普光氣田高含硫氣井過油管深穿透射孔技術優選

彭鑫嶺,張世民,李松岑,胡杰,彭雪葳,徐建明,任強

(中原油田普光分公司, 四川 達州 635000)

0 引 言

普光氣田是中國首個成功投入開發的高含硫化氫整裝海相氣田[1-5]。氣田投入生產以后,為掌握氣井投產井段產出情況,先后進行了近60井次的生產剖面測試,結果證實大部分氣井井筒堵塞嚴重,生產剖面不完善,45%的氣井產出氣層厚度占射孔投產氣層厚度不足25%,嚴重影響井控儲量的動用程度和氣井產能的發揮[6-7]。井筒堵塞和生產剖面不完善的主要原因是鉆井液污染和投產作業暫堵劑堵塞[8]。在氣田產能建設過程中,為確保開發工程安全平穩推進,鉆井主要采用過平衡鉆井技術鉆進,鉆井液不可避免侵入近井地帶地層,對近井周圍儲層造成不同程度的污染;氣井投產作業主要采用屏蔽暫堵(暫堵劑成分主要為酸溶性超細碳酸鈣)酸壓技術改造儲層,考慮安全環保要求,投產放噴時間短,入井液返排不徹底(返排不足50%)即關井等待地面工程建設,暫堵劑發生重力分異沉淀井底并侵入炮眼,導致射孔孔眼和井筒堵塞嚴重[9-13]。完善氣井生產剖面必須搞好2個施工:①解除井筒堵塞;②建立從氣層到井筒的滲流通道。而普光氣田投產時氣井論證采用帶封隔器的酸壓生產一體化永久管柱完井,儲層二次改造措施一般只能過油管實施,措施局限性很大,效果難以保證。前期現場試驗開展了過油管常規射孔、屏蔽暫堵酸壓改造、振蕩解堵等試驗,都沒有達到預期效果。

在現有氣井生產管柱條件下,要不斷夯實氣田穩產基礎,提高氣田開發水平,需要探索實施科學合理、可行有效的過油管生產剖面完善措施。本文開展了針對性的分析研究和現場試驗,首先優選抗硫連續油管用10%左右的鹽酸配液沖洗井筒;然后論證采用過油管深穿透射孔技術對Ⅰ、Ⅱ類優質儲層進行二次射孔,完善了生產剖面,提高了井控儲量的動用程度,釋放了氣井產能,達到了預期效果。

1 前期措施無效原因分析

為完善氣井生產剖面,提高井控儲量動用程度,釋放氣井產能,根據生產測井成果認識(主要是投產井段堵塞情況和生產剖面測試成果等),結合投產作業施工經驗,前期論證選取過油管常規射孔+多級屏蔽暫堵轉向酸壓工藝措施在P102井進行現場試驗:①連續油管沖洗解堵井筒;②井筒射流震蕩解堵炮眼;③過油管二次射孔(采用51 mm射孔槍51 mm射孔彈,補孔4段180發);④屏蔽暫堵酸壓改造。期間分10次泵注暫堵劑5 080 kg,入井液總量1 511.6 m3。

措施后P102井生產情況無明顯變化,生產測井結果表明,產氣層段由7層58.51 m減少至4層37 m,產氣層段及厚度均明顯減少。過油管射孔轉向酸壓措施未能達到完善生產剖面的目的。分析措施沒有達到設計目的的原因,認為:①補孔所用51 mm射孔槍51 mm射孔彈穿深不夠,沒能有效突破污染帶,氣層到井筒的滲流通道沒有建立起來;②現有屏蔽暫堵轉向酸壓工藝不能對普光高含硫氣井近井地帶儲層進行有效改造。作業過程中,屏蔽暫堵劑對低壓產層的暫堵效果差,耐壓能力差,轉向酸主要向低壓產層大量漏失,沒能有效解除未產出氣層的污染狀況,未能達到增加新產層的預期效果。

2 近井儲層污染評價

普光氣田屬于超深高含硫化氫氣田,劇毒氣體硫化氫含量高達15%以上,危險性和危害性極大,安全風險極大。在鉆井施工過程中,為了確保安全,一方面采用多級井口防噴裝備;另一方面采用過平衡鉆井技術鉆進。鉆井液比重高于地層壓力系數0.3左右,鉆井液侵入對近井地帶儲層造成的污染比較嚴重,影響氣層和井筒間有效通道的建立,對過油管儲層改造措施提出了更高的技術要求[14]。

基于前期措施無效原因分析結果,為研究形成合理、有效的過油管完善產剖工藝技術,需要評價普光高含硫化氫氣井近井地帶儲層污染深度。因為“生產套管+固井水泥環+鉆井泥餅+儲層污染帶(鉆井液侵入帶)”是建立氣層正常生產通道需要打通的“最后一道”屏障,其中認清受污染儲層深度(鉆井液侵入帶)是關鍵。

根據鉆井實際工程參數,建立相應數學模型,計算鉆井液濾失污染半徑,公式為[15]

Ld=

式中,Ld為污染深度,cm;B為結構參數,1.291;A為回歸常數,0.064 76;Δγ為鉆井液密度與地層壓力系數之差;h為井深,m;T為鉆井液浸泡時間,h;γL為鉆井液失水,mL。

根據普光氣田氣井實際鉆井參數,計算氣井鉆井液侵入帶厚度為200～240 mm,平均為220 mm;氣井生產套管壁厚12.65 mm,根據實鉆情況測算固井水泥環厚度約33 mm,泥餅厚度約4 mm。綜上,“生產套管+固井水泥環+鉆井泥餅+儲層污染帶(鉆井液侵入帶)”厚度約為269.65 mm。完善生產剖面,建立未產出氣層到井筒的有效滲流通道,必須打通這厚度約269.65 mm的最后屏障。

3 過油管完善生產剖面技術優選

普光高含硫氣井要達到完善生產剖面的目的,要優選滿足高含硫化氫工況耐腐蝕,且井下射孔深度能達到或超過269.65 mm的射孔工藝技術。普光氣田在試氣及投產作業過程中選用“114 mm有槍身射孔槍系統”。實施情況說明井下射孔深度可以達到或超過269.65 mm,可以滿足投產要求。前期常規過油管射孔工藝采用的是51 mm射孔槍51 mm射孔彈,穿深不夠,達不到要求。在論證優選過油管射孔技術過程中,重點模擬評價射孔深度是否達到269.65 mm的要求。

常規過油管射孔工藝不利因素主要有2個方面:①受油管(小井眼尺寸)影響,射孔槍尺寸較小,射孔彈裝藥量受限,能量相對較小;②在有槍身狀態下,射孔彈還要損失部分能量來穿透射孔槍。相對而講,無槍身射孔工藝的優勢,一方面可以盡量增大射孔彈的體積以提高裝藥量;另一方面射孔彈固定在固彈架上,避免穿透射孔槍的能量損失。通過地面水泥靶穿深試驗比選,優選最新的2.5 in[注]非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同的P-S射孔彈,該彈裝藥量25.4 g,無槍身,射孔彈引爆后,彈殼變成碎屑落入井內,不會對氣井后期生產造成不利影響,而固彈架和其他部件則被提出井外。

應用硬巖石模型(充分接近井下實際工況)對2.5 in的P-S無槍身射孔槍、投產用114 mm射孔槍、前期措施用Φ 51 mm射孔槍進行了模擬射孔對比。模擬普光氣田的井下條件:井眼241 mm,套管外徑177.8 mm,壁厚12.65 mm;巖性為白云巖;孔隙度為6.5%;巖石強度UCS為60 MPa;孔隙壓力為35 MPa;井底溫度130 ℃;污染帶深度220 mm(見圖1)。

圖1 3種射孔系統穿深模擬圖

模擬結果顯示,2.5 in的P-S無槍身射孔系統的各項數據均明顯優于前期措施用51 mm槍射孔系統,地層最大穿深達247.8 mm,平均228.41 mm,平均孔徑7.83 mm,與“投產用114 mm有槍身射孔槍系統”穿深幾乎相同,能突破儲層污染帶,建立有效滲流通道,達到改善產氣剖面的目的(見表1)。

在現場試驗之前,根據普光氣田高含硫化氫氣井井下工況條件和安全環保要求,對2.5 in的P-S無槍身射孔系統進行了系統的牢固性和安全性改進。論證采用高能吸收材料減少射孔彈之間的沖擊波干擾(見圖2),研發了適用于高含硫化氫工況條件的減震短節(見圖3)、偏簧工具(見圖4)、防腐涂層、高能吸收材料等,不僅提高了射孔性能,也確保了高含硫化氫氣井射孔射孔施工的安全環保。

論證優選的過油管2.5 in的P-S無槍身深穿透射孔工藝,可以電纜輸送,所用地面操控裝備、井口防噴裝置、井下輸送設備和工具等與高含硫氣井生產測井相同。普光氣田在高含硫氣井生產測井施工方面積累了豐富的經驗,為過油管2.5 in的P-S無槍身深穿透射孔安全高效施工提供了技術和經驗保障。

表1 3種射孔系統模擬穿深結果統計表

圖2 高能吸收材料降低彈間干擾模擬圖

圖3 防硫化氫偏簧短節

圖4 防硫化氫減震短節

4 現場試驗及效果評價

根據投產作業情況和生產剖面測試成果,優選P202井開展過油管深穿透射孔現場試驗。

4.1 基本情況

P202井完鉆井深5 484.00 m,全井最大井斜7.82°,方位283.35°。投產層為飛仙關組,設計投產層段5 060.7～5 260.5 m,油管口下入深度5 045 m。投產過程中,該井因射孔器起爆不正常,5 127.6 m以上井段射孔未成功,實際投產層段5 127.6～5 260.5 m。

4.2 設計

生產剖面測試成果證實,該井生產層段為5 174.9～5 227.6 m,生產剖面不完善,制約了氣井產能的發揮。為驗證過油管深穿透射孔技術實施效果,論證優選該井投產射孔未成功井段5 060.7～5 260.5 m開展現場試驗。方案設計對5 062.0～5 065.0 m、5 074.8～5 077.8 m、5 079.7～5 082.4 m、5 083.0～5 086.0 m、5 096.0～5 099.0 m、5 110.0～5 113.0 m、5 116.0～5 122.0 m等7段共23.7 m氣層進行過油管深穿透射孔作業。設計16孔/m,每次射孔3 m,48彈。

普光高含硫化氫氣井作業過程井控制標準要求極高,動態密封標準要求極高,不允許有絲毫滲漏。過油管深穿透射孔作業,采用電纜輸送,地面操控裝備、井口防噴裝置、井下工具等與高含硫氣井生產測井完全相同。為確保安全環保順利施工,借鑒高含硫氣井生產測井施工經驗。施工設計從設備、人員準備到進場準備、開工驗收、現場施工、搬離現場,細化到每一步驟,每個步驟要求具體細致,可操作性強;應急預案細化分析每個施工步驟,開展隱患分析,并針對每個安全環保隱患論證給出具體可操作的預防措施和緊急情況下的應對措施。

4.3 現場試驗

現場嚴格按照施工設計和應急預案要求組織施工。通過精心組織,現場射孔作業施工成功率100%,施工過程安全無事故,環保零污染。

4.4 效果分析

射孔作業前,P202井以井口油壓16.4 MPa穩定生產時,產量57×104m3/d;射孔作業后,以井口油壓16.5 MPa穩定生產時,產量70×104m3/d。相同油壓條件下,過油管深穿透射孔作業增產效果明顯,產量增長13×104m3/d(見圖5)。

為了檢驗射孔效果,射孔作業后進行了41×104m3/d和67×104m3/d這2個制度下的生產剖面測試。結果證實新射孔的7段共23.7 m氣層中有5段18 m產出,占比75%,其中,Ⅰ類儲層全部產出,Ⅱ類、Ⅲ類儲層部分產出。在地面計量產氣量67×104m3/d制度下,解釋新射孔產出氣層段產量貢獻率約為18.49%(見表2)。

圖5 P202井采氣曲線圖

表2 P202井深穿透射孔作業后生產剖面測試統計表

現場試驗結果表明,優選的過油管2.5 in的P-S無槍身深穿透射孔技術能夠達到“投產用114 mm有槍身射孔槍系統”穿深效果,能夠有效穿透普光高含硫氣井近井儲層污染帶,建立有效滲流通道,達到改善生產剖面,增儲增產的目的。過油管深穿透射孔工藝論證采取的安全環?？刂拼胧┩耆軌驖M足高含硫氣井作業施工安全環保要求。

5 結論及建議

(1)P202井深穿透射孔作業后,油壓16.5 MPa,產量較射孔前增長13×104m3/d;生產剖面測試成果證實新增產氣層18 m,占新射孔氣層厚度的75%。現場試驗證明過油管2.5 in的P-S無槍身深穿透射孔技術的射孔效果與“投產用114 mm有槍身射孔槍系統”基本一致,能夠有效穿透普光高含硫氣井近井儲層污染帶,建立有效滲流通道,達到改善生產剖面的目的。

(2)P202井現場試驗施工成功率100%,施工過程安全可控,環保無污染。證實現有高含硫氣井生產測井地面操控裝備、井口防噴裝置、井下輸送設備和工具等能夠滿足高含硫氣井過油管深穿透射孔施工要求和安全環保要求。

(3)論證采用的高能吸收材料有效減少了射孔彈之間的沖擊波干擾,研發的減震短節、偏簧工具、防腐涂層、高能吸收材料等能夠滿足高含硫氣井井下防腐要求,不僅提高了射孔性能,也確保了施工的安全環保。

(4)射孔后生產剖面測試成果說明,對于高滲透儲層,過油管深穿透射孔可以直接建產能,達到增產效果;對于低滲透儲層,射孔后氣層產出效果不理想,需要論證開展配套改造措施,以實現有效增產效果。