射孔試氣聯作工藝在蘇丹高GOR油井的應用

張 毅

中原石油工程公司井下特種作業公司蘇丹項目部

0 引言

F油田位于蘇丹南部，由中國、馬來西亞、印度和蘇丹四國共同投資進行勘探開發，日產原油1.9×104m3。由于含水較高和產量下滑，項目方決心本著投資少、見效快的原則，加大該油田高氣油比（GOR）油層的開發力度。

AS-3井是部署在F油田R地層的一口油氣勘探井，該油氣層埋深位于2 500 m，地層溫度為96.8℃，氣油比較高，為500 m3/m3，地層致密，巖心骨架能承受的最大壓差為9.65 MPa。為防止地層出砂且能實現誘噴，設計生產壓差為7.93 MPa，應用此生產壓差采用進行負壓射孔，既能保證不破壞地層巖心骨架，防止地層出砂，又能降低井筒內液柱高度，防止地層污染，同時可充分利用地層能量；同時采用射孔試氣聯作工藝，可避免以往試氣井投產由于需要分別下入射孔和試氣兩趟管柱，造成施工周期較長、地層污染嚴重、射開油氣層后進行抽汲誘噴所帶來的安全風險。

AS-3井通過優化地面試氣流程，將測試管線與生產管線互聯，通過抽汲作業將井筒上部掏空后，下入射孔和試氣聯作管柱，采用套管環空液壓傳導方式進行負壓射孔，經由地面測試設備獲取地層油氣產出情況后，油氣直接通過生產管線輸往集輸站實現投產[1-3]。該井施工工序銜接緊密，有效探明了地層油氣情況，高效完成相關的試氣投產工作。

1 井筒和地層數據

在進行井筒準備前，提前落實好井筒和地層數據，便于對后期施工步驟進行優化調整。

1.1 套管結構

AS-3井采用四層套管結構，其中導管選用?473 mm套管，下入深度為58.00 m；表層套管選用?340 mm套管，下入深度為554.77m；技術套管選用?244 mm套管，下入深度為1 585.93 m；油層套管選用?178 mm懸掛套管，下入深度為2 608.60 m，油層套管懸掛器懸掛深度為1 506.83 m。

1.2 地層數據

根據測井解釋結果，油氣層深度為2 414.90～2 561.00 m，油氣層中部壓力為23.24 MPa。要求實現誘噴的欠平衡壓差為7.93 MPa，因此井筒內液柱壓力只需要達到15.31 MPa，對應的液柱高度為1 560.40 m，由于油氣層中部位于2 487.95 m，則需要確保油層以上有927.55 m的抽汲排空液段，來實現負壓誘噴[4]。

2 射孔試氣聯作工藝流程

射孔試氣聯作工藝流程如圖1所示，需要作如下說明。

圖1 射孔試氣聯作工藝流程圖

1）對地面試氣流程進行優化。采用壓井管線、生產管線、測試管線和放噴管線四道管線（圖2），每道管線均采用相應壓力級別的管匯進行控制和節流。井口采油樹兩側閘門分別連接測試管線和生產管線，地層返出的油氣在進入生產管線前，可先通過測試管線對油氣進行計量求產，再接入生產管線輸往集輸站；待測試作業完成后，油氣可直接轉入生產管線進行投產。油管四通兩側閘門分別連接放噴管線和生產管線，當遇到采油樹閥門失效或地層壓力過高，可將油氣直接排放至燃燒坑進行燃燒，也可以直接轉入生產管線進行投產[5-6]。套管四通一側閘門連接壓井管線，可通過泥漿泵向套管環空打壓，完成射孔槍點火起爆。套管四通另一側閘門安裝有壓力表，用于觀察套管環空壓力。當射孔槍上部的封隔器坐封后，可從套管環空打壓，驗證封隔器的密封情況，防止油氣從套管環空上竄至地面，避免套管頭和上部油層套管承受高壓[7-8]。

圖2 地面試氣流程圖

2）由于AS-3井的油層套管采用了套管懸掛器，考慮到套管懸掛器處和井底有固井時殘留的小段水泥塞，故決定先下入三牙輪鉆頭進行鉆塞[9-10]，確保井眼通暢。再下入刮削器對套管內壁進行刮削清理，充分循環洗井，替換井筒內液體為清水，為后續施工提供良好的井筒環境[11]。在進行前期井筒準備工作時，可同時在地面安裝測試設備和連接測試管線。

3）測井隊測評固井質量，如果射孔段固井質量不合格，則需要重新進行射孔和補擠水泥，避免后期生產過程中油氣串層。如果射孔段固井質量合格，則直接下入射孔和試氣聯作管柱，對射孔管柱進行校深調整后，安裝抽汲設備，從油管內抽汲出井內液體，為后期誘噴提供足夠負壓。再坐封封隔器，從套管環空打壓，通過液壓傳導進行射孔槍點火起爆。如果能夠實現自噴，那么選擇不同油嘴計量求產，根據試氣數據制定合理的生產制度后，向生產部門交井投產。如果不能自噴，則下入電泵[12]配合可調油嘴進行投產[13-14]。

3 現場應用情況

在AS-3井現場實施射孔試氣聯作工藝的過程，如下所述。

1）井場設備就位后，安裝油管四通、兩側閘門和防噴器，連接地面循環管線，井控設備和地面循環管線在施工前確保狀況良好并試壓合格。

2）下入鉆塞工具組合（?216 mm三牙輪鉆頭+?121 mm鉆鋌6根+?89 mm鉆桿4根），下至1 483.20 m處遇阻，下放加壓20 kN無法通過[15-16]。考慮到套管懸掛器位于深度1 506.83 m，分析遇阻處為固井時殘留的水泥塞。反循環洗井替出井筒內的原井鉆井液后，加壓20 kN鉆水泥塞至懸掛器深度1 506.83 m，起鉆更換鉆頭。

3）下入鉆塞工具組合（?149 mm三牙輪鉆頭+?121 mm鉆鋌6根+?89 mm鉆桿4根），鉆至懸掛器深度1 506.83 m時，觀察到出口有少量鐵屑，分析鉆頭已接觸套管懸掛器。鉆塞通過懸掛器位置時，及時觀察指重表懸重變化和出口鐵屑返出情況，避免損壞套管懸掛器。繼續向下鉆塞至1 521.38 m后，鉆穿水泥塞，鉆具放空，繼續向下清理至人工井底2 584.48 m，循環洗井后起出鉆塞管柱。

4）下入?244 mm套管刮削器對上部技術套管內壁進行刮削，刮削至套管懸掛器深度1 506.83 m處，充分循環洗井，起出刮削管柱。

5）下入?178 mm套管刮削器對油層套管內壁進行刮削，?178 mm套管刮削器在通過套管懸掛器時注意觀察指重表，發生掛卡時不得強行加壓通過，可多次上下活動和旋轉管柱，避免掛碰套管懸掛器臺階處，對封隔器坐封位置附近刮削三遍[17]，方便后期坐封封隔器。刮削到人工井底后，充分循環洗井，將井內流體替換為清水，方便后期測試。從套管環空打壓，對全井筒試壓10 MPa，確保全井套管密封良好，起出刮削管柱。

6）測井隊測量射孔井段的固井質量，根據測井結果顯示，射孔井段固井質量合格。

7）下入抽汲管柱至1469.58m，安裝抽汲設備，抽汲排出井內液體，確保井筒內有足夠的排空液段能實現負壓誘噴。抽汲時要打開套管四通兩側閘門，避免井內形成真空。

8）下入射孔和試氣聯作管柱如圖3所示，包括：堵頭+下部點火頭+射孔槍+上部點火頭+?89 mm油管1根+篩管+ RTTS 封隔器+旁通短節+?89 mm油管1根+RD安全循環閥+ ?89 mm油管3根+短油管。封隔器上部接有旁通短節，旁通短節內部安裝有耐壓銅管，銅管向下延伸1.8 m穿過封隔器和篩管內的擋板，進入篩管下部的油管內。當從套管環空進行打壓時，環空壓力經過旁通短節內的銅管傳導至上部點火頭處進行點火起爆，完成對油氣層的負壓射孔。當上點火頭失效時，可以通過解封封隔器，向井筒補液后，再通過環空打壓傳導至下部點火頭對射孔槍進行點火起爆[18]，此時只能完成對油氣層的帶壓射孔。射孔槍類型為SQ127-16-90，采用液壓點火方式，射孔彈最大射入深度為1 579.88 mm。射孔槍上部的封隔器用于封隔套管環形空間，當射開油氣層后，油氣通過封隔器下部的篩管進入油管內部，再返出至地面，避免套管頭處和上部油層套管承受高壓。

圖3 射孔和試氣聯作管柱結構圖

9）測井隊對射孔管柱進行校深，根據校深結果對射孔管柱進行精確調整，確定射孔深度和封隔器坐封深度。拆卸防噴器組合，安裝井口采油樹，連接地面生產管線和測試管線，安裝壓力表和壓力記錄儀，對地面管匯、管線及采油樹閥門按要求依次進行試壓合格。從套管環空進行補液，打壓5 MPa并確保穩壓不降，驗證封隔器坐封情況。

10）從套管環空打壓13 MPa傳遞到射孔槍上部點火頭處，射孔槍點火起爆，打開油氣層。在地面觀察泡泡頭，出口處有明顯且連續的氣泡。先使用可調式油嘴[19]，待排出井內液墊后，切換至固定油嘴[20]，并做好試氣數據記錄（表1）。根據現場生產情況，應用此套聯作管柱和地面試氣流程，較好較快地探明了地層油氣產出情況，制定了合理的生產制度，進而轉入地面生產管線進行投產。

表1 試氣數據記錄表

4 結論

1）對地面試氣流程進行優化，提前將試氣管線連接至生產管線，地層產出的油氣經測試后可直接進入生產管線進行投產，縮短單井投產周期。在前期的井筒準備過程中，可同時進行地面測試設備的安裝和調試，縮短測試設備使用時間，減少設備租賃成本。

2）通過分析地層壓力和巖心骨架受力情況，在射孔前通過抽汲排液降低井筒內液柱高度，采用負壓射孔避免地層污染，防止地層出砂，充分利用地層能量實現油氣舉升，不需要下入電泵等舉升設備，也不需要配備井口用電設施。

3）使用射孔和試氣聯作管柱，整套聯作管柱操作簡單，安全可靠，可以實現射開地層后，直接進行試氣和投產，避免多次起下管柱，降低作業風險。采用此套工藝能夠安全高效地完成施工目標，探明地層油氣情況后盡快投產，對于氣油比較高的油氣井的開發投產具有一定的借鑒意義。