元壩氣田超深高含硫氣井測試及儲層改造關鍵技術

唐瑞江 李文錦 王勇軍 蔣人義 代俊清

中國石化勘探南方分公司

元壩氣田超深高含硫氣井測試及儲層改造關鍵技術

唐瑞江 李文錦 王勇軍 蔣人義 代俊清

中國石化勘探南方分公司

四川盆地東北部元壩氣田具有高溫、高壓、高含H2S特性，儲層埋藏深且非均質性強，由此帶來了測試工藝復雜、儲層改造困難、井控安全風險大等困難。在元壩超深高含硫氣井測試實踐中，逐步形成了材質優化選擇、一體化管柱多功能APR測試、多級壓力控制、測試制度優化、快速返排、井控工藝、堵漏壓井工藝、地面流程安全控制技術及海相儲層改造工藝技術，從而滿足了元壩氣田“三高”氣井試氣的需要。現場應用結果表明，已施工完的16口井55層，獲得工業氣流14口井23層，未發生一起安全事故，有效保障了元壩氣田勘探的順利進行，取得了安全、優快、環保的工作效果和重大社會經濟效益。

四川盆地東北部 元壩氣田 超深氣井 高含硫 測試 酸化壓裂 儲集層 改造 技術

1 超深高含硫氣井測試技術難點

四川盆地東北部元壩氣田超深、高壓、高含硫氣藏為測試帶來了諸多難題和挑戰［1－3］，為確保正常測試及生產安全，需要從設備工具的材質、管柱結構、配套工藝等方面進行科學論證和不斷改進。元壩超深高含硫氣井測試主要存在以下技術難點。

1）儲層具有多層系、多壓力系統以及高溫、高壓、高含硫特性（表1）；使用的測試工具承壓低，工具存在刺漏和卡鉆的隱患，測試施工存在較大風險。

2）儲層埋藏深，非均質性強，大部分屬于低孔低滲，鉆井液對儲層傷害較嚴重，常規測試難以獲得理想的測試效果；酸壓改造施工時存在儲層破裂壓力高、裂縫延伸壓力高，在施工設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）部分儲層裂縫和溶洞相對發育，井漏較嚴重，特別是試氣酸壓改造后噴漏同存，處理難度極大。

2 測試工藝技術

2.1 油管選擇

表1 元壩氣田海相地層參數特征表

探井在酸性氣體中短期測試過程中，材質選擇關鍵是控制硫化氫的氫脆腐蝕；選擇滿足抗SSC要求的材質［1－2］，同時評價酸液體系對管材抗應力腐蝕破裂的影響。通過計算，測試油管選用110SS材質，基本能滿足超深含硫氣井抗SSC及酸液腐蝕要求。

根據力學計算結果，形成了 89 mm 110SS壁厚6.45／9.52 mm氣密封扣油管組合，超深儲層酸壓改造管柱中下入兩組伸縮節，保證了超深井測試管柱的安全。抗拉安全系數在80%名義屈服強度下選取1.8，抗內壓安全系數選取1.25，抗外擠選取1.125。自現場應用以來，未發生因油管材質和強度導致的事故。

2.2 多功能測試工藝技術

利用地震、鉆井、錄井、測井等資料，在研究區域構造、砂體展布、地層壓力及溫度、含油氣情況、儲層特征等基礎上，針對不同的測試目的，形成了以“超正壓射孔酸壓測試技術”［4］為核心的4類7套優快APR測試技術（表2）。對深度大于6 000 m的氣井，改造管柱需增加2組伸縮短節。

表2 元壩4類7套測試聯作管柱表

超正壓射孔酸壓測試管柱如圖1所示，主要用于射孔后立即進行改造的儲層，一般是儲層物性較好、通過改造可獲得理想產能的儲層。充分利用超正壓射孔產生的高壓聚能流體對地層形成的微裂縫，降低注酸初始壓力。該三聯作工藝，不僅能縮短施工周期、成果見效快、有效降低測試成本，而且能減少射孔后壓井液對地層的二次污染。

分兩步走的射孔酸壓測試三聯作工藝，對于儲層相對差、破裂壓力高的儲層，通過射孔后試擠判斷地層吸收量，減少直接進行改造的盲目性，節約了酸壓施工費用，減小了現場環保壓力。

2.3 多級壓力控制技術

圖1 超正壓射孔酸壓測試聯作管柱圖

壓力控制技術是超深井測試的關鍵技術，關系到施工安全、油層套管、試氣管柱等的安全可靠。該技術是以環空套管承壓能力為基礎，基于井內流體、井下工具耐壓能力、油管和套管強度，通過不同工況下測試工具的井口壓力控制，保障井下管柱的安全。通過元壩氣田多口井實踐和驗證，形成了多級壓力控制APR測試優化設計方法（圖2），保證了元壩地區超深井的安全快速測試評價。

圖2 壓力控制參數優化流程圖

2.4 測試地面流程

針對元壩地區超深、高壓、高溫、高含硫化氫、測試產量高的情況，經過近年的實踐，逐步完善了地面測試流程，形成以105／70／70 MPa［5］或105／105／105 MPa三級節流為核心（圖3），包括節流控制系統、加熱保溫系統、分離系統、計量系統、安全快速控制系統、安全點火系統、數據自動采集系統、應急壓井系統等組成的地面測試流程。該流程基本滿足替噴、放噴、測試、正反循環壓井、洗井、氣舉等高壓、高產、高含硫探井的試氣施工要求，具有能夠實現安全高效的放噴口點火，實現單獨或共同使用測試、鉆井地面流程進行正、反循環壓井，用壓裂車、鉆井泥漿泵壓井等功能，確保了放噴求產過程中的流程設備安全和操作人員的人身安全。

2.5 井控工藝技術

1）采氣井口選擇105 MPa FF級或進口140 MPa FF／HH級采氣樹，并采用金屬密封與橡膠密封相結合的復合密封；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，防噴器具有遠程液壓控制和手動控制功能。

2）采用三級節流測試流程，充分利用鉆井壓井和節流管匯與測試流程組成壓井、堵漏管網，配齊備用液控平板閥和節流閥、油嘴套和油嘴。

3）配備壓力、液面、有毒有害氣體監測報警系統，為及時采取地面開關井、井下開關井、循環壓井等措施的及時制訂提供保障。

4）制訂有效的預防措施和應急預案，為試氣井控提供了安全保障。

圖3 推薦國產地面流程示意圖

3 酸壓改造工藝技術

3.1 膠凝酸＋閉合酸壓工藝技術

該技術以“提高酸蝕裂縫長度和近井帶的裂縫導流能力”為核心，已經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用。

3.2 加重酸壓工藝

針對元壩氣田區塊儲層埋藏深、破裂壓力梯度較高的特點，通過在注入前置酸之前采用高密度（1.8～2.0 g／cm3）加重酸液來提高液柱壓力，實現在井口施工限壓下增加井底凈壓力，以增大壓開儲層的幾率。1—1井采用密度1.8 g／cm3加重酸，創造了井底壓力最高（212 MPa）的液體加重最高的世界紀錄。

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層的震蕩注入酸壓工藝，該工藝利用快速提高施工壓力時產生的“沖擊波”（壓力峰值是顯示值的2～5倍）對儲層應力集中不斷進行釋放，實現降低破裂壓力目的。該工藝成功用于1—1井長興組，經過6次高壓震蕩成功壓開儲層（圖4），酸壓后增產天然氣50.2×104m3／d。

4 應用效果

該套技術在元壩地區成功應用，現已施工完工16口井55層，獲工業氣流14口井23層，未發生一起安全事故，取得了元壩地區海相深層勘探突破，有效保障了高溫高壓高產高含硫超深氣井勘探的順利進行，取得了很好的經濟和社會效益。

圖4 1—1井長興組酸壓施工曲線圖

某井長興組6 226～6 319 m經規模400 m3膠凝酸射孔酸壓測試，獲得日產天然氣120.2×104m3，取得了元壩地區超深層海相天然氣勘探的重大突破，證實了元壩地區豐富的天然氣資源基礎。

［1］何生厚.高含硫化氫和二氧化碳天然氣田開發工程技術［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［2］胡東風.川東北元壩地區隱蔽氣藏的勘探突破及其意義［J］.天然氣工業，2010，30（8）：9－12.

［3］付德奎，郭肖，杜志敏，等.高含硫氣藏硫沉積機理研究［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2009，31（5）：109－111.

［4］沈琛.川東北超深高酸性氣田勘探開發工程技術［J］.中國工程科學，2010，12（10）：29－34.

［5］王世澤，唐瑞江，趙祚培，等.高壓高產含硫氣井測試技術及應用［J］.中國工程科學，2010，12（10）：56－60.

Key techniques in well testing and reservoir stimulation for ultra－deep sour gas wells in the Yuanba Gas Field

Tang Ruijiang，Li Wenjin，Wang Yongjun，Jiang Renyi，Dai Junqing
（Sinopec South Ex ploration Company，Chengdu，Sichuan 610041，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 10，pp.32－35，10／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The Yuanba Gas Field in the northeasern Sichuan Basin is featured by high temperature，high pressure，high contents of H2S，great burial depths，and strong heterogeneity of reservoirs，resulting in difficulties in well testing ＆reservoir stimulation and risks in well safety.In view of this，we developed a series of technologies adaptable for well testing and reservoir stimulation in this field，including the optimization and selection of tubular goods，the multifunctional integrated tubular string adopting annulus pressure responsive（APR）testing tools，multi－level pressure control，test system optimization，rapid flowback，well control，well plugging，well killing，surface safety control，and acid fracturing treatment.Field application shows that among the drilled and completed 16 wells targeting pay zones（55 in a total number of beds），14 wells targeting pay zones（23 in a total number of beds）obtained commercial gas flows with no accidents.

Sichuan Basin，northeast，Yuanba Gas Field，ultra－deep gas well，high content of H2S，test，acid－fracturing，reservoir，stimulation，technology

唐瑞江等.元壩氣田超深高含硫氣井測試及儲層改造關鍵技術.天然氣工業，2011，31（10）：32－35.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.007

中國石化重點研究項目“川東北高溫高壓高含硫井試氣工藝配套技術”部分成果。

唐瑞江，1965年生，高級工程師；長期從事油氣田試油（氣）、井下作業技術研究及現場應用和管理工作。地址：（637400）四川省閬中市閬水中路99號元壩工作部。電話：（0817）6224022。E－mail：tangrj.ktnf＠sinopec.com

2011－07－26 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.10.007

Tang Ruijiang，senior engineer，born in 1965，has long been engaged in research of well test and workover technologies.

Add：No.99，Langshuizhong Rd.，Langzhong，Sichuan 637400，P.R.China

Tel：＋86－817－6224 022 E－mail：tangrj.ktnf＠sinopec.com