元壩氣田超深高含硫氣井測(cè)試及儲(chǔ)層改造關(guān)鍵技術(shù)

摘 要

摘要：四川盆地東北部元壩氣田具有高溫、高壓、高含H2S特性，儲(chǔ)層埋藏深且非均質(zhì)性強(qiáng)，由此帶來(lái)了測(cè)試工藝復(fù)雜、儲(chǔ)層改造困難、井控安全風(fēng)險(xiǎn)大等困難。在元壩超深高含硫氣井測(cè)試
摘要：四川盆地東北部元壩氣田具有高溫、高壓、高含H2S特性，儲(chǔ)層埋藏深且非均質(zhì)性強(qiáng)，由此帶來(lái)了測(cè)試工藝復(fù)雜、儲(chǔ)層改造困難、井控安全風(fēng)險(xiǎn)大等困難。在元壩超深高含硫氣井測(cè)試實(shí)踐中，逐步形成了材質(zhì)優(yōu)化選擇、一體化管柱多功能APR測(cè)試、多級(jí)壓力控制、測(cè)試制度優(yōu)化、快速返排、井控工藝、堵漏壓井工藝、地面流程安全控制技術(shù)及海相儲(chǔ)層改造工藝技術(shù)，從而滿足了元壩氣田“三高”氣井試氣的需要。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，已施工完的16口井55層，獲得工業(yè)氣流14口井23層，未發(fā)生一起安全事故，有效保障了元壩氣田勘探的順利進(jìn)行，取得了安全、優(yōu)快、環(huán)保的工作效果和重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：四川盆地東北部；元壩氣田；超深氣井；高含硫；測(cè)試；酸化壓裂；儲(chǔ)集層；改造；技術(shù)
1 超深高含硫氣井測(cè)試技術(shù)難點(diǎn)
    四川盆地東北部元壩氣田超深、高壓、高含硫氣藏為測(cè)試帶來(lái)了諸多難題和挑戰(zhàn)[1～3]，為確保正常測(cè)試及生產(chǎn)安全，需要從設(shè)備工具的材質(zhì)、管柱結(jié)構(gòu)、配套工藝等方面進(jìn)行科學(xué)論證和不斷改進(jìn)。元壩超深高含硫氣井測(cè)試主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)。
    1) 儲(chǔ)層具有多層系、多壓力系統(tǒng)以及高溫、高壓、高含硫特性(表1)；使用的測(cè)試工具承壓低，工具存在刺漏和卡鉆的隱患，測(cè)試施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)。
    2) 儲(chǔ)層埋藏深，非均質(zhì)性強(qiáng)，大部分屬于低孔低滲，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層傷害較嚴(yán)重，常規(guī)測(cè)試難以獲得理想的測(cè)試效果；酸壓改造施工時(shí)存在儲(chǔ)層破裂壓力高、裂縫延伸壓力高，在施工設(shè)備和井口限壓條件下，注酸困難，施工井口壓力高，酸壓改造后殘酸返排困難。

    3) 測(cè)試井口裝置、管柱、井下工具、地面流程等承受壓力大，易引起刺漏、變形破壞。
    4) 部分儲(chǔ)層裂縫和溶洞相對(duì)發(fā)育，井漏較嚴(yán)重，特別是試氣酸壓改造后噴漏同存，處理難度極大。
2 測(cè)試工藝技術(shù)
2.1 油管選擇
    探井在酸性氣體中短期測(cè)試過(guò)程中，材質(zhì)選擇關(guān)鍵是控制硫化氫的氫脆腐蝕；選擇滿足抗SSC要求的材質(zhì)[1～2]，同時(shí)評(píng)價(jià)酸液體系對(duì)管材抗應(yīng)力腐蝕破裂的影響。通過(guò)計(jì)算，測(cè)試油管選用110SS材質(zhì)，基本能滿足超深含硫氣井抗SSC及酸液腐蝕要求。
   根據(jù)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，形成了Φ89mm 110SS壁厚6.45/9.52mm氣密封扣油管組合，超深儲(chǔ)層酸壓改造管柱中下入兩組伸縮節(jié)，保證了超深井測(cè)試管柱的安全?？估踩禂?shù)在80%名義屈服強(qiáng)度下選取1.8，抗內(nèi)壓安全系數(shù)選取1.25，抗外擠選取1.125。自現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，未發(fā)生因油管材質(zhì)和強(qiáng)度導(dǎo)致的事故。
2.2 多功能測(cè)試工藝技術(shù)
    利用地震、鉆井、錄井、測(cè)井等資料，在研究區(qū)域構(gòu)造、砂體展布、地層壓力及溫度、含油氣情況、儲(chǔ)層特征等基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的測(cè)試目的，形成了以“超正壓射孔酸壓測(cè)試技術(shù)”[4]為核心的4類(lèi)7套優(yōu)快APR測(cè)試技術(shù)(表2)。對(duì)深度大于6000m的氣井，改造管柱需增加2組伸縮短節(jié)。

   超正壓射孔酸壓測(cè)試管柱如圖1所示，主要用于射孔后立即進(jìn)行改造的儲(chǔ)層，一般是儲(chǔ)層物性較好、通過(guò)改造可獲得理想產(chǎn)能的儲(chǔ)層。充分利用超正壓射孔產(chǎn)生的高壓聚能流體對(duì)地層形成的微裂縫，降低注酸初始?jí)毫ΑＴ撊?lián)作工藝，不僅能縮短施工周期、成果見(jiàn)效快、有效降低測(cè)試成本，而且能減少射孔后壓井液對(duì)地層的二次污染。
   分兩步走的射孔酸壓測(cè)試三聯(lián)作工藝，對(duì)于儲(chǔ)層相對(duì)差、破裂壓力高的儲(chǔ)層，通過(guò)射孔后試擠判斷地層吸收量，減少直接進(jìn)行改造的盲目性，節(jié)約了酸壓施工費(fèi)用，減小了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保壓力。

2.3 多級(jí)壓力控制技術(shù)
   壓力控制技術(shù)是超深井測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到施工安全、油層套管、試氣管柱等的安全可靠。該技術(shù)是以環(huán)空套管承壓能力為基礎(chǔ)，基于井內(nèi)流體、井下工具耐壓能力、油管和套管強(qiáng)度，通過(guò)不同工況下測(cè)試工具的井口壓力控制，保障井下管柱的安全。通過(guò)元壩氣田多口井實(shí)踐和驗(yàn)證，形成了多級(jí)壓力控制APR測(cè)試優(yōu)化設(shè)計(jì)方法(圖2)，保證了元壩地區(qū)超深井的安全快速測(cè)試評(píng)價(jià)。

2.4 測(cè)試地面流程
    針對(duì)元壩地區(qū)超深、高壓、高溫、高含硫化氫、測(cè)試產(chǎn)量高的情況，經(jīng)過(guò)近年的實(shí)踐，逐步完善了地面測(cè)試流程，形成以105/70/70MPa[5]或105/105/105MPa三級(jí)節(jié)流為核心(圖3)，包括節(jié)流控制系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、安全快速控制系統(tǒng)、安全點(diǎn)火系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、應(yīng)急壓井系統(tǒng)等組成的地面測(cè)試流程。該流程基本滿足替噴、放噴、測(cè)試、正反循環(huán)壓井、洗井、氣舉等高壓、高產(chǎn)、高含硫探井的試氣施工要求，具有能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效的放噴口點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)或共同使用測(cè)試、鉆井地面流程進(jìn)行正、反循環(huán)壓井，用壓裂車(chē)、鉆井泥漿泵壓井等功能，確保了放噴求產(chǎn)過(guò)程中的流程設(shè)備安全和操作人員的人身安全。

2.5 井控工藝技術(shù)
    1) 采氣井口選擇105MPa FF級(jí)或進(jìn)口140MPaFF/HH級(jí)采氣樹(shù)，并采用金屬密封與橡膠密封相結(jié)合的復(fù)合密封；防噴器組合采用的方式(自上而下)為：半封閘板+剪切閘板+全封閘板+半封閘板，防噴器具有遠(yuǎn)程液壓控制和手動(dòng)控制功能。
    2) 采用三級(jí)節(jié)流測(cè)試流程，充分利用鉆井壓井和節(jié)流管匯與測(cè)試流程組成壓井、堵漏管網(wǎng)，配齊備用液控平板閥和節(jié)流閥、油嘴套和油嘴。
    3) 配備壓力、液面、有毒有害氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，為及時(shí)采取地面開(kāi)關(guān)井、井下開(kāi)關(guān)井、循環(huán)壓井等措施的及時(shí)制訂提供保障。
    4) 制訂有效的預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案，為試氣井控提供了安全保障。
3 酸壓改造工藝技術(shù)
3.1 膠凝酸+閉合酸壓工藝技術(shù)
    該技術(shù)以“提高酸蝕裂縫長(zhǎng)度和近井帶的裂縫導(dǎo)流能力”為核心，已經(jīng)成為元壩深度酸壓的主體工藝，在元壩氣田得到了全面的推廣應(yīng)用。
3.2 加重酸壓工藝
    針對(duì)元壩氣田區(qū)塊儲(chǔ)層埋藏深、破裂壓力梯度較高的特點(diǎn)，通過(guò)在注入前置酸之前采用高密度(1.8～2.0g/cm3)加重酸液來(lái)提高液柱壓力，實(shí)現(xiàn)在井口施工限壓下增加井底凈壓力，以增大壓開(kāi)儲(chǔ)層的幾率。1-1井采用密度1.8g/cm3加重酸，創(chuàng)造了井底壓力最高(212MPa)的液體加重最高的世界紀(jì)錄。
3.3 震蕩注入酸壓工藝
    利用“沖擊波”原理，形成了異常高破裂壓力儲(chǔ)層的震蕩注入酸壓工藝，該工藝?yán)每焖偬岣呤┕毫r(shí)產(chǎn)生的“沖擊波”(壓力峰值是顯示值的2～5倍)對(duì)儲(chǔ)層應(yīng)力集中不斷進(jìn)行釋放，實(shí)現(xiàn)降低破裂壓力目的。該工藝成功用于1-1井長(zhǎng)興組，經(jīng)過(guò)6次高壓震蕩成功壓開(kāi)儲(chǔ)層(圖4)，酸壓后增產(chǎn)天然氣50.2×104m3/d。

4 應(yīng)用效果
    某井長(zhǎng)興組6226～6319m經(jīng)規(guī)模400m3膠凝酸射孔酸壓測(cè)試，獲得日產(chǎn)天然氣120.2×104m3，取得了元壩地區(qū)超深層海相天然氣勘探的重大突破，證實(shí)了元壩地區(qū)豐富的天然氣資源基礎(chǔ)。
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(本文作者：唐瑞江 李文錦 王勇軍 蔣人義 代俊清 中國(guó)石化勘探南方分公司)