/h，避免因氮?dú)馀帕窟^(guò)大導(dǎo)致氣體滑脫，無(wú)法有效攜液，同時(shí)，應(yīng)根據(jù)排液口的出液情況不斷調(diào)整排量，達(dá)到最佳攜液效果。
4 結(jié)論
    1) 采用連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝，可以實(shí)現(xiàn)水平段均勻布酸酸化，達(dá)到水平段均勻解堵的目的，提高水平井儲(chǔ)層改造效果。此外，利用連續(xù)油管酸化后留在井內(nèi)的便利條件，還可以實(shí)施連續(xù)油管注高壓氮?dú)鈿馀e排液。
   2) 優(yōu)化后的水平井特殊油管鞋既能保證油管順利下入水平段設(shè)計(jì)位置，又能實(shí)現(xiàn)后續(xù)連續(xù)油管順利作業(yè)，采用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭，使接頭與本體外徑一致，消除了遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn)。
    3) 制氮車(chē)+增壓車(chē)配合連續(xù)油管氣舉排液工藝與其他排液工藝相比，具有施工周期短、安全性能高、排液效率好的優(yōu)點(diǎn)；與連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液工藝相比，具有可以連續(xù)排液，精確控制氮?dú)馀帕?，降低施工成本的?yōu)點(diǎn)，對(duì)靖邊氣田地質(zhì)特點(diǎn)和氣井井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有較好的適應(yīng)性。
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(本文作者：曹成壽 張耀剛 賈浩民 王強(qiáng)軍 任發(fā)俊 李治 劉蕾 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠(chǎng))