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        普光氣田大灣區(qū)塊高含硫水平井完井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2012-10-22 02:10:42劉殷韜雷有為曹言光陳勇光李宗林
        天然氣工業(yè) 2012年12期
        關(guān)鍵詞:管柱投產(chǎn)大灣

        劉殷韜 雷有為 曹言光 陳勇光 李宗林 于 東

        1.中國石化天然氣工程項(xiàng)目管理部工程技術(shù)處 2.中國石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院3.中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院

        四川盆地普光氣田大灣區(qū)塊產(chǎn)層為碳酸鹽巖儲(chǔ)層,地層壓力為51.64~61.07MPa,壓力系數(shù)為1.01~1.32,最高H2S含量達(dá)18.20%,最高CO2含量為11.78%,部署的13口開發(fā)井中有4口套管水平井和4口裸眼水平井,投產(chǎn)井段為4 716~6 431m,最大投產(chǎn)井段長度為1 216m,平均長度為815m。

        為滿足高壓、高產(chǎn)、高酸性條件下安全高效投產(chǎn)的要求,實(shí)現(xiàn)長井段水平井均勻布酸,提高儲(chǔ)層改造效果,需針對(duì)性地配套完井工藝和管柱結(jié)構(gòu)。

        完井設(shè)計(jì)水平的高低和施工質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)油氣井生產(chǎn)能否達(dá)到預(yù)期指標(biāo)和油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益有決定性的影響[1-2]。國內(nèi)高含硫氣田直井和定向井完井技術(shù)研究已比較成熟[3-4]。水平井分段完井技術(shù)及管柱設(shè)計(jì)已在國內(nèi)開展研究[5-6],中、淺井裸眼完井多級(jí)分段壓裂技術(shù)也已跨過了試驗(yàn)期[7],進(jìn)入規(guī)?;瘧?yīng)用階段。

        前人在分段完井技術(shù)方面取得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為大灣區(qū)塊水平井完井管柱設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和借鑒。

        1 管柱設(shè)計(jì)原則

        1.1 適用原則

        管柱設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)大灣區(qū)塊氣藏地質(zhì)條件,滿足采氣工程、儲(chǔ)層改造、資料錄取及長期穩(wěn)產(chǎn)要求,并重點(diǎn)考慮完井工具配套以及管柱在沖蝕、腐蝕條件下的整體力學(xué)性能。

        1.2 安全原則

        盡量減少施工風(fēng)險(xiǎn)、確保井控安全是高含硫氣井投產(chǎn)作業(yè)要考慮的重要問題。完井工藝除了要盡量減少起下管柱的次數(shù)、縮短作業(yè)時(shí)間來減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、提高投產(chǎn)作業(yè)安全度外,還要考慮采用其他措施完善井控方案。

        1.3 效益原則

        酸性氣田水平井開發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)意味著高投入。對(duì)完井工藝、施工程序、完井工具、儲(chǔ)層分段、管材選擇等方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化是降低成本提高開發(fā)效率的可靠途徑。

        2 完井工藝選擇

        大灣區(qū)塊儲(chǔ)層埋藏深,天然裂縫發(fā)育較少,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層交錯(cuò),長井段籠統(tǒng)改造投產(chǎn)難以發(fā)揮單井產(chǎn)能。因此,能夠分段改造儲(chǔ)層是對(duì)水平井完井管柱設(shè)計(jì)的基本要求。

        目前對(duì)水平井進(jìn)行分段改造的工藝較多,主要包括:①逐層卡封,逐層改造,鉆塞投產(chǎn);②一次管柱多級(jí)卡封,逐級(jí)投球打開各層滑套改造儲(chǔ)層;③連續(xù)油管攜帶封隔器進(jìn)行分層改造等。

        方式①作業(yè)周期較長,在高含H2S儲(chǔ)層應(yīng)用,因頻繁起下井內(nèi)管柱存在較大的井控風(fēng)險(xiǎn);方式③不僅受高含H2S儲(chǔ)層限制,而且在中深井中使用連續(xù)油管的抗拉系數(shù)較低,在井控安全、施工壓力、施工排量等方面也存在局限性;方式②雖然存在管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)工具和施工要求高的局限性,但在縮短施工周期、作業(yè)過程安全可控方面有明顯的優(yōu)勢。

        因此,綜合各方面因素,大灣區(qū)塊水平井水平段分層采用方式②完井。

        3 管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)

        大灣區(qū)塊水平井完井主要針對(duì)管柱參數(shù)和管柱結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì),并考慮產(chǎn)量要求、工藝成熟程度、可操作性、均勻布酸效果、安全風(fēng)險(xiǎn)及投資成本等對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

        3.1 管柱參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        3.1.1 油管參數(shù)

        采用節(jié)點(diǎn)分析方法,結(jié)合臨界攜液流量(表1)、沖蝕流量(表2)的計(jì)算,考慮酸壓施工的排量要求和力學(xué)性能分析,選擇88.9mm生產(chǎn)油管。針對(duì)高含硫井況,根據(jù) NACE MR 0175/ISO 15156標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果,油管選用鎳基高抗硫合金材質(zhì)。

        表1 大灣區(qū)塊不同內(nèi)徑油管臨界攜液流量計(jì)算值表

        表2 大灣區(qū)塊內(nèi)徑76mm油管沖蝕流量計(jì)算值表

        3.1.2 分段數(shù)

        研究結(jié)果表明,氣井產(chǎn)能隨分段數(shù)目的增加而增加,但增產(chǎn)幅度隨之減小,當(dāng)分段數(shù)目達(dá)到一定數(shù)量時(shí),增加分段數(shù)的效果已不明顯。根據(jù)單井實(shí)鉆資料及測井解釋結(jié)果,綜合考慮水平井段儲(chǔ)層、夾層、裂縫發(fā)育情況及封隔條件,結(jié)合儲(chǔ)層改造能力和酸壓模擬結(jié)果,并考慮投產(chǎn)作業(yè)施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性,大灣區(qū)塊水平井段分2~3段完井。對(duì)投產(chǎn)井段長度約1 000 m的氣井,分段數(shù)設(shè)計(jì)為3段,投產(chǎn)井段長度約600m的氣井,分段數(shù)設(shè)計(jì)為2段。

        3.1.3 完井工具耐壓能力

        通過模擬分段酸化施工的排量、壓力等施工參數(shù),結(jié)合隔層卡封段耐壓能力,確定套管井水平段采用液壓壓縮式封隔器分層,耐壓等級(jí)70MPa;裸眼井水平段采用液壓擴(kuò)張式封隔器分層,耐壓等級(jí)42MPa。其余完井管柱配套的井下安全閥、永久式封隔器、懸掛封隔器、循環(huán)滑套、坐落短節(jié)等井下工具均采用70MPa壓力等級(jí)。根據(jù)井下溫度、酸性條件,工具全部采用Inconel 718鎳基合金作為本體材質(zhì)。

        3.1.4 完井工具下深

        井下安全閥:設(shè)計(jì)安裝在約100m的井深位置。

        循環(huán)滑套:設(shè)計(jì)在永久封隔器以上20~30m的位置。

        永久封隔器:設(shè)計(jì)位置在合金套管內(nèi)、懸掛封隔器以上20~30m、固井質(zhì)量良好的井段內(nèi)。

        懸掛封隔器:設(shè)計(jì)位置在合金套管內(nèi)、井斜≤50°、固井質(zhì)量良好的井段內(nèi)。

        分層封隔器:設(shè)計(jì)在隔層1/3~2/3處。套管井要求卡封井段固井質(zhì)量良好;裸眼井要求卡封位置井徑較小且井壁平滑。

        酸壓投球滑套:設(shè)計(jì)在待酸化段的中部位,綜合考慮Ⅱ、Ⅲ類層酸化效果。

        壓差滑套、球座及浮鞋:同投球滑套,考慮管柱安全下井,井底應(yīng)預(yù)留適量的安全口袋。

        3.2 管柱結(jié)構(gòu)

        3.2.1 套管水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)

        套管水平井分段完井管柱自上而下為:井下安全閥+循環(huán)滑套+永久式封隔器+坐落短節(jié)+投球滑套與分段封隔器組合(2~3組)+剪切球座(圖1)。管柱一次下入,可以滿足酸壓生產(chǎn)聯(lián)作。永久式封隔器選擇雙向卡瓦液壓坐封形式,封隔器與管柱間采用插入式連接,可在必要時(shí)倒扣丟開管柱。

        3.2.2 裸眼水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)

        圖1 大灣區(qū)塊套管水平井完井分段酸壓管柱圖

        裸眼水平井分段完井管柱自上而下為:井下安全閥+循環(huán)滑套+永久式封隔器+坐落短節(jié)+懸掛封隔器+裸眼封隔器+投球滑套與裸眼封隔器組合(1~2組)+壓差滑套+E型球座+浮鞋(圖2)。與套管水平井分段完井管柱結(jié)構(gòu)相比,增加了懸掛封隔器、E型球座和浮鞋等。管柱底部的浮鞋和隔斷球座有正循環(huán)和防止氣體上竄的功能。為解決套管鞋處的耐壓弱點(diǎn),儲(chǔ)層頂部設(shè)計(jì)雙封隔器結(jié)構(gòu)。管柱分水平段管柱和上部投產(chǎn)管柱兩次下入,水平分段管柱采用鉆桿送入后丟手,合金油管回接完井。

        圖2 大灣區(qū)塊裸眼水平井完井分段酸壓管柱結(jié)構(gòu)圖

        3.2.3 地層資料監(jiān)測

        對(duì)開發(fā)要求長期監(jiān)測地層溫度、壓力資料的水平井,在上述兩種管柱的永久封隔器上部設(shè)計(jì)壓力計(jì)安裝位置(圖3)。監(jiān)測裝置包括壓力計(jì)托筒、永置式井下溫度—壓力計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸電纜及綁扎附件,地面配套數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

        圖3 地層資料監(jiān)測裝置配套結(jié)構(gòu)示意圖

        為確保電纜下入過程中的井控安全控制,避免下管柱過程出現(xiàn)緊急情況時(shí)數(shù)據(jù)傳輸電纜影響井控裝置密封,將水平段管柱與上部投產(chǎn)管柱分兩次下入。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

        上述完井管柱應(yīng)用于大灣區(qū)塊4口裸眼水平井和4口套管水平井的分段完井投產(chǎn)作業(yè),完井管柱下入順利,作業(yè)過程安全可控,首次實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)高含硫水平井分段改造,儲(chǔ)層改造施工安全順利,增產(chǎn)效果明顯(表3)。

        表3 大灣區(qū)塊水平井分段完井效果統(tǒng)計(jì)表

        5 結(jié)論

        1)一次管柱多級(jí)卡封、逐級(jí)投球打開各層滑套改造儲(chǔ)層的水平井分段完井方式可用于類似大灣區(qū)塊高壓、高產(chǎn)、高酸性天然氣井的完井投產(chǎn)。

        2)水平井分段完井管柱設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮井筒條件、產(chǎn)量要求、工藝配套、施工作業(yè)、儲(chǔ)層改造、安全控制及投資成本等因素,綜合評(píng)價(jià)確定最優(yōu)方案。

        3)現(xiàn)場應(yīng)用情況證明,水平井分段完井管柱設(shè)計(jì)方案安全可靠,經(jīng)濟(jì)適用,在大灣區(qū)塊達(dá)到了成熟應(yīng)用的工藝水平。

        [1]何生厚.普光高含H2S、CO2氣田開發(fā)技術(shù)難題及對(duì)策[J].天然氣工業(yè),2008,28(4):82-85.

        [2]袁進(jìn)平,齊奉忠.國內(nèi)完井技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向建議[J].鉆采工藝,2007,30(3):3-6.

        [3]孔凡群,張慶生,魏鯤鵬,等.普光高酸性氣田完井管柱設(shè)計(jì)[J].天然氣工業(yè),2011,31(9):76-78.

        [4]郭建華,佘朝毅,唐庚,等.高溫高壓高酸性氣井完井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].天然氣工業(yè),2011,31(5):70-72.

        [5]劉猛,董本京,張友義.水平井分段完井技術(shù)及完井管柱方案[J].石油礦場機(jī)械,2011,40(1):28-32.

        [6]練章華,林鐵軍,劉健,等.水平井完井管柱力學(xué)—數(shù)學(xué)模型建立[J].天然氣工業(yè),2006,26(7):61-64.

        [7]楊富,鄒國曙,馬得華,等.蘇里格氣田蘇平36-6-23井裸眼完井分段壓裂技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2010(4):46-50.

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