摘 要

——以四川盆地元壩氣田為例摘　要：四川盆地元壩氣田具有超深、高壓、高溫、高含酸性腐蝕氣體的特點。完井投產過程中，腐蝕條件惡劣，安全風險大，對管柱的材質、結構要

——以四川盆地元壩氣田為例

摘　要：四川盆地元壩氣田具有超深、高壓、高溫、高含酸性腐蝕氣體的特點。完井投產過程中，腐蝕條件惡劣，安全風險大，對管柱的材質、結構要求高；井筒條件限制，井筒凈化作業(yè)的風險大、難度大；施工作業(yè)時間長，井控風險大；儲層非均質性強，作業(yè)井段長，針對性改造難度大。為此，通過對管柱結構、腐蝕機理的研究，選擇了4C+4D鎳基合金材質油管配合永久式完井封隔器的酸化—投產一體化管柱，滿足了酸化、測試及安全投產的需要；通過管柱設計、水動力學的計算，結合工藝措施優(yōu)化，形成的掃塞、超深小井眼通井工藝等井筒處理工藝技術，滿足了井筒凈化的需要，保證了投產管柱順利到位；通過對高含硫氣體在臨界狀態(tài)的分析計算，結合現(xiàn)場實踐，形成了配套井控安全設備，短起下測油氣上竄速度小于30m／h的井控安全工藝措施，保證了投產作業(yè)的井控安全；通過暫堵劑的研制和暫堵工藝的優(yōu)化，形成了多級暫堵交替注入酸化工藝。

關鍵詞：四川盆地  元壩氣田  高含硫  超深  高溫  高壓  完井投產  井筒處理  多級酸化  安全風險控制

Safe completion and production technologies of a gas well with ultra depth，high temperature，high pressure and high H2S content：A case from the Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin

Abstract：The Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin is featured by ultra depth，high temperature，high pressure and high acidic corrosive gas content．In the process of completion and production，high requirements are proposed for string material and structure because of harsh corrosive conditions and high safety risks；wellbore constrains bring about a high risk and great difficulty to wellbore cleaning operation；the well control risk is very high due to a long working time；strong reservoir heterogeneity and long working section result in more difficulties in targeted modification．To achieve successful production，based on the research of tubing structure and corrosion mechanism，we adopted the acidification production integrated string composed of a 4C+4D nickel based alloy pipe and a permanent packer，meeting the demand of acidification，testing and safe production．Then，we conducted string design and dynamic calculation and combined process measure optimization to successfully develop plug elimination，ultra-deep slim-hole drifting，and other wellbore treatment technologies，meeting the requirement of wellbore cleaning and making the production string smoothly reach the designated position．Meanwhile，we developed a complete set of well control safety equipment and well control safety measures(short tripping to measure oil＆gas channel up speed of less than 30m／h)through the analysis and calculation of high sour gas in critical state and site practice，ensuring well control safety in production．Finally，we developed multistage temporary-plugging alternatl+ve i’nJecti’on and acidification process through the development of temporary plugging agent and the optimization of temporary plugging technology．

Keywords：Sichuan Basin，Yuanba Gas Field，high H2S content，ultra deep，high temperature，high pressure，well completion，production，wellbore treatment，multistage acidification，safety risk control

四川盆地元壩氣田長興組儲層埋藏深(7000m)、溫度高(160℃)、高含腐蝕介質(H2S平均含量5.14％，CO2平均含量7.5％)，且儲層較薄，非均質性強，井型主要采用大斜度井、水平井，完井方式為襯管完井。相對于國內的主要酸性氣藏如普光、龍崗等開發(fā)難度更大，風險更高^[1-2]。筆者通過超深水平井分段改造  生產一體化管柱設計、超深含硫氣井井筒處理、井控安全工藝、分流酸化等[藝研究，形成了一套適合元壩超深高含硫氣井的安全投產作、世措施和配套技術，確保了元壩氣田順利、安全投產。

1　完井投產面臨的主要難題

1．1　完井投產的高風險、高難度與對可靠性的高要求之間的矛盾突出

元壩氣田周圍人口稠密，安全責任和社會責任重大。面對超深、高溫高壓、工況復雜、高含腐蝕劇毒性流體等情況，投產管柱結構，施工作業(yè)方案要求高，實施難度大。

1．2　井筒條件限制，井筒準備作業(yè)難度大

井筒斜深一般在7500m以上，井身結構為193.7mm油套+Æ127mm襯管或Æ177.8油套+Æ114.3mm襯管，在掃水泥塞、通井、刮管等井簡準備作業(yè)中，鉆具組合選擇受到井筒條件的限制。如何在安全作業(yè)的前提下，保證一個干凈、合格的井筒，需要對鉆具的組合、井筒作業(yè)的方式進行優(yōu)化論證。

1．3　投產作業(yè)時間長，井控風險高

投產管柱下入襯管上部，下深一般超過7000m。為保證長期投產的安全，需要進行氣密封檢測作業(yè)。從起井控管柱、下完井投產管柱，到換裝井口共需要約168h。由于考慮到完井投產工具的限制，作業(yè)期間不能循環(huán)壓井液，因此長時間作業(yè)中，如何在保證井控安全的難度大。

1．4　長井段均勻布酸、全井段充分改造難度大

長興組水平段長度一般在700m左右，且儲層的性質差異大，如何充分的改造儲層，實現(xiàn)均勻布酸的難度大。

2　超深水平井分段改造一生產一體化管柱設計

針對元壩氣田硫化氫分壓高、生產井段長及儲層非均質性強的特點，模擬氣田的工況條件，進行不同材質腐蝕評價實驗，在對完井工具充分調研分析的基礎上，根據開發(fā)的需要，優(yōu)化設計配套了生產完井一體化管柱。

2．1　材質的優(yōu)選

元壩氣陽長興組儲層溫度在160℃，H2S平均含量5.14％，可能有單質硫的存在，依據ISO 15156及腐蝕評價試驗，結合產量預測井筒內部的溫度分布，在井深小于等于4000m選用4C類鎳基合金油管、718材質完井投產工具，井深大于等于4000m選用4D類鎳基合金材質及725材質完井投產工具^[3-4]。132℃時長興組不同產量下對應的井深如表1所示。

 

2．2　管柱結構的選擇

完井投產管柱主要考慮到酸壓、測試、投產及井控安全的需要，在此基礎上優(yōu)化完井投產管柱結構為：安全閥流動短節(jié)+井下安全閥+安全閥流動短節(jié)+循環(huán)滑套+液壓坐封封隔器(含錨定密封總成)+磨銑延伸筒+剪切球座^[5-7]。

考慮到鋼絲作業(yè)能力及降低管柱的復雜性，不下入坐落短節(jié)，后期需要進行井下取樣及相關作業(yè)時采用專門的配套工具進行作業(yè)。

2．3　油管的選擇

根據“氣井生產系統(tǒng)分析”系統(tǒng)的分析，完井油管采用Æ89mm或Æ89mm+Æ73mm的復合油管能夠滿足攜液、抗沖蝕及增產要求(表2、3)。

 

 

根據抗管柱在酸壓、生產過程中的強度校核，最大限度地降低生產成本，油管柱選擇125鋼級Æ88.9mm×7.34mm+Æ88.9mm×6.45mm+Æ73mm×5.51mm復合油管。

3　超深含硫氣井井簡處理工藝

井筒的處理是完井投產成功實施的重要保障，為保證通井、洗井的順利，需結合水泥塊在鉆井液的沉降速度、不同排量下環(huán)卒返速、壓力損耗等。

3．1　水泥塊在鉆井液沉降速度的計算

要返出地面液體的上升速度為固體沉降速度的2倍及以上，固體物質才能被順利的帶出地面，達到洗井的效果。根據力學分析及水動力學分析，可以得到固體在液相中的重力沉降速度，密度為3.0～3.15g／cm³硅酸鹽水泥在密度為1.3g／cm³的鉆井液，可計算得沉降速度詳見表4。

 

3．2　通井管柱組合及壓力參數計算

考慮到井筒條件，只能采用Gl05鋼級的Æ101.6mm、Æ88.9mm、Æ73.0mm／Æ60.3mm新鉆桿進行通井作業(yè)。其參數及強度校核如表5所示。

 

當洗井的排量達到500L／min時，最小上返速度0.52m／s，累計壓力損失23.95MPa，能夠順利帶出12mm及以下直徑的水泥塊(表6)，基本滿足洗井要求。

 

3．3　作業(yè)方式的設計

考慮到作業(yè)深度深，管柱抗拉余量小，處理事故能力有限，作業(yè)方式必須進行優(yōu)化。即：①提前做好風險辨識，掃塞過程中做好防磨、防鉆井液污染、防溢流、防漏及防卡鉆措施；②通井中，必須保證排量的控制，以充分脫氣及保證攜帶固體殘渣；③襯管通井中，必須進行分段循環(huán)通井，嚴格控制下放噸位。

4　井控安全工藝措施

4．1　井控安全設備

采用兩套105MPa液壓雙閘板防噴器組合，EE級；配備與井筒內管柱連接的105 MPa防硫防噴短節(jié)和防噴單根；配備雙機雙泵及循環(huán)儲備系統(tǒng)；準備充足的井控備件及材料。

根據地層壓力70～80MPa，最大關井壓力48～55MPa，選擇105 MPa+70 MPa二級抗硫(EE級)節(jié)流流程，同時現(xiàn)場考慮雙向放噴、分離計量、保溫、正反循環(huán)壓井、自動點火等功能。

采用105MPa、HH級采氣樹，設計井下安全閥控制管線穿越通道。

4．2　投產管柱下入前的井控措施

組合下入投產管柱需要進行氣密封檢測，耗時需要168h左右。為確保井控安全，元壩氣田前期均采用靜止觀察一個井控周期以保證井控安全，大量增加了整體作業(yè)時間和施工風險。

根據高含硫氣井溢流壓井期間井筒超臨界相態(tài)特征：當流體溫度壓力都大大超過臨界點，流體密度與溫度及壓力存在一一對應關系，但不存在溫度壓力較小范圍變化會引起流體密度劇烈變化現(xiàn)象，油氣在壓井液中勻速上移，一直到過臨界點后，體積和上移速度才會顯著增加。因此，根據作業(yè)時間，井筒深度及高含硫氣體在超臨界狀態(tài)分析，可以計算得出當最大油氣上傳速度在30m／h以內，可以滿足投產管柱的安全作業(yè)。

元壩氣田在YB101-1H、YB204-1H井投產中進行了試驗，在YB101-1H靜止觀察前測得氣體上竄速度為10.1m／h，靜止觀察180h后，氣體上移距離837m；在YB204-1H井中靜止觀察前測得氣體上竄速度為24.27m／h，靜止觀察150h后，氣體上移距離685.5m，氣體上竄速度均沒有明顯增加，驗證了氣體在壓井液中的運行規(guī)律(表7)。實踐證明，通過短起下測油氣上竄速度能夠滿足下完井投產管柱的井控需要。

 

5　長水平段多級暫堵交替注入分流酸化工藝

元壩氣田長興組氣藏非均質性強，儲層段打開長度長，因此若采取籠統(tǒng)酸化適應性較差，需要將高滲井段暫堵起來，從而逐步改變進入各部位的酸量分布，盡量保證對整個水平段的均勻改造^[8-11]。

因此，采用多級暫堵交替注入分流酸化工藝，先利用高黏壓裂液和可降解纖維相配合，將高滲井段暫堵，讓酸液轉向進入滲透率較低或傷害嚴重井段，改變水平段各部位的酸量分布；從而逐步改變進入各部位的酸量分布，盡量保證對整個水平段的均勻改造。

通過試驗數據(表8)可以看到，在60℃以上，纖維在鹽酸中能夠很好地降解。暫堵后，纖維能夠顯著降低巖心的滲透率，通過酸化解堵，巖心滲透率能夠完全恢復(表9)。

 

 

6　現(xiàn)場實施

YBl01-1H井元壩氣田長興組②號礁帶的1口開發(fā)水平井，采用襯管完井，完鉆井深7971m(垂深6946.44m)，水平段長1023.88m，最大井斜角91.90°。井筒為Æ193.7mm油層套管+Æ127mm襯管。

該井采用G105鋼級的Æ101.6mm、Æ88.9mm、Æ73mm／60.3mm新鉆桿組合，順利完成了井筒內掃塞作業(yè)，襯管段內通井、洗井作業(yè)。通過短起下測油氣上竄速度方式，確定了安全了作業(yè)時間，滿足了投產管柱下入期間的井控安全要求。設計采用4C油管4000m，4D油管2690m，配套井下安全閥、循環(huán)滑套、永久式封隔器，坐封球座的酸化一投產一體化管柱，滿足了多級暫堵交替注入分流酸化的實施要求，酸化規(guī)模為：膠凝酸920m³，纖維1500kg，共采用兩級交替注入。纖維入地之后，施工壓力在13min內由32.2MPa緩慢上升到41.3MPa，酸液分流轉向明顯，說明Ⅰ類儲層較好的暫時封堵，Ⅱ類儲層得到充分的改造。

酸化后求產，在穩(wěn)定油壓36MPa下測試天然氣產量82.5×10⁴m³／d，計算無阻流量為310.5×10⁴m³／d，滿足了開發(fā)的要求。

2012年以來，超深高溫高含硫氣井完井投產技術措施在元壩指導了11口井現(xiàn)場施工，成功率100％，保障了投產作業(yè)的順利實施。其中最大測試產量104.69×10⁴m³／d，最大井深7971m，創(chuàng)造了垂深最深高含硫水平井完井投產記錄。

7　結論

元壩氣田水平井完井投產工藝技術通過嚴細的基礎研究和現(xiàn)場實踐，基本上滿足了高溫、高壓、高產、高含H2S井等多種工況的完井投產難題。

1)超深水平井分段改造  生產一體化管柱投產管柱經受了酸壓最大排量從3.1～7.1m³／min的考驗，滿足了儲層改造的要求；而且在改造、求產及關井期間，油套環(huán)空壓力變化正常，證實了管柱的可靠性，滿足了管柱安全投產的要求。

2)在井筒條件的限制下，通過對掃塞、通洗井管柱結構優(yōu)化設計，掃塞時控制鉆壓、轉速、排量等關鍵參數，襯管段通井時控制排量、鉆壓、分段循環(huán)、反復劃眼等關鍵工藝，滿足了超深小井眼井筒凈化作業(yè)，在滿足井控安全的條件下，為投產管柱的順利下入提供了保證。

3)結合高含硫氣井溢流壓井期間井筒超臨界相態(tài)特征，通過理論計算和現(xiàn)場實踐相結合，證明通過短起下測油氣上竄速度時，在滿足上竄速度小于30m／h能夠滿足組下完井投產管柱期間的井控需要。

4)長水平段多級暫堵交替注入分流酸化工藝能夠有效解決長井段非均質性強的難題，盡量保證對整個水平段的均勻改造。

 

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本文作者：蘇鏢  龍剛  許小強  伍強  丁咚  王毅

作者單位：中國石化兩南油氣分公司工程技術研究院