曹成壽 張耀剛 賈浩民 王強(qiáng)軍 任發(fā)俊 李治 劉蕾

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠

靖邊氣田水平井試氣新工藝、新技術(shù)及應(yīng)用

曹成壽 張耀剛 賈浩民 王強(qiáng)軍 任發(fā)俊 李治 劉蕾

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠

為解決靖邊氣田水平井開發(fā)過(guò)程中布酸不均、儲(chǔ)層改造不全面、連續(xù)油管井下遇卡風(fēng)險(xiǎn)高和排液困難等問題,采用查閱資料、理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法,開展了水平井試氣新工藝、新技術(shù)研究,初步確定了適合靖邊氣田的水平井改造技術(shù)——連續(xù)油管拖動(dòng)布酸+深度酸壓技術(shù),實(shí)現(xiàn)了水平段均勻布酸,保證鉆遇氣層均得到有效改造。對(duì)連續(xù)油管施工管柱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,消除了井下遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn);創(chuàng)新了制氮車與連續(xù)油管氣舉排液技術(shù),實(shí)現(xiàn)了水平井快速排液、及時(shí)投產(chǎn),為靖邊氣田大規(guī)模水平井開發(fā)提供了有力的技術(shù)支撐?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明:該套試氣新工藝、新技術(shù)在靖邊氣田具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,可推廣使用。

靖邊氣田 水平井 試氣 排液 酸化 工藝 連續(xù)油管 應(yīng)用

1 靖邊氣田水平井實(shí)施概況

為提高單井產(chǎn)量、氣藏采收率及整體開發(fā)效果,近年來(lái)靖邊氣田逐步實(shí)施了水平井開發(fā)試驗(yàn)(表1)。

表1 靖邊氣田水平井實(shí)施概況表 m

2 靖邊氣田水平井試氣工藝技術(shù)

靖邊氣田水平井完井方式為裸眼篩管完井,筆者主要介紹儲(chǔ)層改造、排液等試氣工藝技術(shù)。

2.1 儲(chǔ)層改造

水平井的酸化機(jī)理與直井基本相同,但酸化工藝不同,酸化規(guī)模較大,是直井的幾倍到幾十倍;酸化井段長(zhǎng),用酸量大,施工時(shí)間長(zhǎng)。在水平井進(jìn)行酸化改造時(shí),如何控制合理的入地酸量并且能夠取得較好的改造效果,一直是水平井儲(chǔ)層改造工藝的突出問題[1-2]。

2007年以前,靖邊氣田重點(diǎn)采用了水平段油管布酸酸化+酸壓改造工藝(圖1),在2口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),其改造效果較好。

圖1 油管布酸酸化工藝示意圖

油管布酸是為了清除井筒孔眼中酸溶性顆粒、泥餅和鉆屑及結(jié)垢等,疏通孔眼;依靠酸液的溶蝕作用來(lái)恢復(fù)或提高井筒附近較大范圍內(nèi)油氣層的滲透性,但井控風(fēng)險(xiǎn)較高[3-4]。

以往應(yīng)用于靖邊氣田水平井儲(chǔ)層改造的酸液主要有稠化酸和普通酸2種,2008年對(duì)酸液配方優(yōu)化后采用降阻酸,能有效地降低酸液在地層和井筒內(nèi)的流動(dòng)阻力,達(dá)到降低酸液流動(dòng)摩阻和施工泵壓的目的。

2.2 排液方式

靖邊氣田水平井實(shí)施初期主要排液方式為油管和連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液。將連續(xù)油管通過(guò)連續(xù)油管車的注入頭下至油管內(nèi)設(shè)計(jì)位置,由液氮泵車向連續(xù)油管內(nèi)注入液氮,液氮在井底減壓擴(kuò)散從油管和連續(xù)油管環(huán)空返出,在液氮上返過(guò)程中將油管內(nèi)液體攜帶至地面,從而降低油管內(nèi)液柱的高度,使液柱作用于井底的回壓降低。2006年對(duì)這2口井實(shí)施了油管和連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液,前者由于儲(chǔ)層物性較好,液氮?dú)馀e后成功實(shí)現(xiàn)自噴排液,后者因儲(chǔ)層物性較差,液氮?dú)馀e效果不明顯。

3 水平井試氣新工藝、新技術(shù)

3.1 水平段連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝

根據(jù)相關(guān)資料,采用直井的常規(guī)酸化工藝來(lái)處理碳酸鹽巖地層中的水平井段,酸液有效作用距離不超過(guò)244～305 m,僅有少量酸液達(dá)到井眼端部,改造效果差,是一種最不經(jīng)濟(jì)的注酸方式[5]。靖邊氣田水平井水平段長(zhǎng)度在1 000 m以上,近兩年開展的連續(xù)油管拖動(dòng)均勻布酸工藝試驗(yàn),先對(duì)井底進(jìn)行清潔和解堵,解除鉆井液濾液和固相堵塞物造成的儲(chǔ)層傷害,然后再進(jìn)行深度酸壓改造。

連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有:①連續(xù)油管可下至水平段底部,完全替出水平段完井泥漿;②連續(xù)油管可以實(shí)現(xiàn)水平段均勻拖動(dòng)布酸,達(dá)到水平段均勻解堵的目的;③利用連續(xù)油管酸化施工后留在井內(nèi)的便利條件,在水平井酸化施工后,采用連續(xù)油管注液氮或氮?dú)鈿馀e,可實(shí)現(xiàn)殘酸的快速返排[6]。

近兩年,靖邊氣田開展水平井連續(xù)油管拖動(dòng)均勻布酸酸化工藝試驗(yàn)2口,通過(guò)控制連續(xù)油管的上提速度和注入排量來(lái)控制水平段儲(chǔ)層的布酸量,達(dá)到水平段均勻解堵的目的。連續(xù)油管下入井底后先采用“點(diǎn)動(dòng)”方式進(jìn)行拖動(dòng)布酸,根據(jù)定點(diǎn)布酸情況確定拖動(dòng)布酸排量及拖動(dòng)速度后,進(jìn)行連續(xù)拖動(dòng)布酸。Z井水平段長(zhǎng)1 011 m,水平段鉆井周期683 h,施工周期長(zhǎng),完井替泥漿后井口無(wú)氣顯示。先進(jìn)行分段定點(diǎn)布酸,然后再進(jìn)行連續(xù)拖動(dòng)布酸,改造效果較好。

N井水平段長(zhǎng)1 034 m,水平段鉆井周期672 h。采用水平井段連續(xù)油管拖動(dòng)布酸和定點(diǎn)布酸相結(jié)合的改造工藝,水平段布酸25 m3,求初產(chǎn)獲得較高的無(wú)阻流量。

3.2 井下管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在靖邊氣田目前的水平井井身結(jié)構(gòu)狀況下,試氣過(guò)程中存在油管下放時(shí)普通喇叭口難以進(jìn)入尾管懸掛器,連續(xù)油管出油管布酸后上提過(guò)程中外接頭進(jìn)入油管難的問題,必須進(jìn)行井下管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化[7]。

1)水平井`114.3mm尾管懸掛器與`177.8 mm套管(內(nèi)徑`159.42 mm)座掛后,懸掛器回接筒(外徑`146 mm)與`177.8 mm套管內(nèi)壁之間的間隙為6.71 mm,加上回接筒壁厚6.5 mm,懸掛器端面與`177.8 mm套管內(nèi)壁間有13.21 mm高的臺(tái)階,除去回接筒端面2 mm×15°倒角,兩者間最小也有11.21 mm的臺(tái)階,不利于`93×2 mm的油管喇叭口進(jìn)入回接筒內(nèi),導(dǎo)致油管下放困難(圖2)。

2)懸掛器入井座掛后,除上面提到的11.21 mm的臺(tái)階,內(nèi)壁還存在10 mm(3×45°倒角)、1 mm和1.2 mm共3個(gè)臺(tái)階(圖2),即使油管喇叭口順利進(jìn)入懸掛器回接筒,在穿越懸掛器過(guò)程中也存在較大遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn)。

3)目前尾管懸掛器座掛位置一般位于井斜30°左右處。因此,油管喇叭口在經(jīng)過(guò)該井段時(shí)其端面勢(shì)必緊貼套管內(nèi)壁,致使無(wú)法順利進(jìn)入懸掛器回接筒內(nèi)(圖3)。

圖2 “`177.8 mm×`114.3 mm”DYX-AT型可提出球座式尾管懸掛器示意圖

圖3 喇叭口緊貼套管內(nèi)壁示意圖

4)普通油管喇叭口由油管接箍?jī)?nèi)倒角加工而成,下端面壁厚最大僅為2 mm,入井后容易出現(xiàn)倒卷現(xiàn)象,在增加喇叭口進(jìn)入懸掛器難度的同時(shí)也給后續(xù)連續(xù)油管上提帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上問題,在地面進(jìn)行了油管喇叭口穿越尾管懸掛器回接筒上端面模擬試驗(yàn),更直觀地了解了喇叭口穿越懸掛器回接筒端面時(shí)存在的障礙,認(rèn)為目前常用的普通喇叭口,無(wú)論是內(nèi)倒角型還是外倒角型,均無(wú)法順利穿越`114.3 mm尾管懸掛器回接筒端面。

根據(jù)以上結(jié)論,優(yōu)化設(shè)計(jì)了特殊喇叭口。采用`95×20 mm的胚鐵150 mm,下端面加工15 mm× 30°外倒角和5 mm×45°內(nèi)倒角,兩倒角結(jié)合處進(jìn)行圓弧形處理,上端面加工5 mm×45°外倒角和7 mm× 15°內(nèi)倒角。該特殊喇叭口得以成功應(yīng)用,既保證了油管順利下入水平段設(shè)計(jì)位置,又實(shí)現(xiàn)了后續(xù)連續(xù)油管正常作業(yè)。

靖邊氣田目前使用`38.1 mm連續(xù)油管進(jìn)行水平段拖動(dòng)布酸,連續(xù)油管末端連接工具自上而下為:外接器(外徑:54.1 mm)+`54 mm雙瓣式單流閥+ `54 mm噴嘴。外接器與連續(xù)油管本體采用卡瓦連接,連接后兩者間有2.7 mm高臺(tái)階,連續(xù)油管上提遇阻風(fēng)險(xiǎn)較大。

針對(duì)以上問題,采用流量計(jì)算公式驗(yàn)證連續(xù)油管內(nèi)連接接頭(內(nèi)徑:11 mm,外徑:38.1 mm)最大允許施工排量,由結(jié)果可知參數(shù)滿足水平井改造要求,因此采用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭,使接頭與本體外徑一致,消除了遇阻遇卡風(fēng)險(xiǎn)(圖4)。在某井上使用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭,順利實(shí)施了連續(xù)油管水平段洗井替泥漿和拖動(dòng)布酸作業(yè),優(yōu)化效果明顯。

3.3 制氮車與連續(xù)油管氣舉排液技術(shù)

靖邊氣田的下古生界儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)近10 a的開發(fā),主要建產(chǎn)區(qū)的地層壓力逐年下降,平均氣層壓力系數(shù)低于0.9。水平井由于其特殊的井身結(jié)構(gòu),酸化改造后,一般無(wú)法運(yùn)用地層自身能量實(shí)現(xiàn)自噴排液,使排液周期增長(zhǎng),增大儲(chǔ)層二次傷害,對(duì)產(chǎn)能發(fā)揮產(chǎn)生一定影響。因此,從某種意義上說(shuō),酸化施工成功只是水平井整個(gè)儲(chǔ)層改造作業(yè)成功的一半,要獲得理想的增產(chǎn)效果,酸化后有效的排液技術(shù)是成功的另一半。

圖4 連續(xù)油管內(nèi)外接頭對(duì)比圖

3.3.1 排液技術(shù)提出的必要性

靖邊氣田水平井水平段較長(zhǎng),加之特殊的篩管完井方式,抽汲作業(yè)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)由于氣田整體地層壓力降低,高壓氣源井越來(lái)越少,加之地面配套設(shè)施未完善。因此鄰井氣源氣舉排液技術(shù)也無(wú)法順利實(shí)施。利用連續(xù)油管酸化施工后留在井內(nèi)的便利條件,采用連續(xù)油管注液氮或高壓氮?dú)鈿馀e,可實(shí)現(xiàn)殘酸的快速返排,減少儲(chǔ)層二次傷害。

靖邊氣田地域跨度大,氣井分布星羅棋布,新布水平井井位距離生產(chǎn)基地遠(yuǎn),無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)實(shí)施連續(xù)油管注液氮?dú)馀e,易錯(cuò)過(guò)水平井氣舉的最佳時(shí)機(jī),加之注液氮排量無(wú)法精確控制,影響氣舉效果。因此,自2007年年底開始開展了制氮車與連續(xù)油管配合氣舉排液工藝試驗(yàn),制氮車與連續(xù)油管配合氣舉排液可以根據(jù)井口排液情況隨時(shí)調(diào)整連續(xù)油管下入深度和氮?dú)馀帕?分段排液、逐步加深,直至實(shí)現(xiàn)氣井自噴排液。該工藝可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)排液,排液速度快、周期短、效率高,氮?dú)夂趿康?小于5%),安全性能大大增加,與其他工藝相比具有優(yōu)越性。

3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在2007年制氮車和連續(xù)油管配合氣舉排液試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,2008年繼續(xù)深入開展該工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用。4月19～20日對(duì)某井采用連續(xù)油管注高壓氮?dú)鈿馀e排液,作業(yè)時(shí)間14.5 h,氮?dú)馑矔r(shí)排量600～932 m3/h,累計(jì)注入氮?dú)?1 468 m3,累計(jì)排液55.0 m3,順利實(shí)現(xiàn)氣井自噴排液。10月11～15日連續(xù)5 d對(duì)靖平25-17井進(jìn)行高壓氮?dú)鈿馀e排液,氮?dú)馑矔r(shí)排量700～900 m3/h,注入氮?dú)?6 269 m3,累計(jì)排液245.0 m3,成功使該井自噴排液,施工達(dá)到了預(yù)期效果。

從氣舉施工過(guò)程認(rèn)識(shí)到:連續(xù)油管注氮?dú)鈿馀e,在保證氮?dú)庵醒鹾亢细竦那疤嵯?開始應(yīng)大排量注入氮?dú)?盡快達(dá)到舉通壓力,使油管內(nèi)液體迅速舉升到地面,從而縮短氣舉時(shí)間,實(shí)踐證明`31.8 mm連續(xù)油管在`73 mm油管內(nèi)的舉通排量最佳為900 m3/h,此時(shí)既能保證較低的含氧量,又能在短時(shí)間內(nèi)舉通。舉通之后應(yīng)降低氮?dú)庾⑷肱帕?在考慮增壓車膜阻壓力的前提下,氮?dú)庾⑷肱帕繎?yīng)控制在700～750 m3/h,避免因氮?dú)馀帕窟^(guò)大導(dǎo)致氣體滑脫,無(wú)法有效攜液,同時(shí),應(yīng)根據(jù)排液口的出液情況不斷調(diào)整排量,達(dá)到最佳攜液效果。

4 結(jié)論

1)采用連續(xù)油管拖動(dòng)布酸酸化工藝,可以實(shí)現(xiàn)水平段均勻布酸酸化,達(dá)到水平段均勻解堵的目的,提高水平井儲(chǔ)層改造效果。此外,利用連續(xù)油管酸化后留在井內(nèi)的便利條件,還可以實(shí)施連續(xù)油管注高壓氮?dú)鈿馀e排液。

2)優(yōu)化后的水平井特殊油管鞋既能保證油管順利下入水平段設(shè)計(jì)位置,又能實(shí)現(xiàn)后續(xù)連續(xù)油管順利作業(yè),采用連續(xù)油管內(nèi)連接接頭,使接頭與本體外徑一致,消除了遇阻、遇卡風(fēng)險(xiǎn)。

3)制氮車+增壓車配合連續(xù)油管氣舉排液工藝與其他排液工藝相比,具有施工周期短、安全性能高、排液效率好的優(yōu)點(diǎn);與連續(xù)油管注液氮?dú)馀e排液工藝相比,具有可以連續(xù)排液,精確控制氮?dú)馀帕?降低施工成本的優(yōu)點(diǎn),對(duì)靖邊氣田地質(zhì)特點(diǎn)和氣井井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有較好的適應(yīng)性。

[1]楊旭,何冶,李長(zhǎng)忠,等.水平井連續(xù)油管酸化及效果評(píng)價(jià)[J].天然氣工業(yè),2004,24(7):45-48.

[2]李年銀,劉平禮,趙立強(qiáng),等.水平井酸化過(guò)程中的布酸技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2008,28(2):104-106.

[3]尹叢彬,熊繼有,石孝志,等.羅家寨高含硫氣田水平井酸化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向分析[J].天然氣工業(yè),2005,25 (10):55-57.

[4]陳冀嵋,雷鳴,趙立強(qiáng),等.川東北碳酸鹽巖氣藏酸—巖反應(yīng)特征研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,31 (4):83-86.

[5]劉曉旭,胡永全,趙金洲.水平井酸化壓力場(chǎng)與流速場(chǎng)分布計(jì)算研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(8):56-58.

[6]郭富鳳,趙立強(qiáng),劉平禮,等.水平井酸化工藝技術(shù)綜述[J].斷塊油氣田,2008,15(1):117-120.

[7]楊旭,陳舉芬,羅邦林.水平井完井及酸化工藝技術(shù)在四川磨溪?dú)馓锏膶?shí)踐與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2004,27(4):43-46.

New stimulation technologies on horizontal wells in Jingbian gas fields

Cao Chengshou,Zhang Yaogang,Jia Haom in,Wang Qiangjun,Ren Fajun,Li Zhi,Liu Lei
(N o.1 Gas Production Plant,Changqing Oilfield Com pany,PetroChina,Jingbian,Shaanxi 718500,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.48-51,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

To solve the p roblems such as acid maldistribution,incomp lete reservoir stimulation,a big risk of dow nhole stuck of coiled tubes and difficult drainage during the development of the horizontal wells in Jingbian gas fields,we carried out a study on the new technologies of the ho rizontalwell testing by use of literature search,theo retical calculation,and field tests.Then,a seriesof p roper stimulation technologies were adop ted to the horizontalwells in Jingbian gas fields.(1)The technology of deep acid-fracturing treatment by evenly distributed acid w hile draw ing coiled tubes achieved acid uniform distribution at the horizontal part and guaranteed that the gas p roducing fo rmation was efficiently stimulated.(2)The structure of the operating tool string of coiled tubes was op timized,w hich eliminated the risk of tight pull and casing sticking.(3)The techniques on nitrogen gas generation system and coiled tube unloading were innovated,w hich achieved fast unloading for the ho rizontalwells and p romoted the well to be put into operation in time.A ll the above technologiesw ill p rovide robust technical support for the scale development of the ho rizontal wells in Jingbian gas fields.The results of field app lication show that the new techniques fo r well testing are w ith strong flexibility fo r Jingbian gas fields,w hich can be p romoted in use.

Jingbian gas reservoir,horizontal well,well testing,unloading,acid treatment,technology,coiled tube,app lication

曹成壽,1979年生,工程師;主要從事天然氣井下作業(yè)工作。地址:(718500)陜西省靖邊縣長(zhǎng)慶油田基地第一采氣廠采氣工藝研究所。電話:(029)86505029。E-mail:ccs1_cq@petrochina.com.cn

曹成壽等.靖邊氣田水平井試氣新工藝、新技術(shù)及應(yīng)用.天然氣工業(yè),2010,30(7):48-51.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.013

(修改回稿日期 2010-05-13 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.013

Cao Chengshou,engineer,born in 1979,ismainly engaged in natural gas dow nhole operation.

Add:Jingbian County,Shaanxi 718500,P.R.China

Tel:+86-29-8650 5029E-mail:ccs1_cq@petrochina.com.cn