曹立虎，劉洪濤，張雪松，蔡瑩瑩，徐興梁

(中國石油塔里木油田公司 新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

隨著塔里木油田哈得等老區(qū)油田開發(fā)的深入，注水保持地層能力的方式越來越受到重視。而在長期注水過程中，由于注入水雜質(zhì)污染、微粒運移堵塞等原因，近井地帶受到污染，地層吸水能力下降，注入油壓上升，注水量下降，不能滿足“注夠水”的基本要求[1-3]?，F(xiàn)場主要通過基質(zhì)酸化來解除近井地帶的污染，提高地層吸水性能[3-5]。目前哈得油田注水井多數(shù)由原生產(chǎn)井轉(zhuǎn)變而來，其井口裝置密封結(jié)構(gòu)承壓能力有限，油套管經(jīng)歷多次井下作業(yè)后強度降低，而由高壓注入工況產(chǎn)生的高套壓很可能導(dǎo)致井屏障部件失效，造成注入流體向外滲漏，形成安全隱患。

1 光油管注水管柱井完整性分析

完井注水管柱組合為：油管掛+88.9 mmP110E×6.45 mm修復(fù)油管2 600 m +73.2 mmN80E×5.51 mm修復(fù)油管(2 080 m)+73.2 mm N80N×5.51 mm修復(fù)油管(1 200 m) +篩管(11.2 m)+73.2 mm N絲堵 (下深5 885 m)。

1.1 井屏障評價

1.1.1 井屏障部件

對于光油管注水管柱，其控制流體不可控制外泄的屏障部件只有一道，分別是注入泵閥門、采油樹、油管頭及密封、變徑變壓法蘭及密封和生產(chǎn)套管，如圖1所示。

圖1 光油管注水井井屏障示意圖

1.1.2 井屏障測試/監(jiān)控要求

采油樹安裝后試壓、閥門功能測試檢測，油管頭密封定期試壓，套管頭定期試壓，生產(chǎn)套管作業(yè)后井筒試壓，A環(huán)空壓力監(jiān)控。

1.1.3 井屏障風(fēng)險提示

根據(jù)光油管注水管柱的井屏障的驗證結(jié)果顯示：

1)井口變徑變壓法蘭密封缺陷主要表現(xiàn)在上P密封變形，導(dǎo)致外露套管無法通過變徑，只對下部P密封進行了試壓；

2)生產(chǎn)套管(3 105～3 110 m)在密度1.12 g/cm3壓井液中試壓15 MPa，穩(wěn)壓30 min不降。

1.2 A環(huán)空允許壓力計算

1.2.1 A環(huán)空最大允許壓力

A環(huán)空最大允許工作壓力計算時，應(yīng)考慮以下因素，如圖2所示：①井口裝置(油管頭、變徑變壓法蘭)；②生產(chǎn)套管；③油管柱，取以下計算的最小值。

1)井口裝置試壓值：變徑變壓法蘭密封結(jié)構(gòu)試壓值35 MPa，油管頭密封結(jié)構(gòu)試壓值47 MPa，故井口裝置允許的最高套壓為35 MPa。

2)生產(chǎn)套管校核：計算公式為

(1)

3)油管柱校核：對于不帶封隔器的光油管注水管柱，根據(jù)U型管壓力傳播原理，理想情況下油壓大于或等于A環(huán)空壓力，所以不存在油管受擠壓而損壞的可能。

U形管壓力傳播原理：

pt-pc=ρagh-ρtgh+P摩阻>0

(2)

4)地層破裂壓力：

pcmax+ρagh≤ρ破gh

(3)

式中：pcmax為A環(huán)空最大允許壓力，MPa；p內(nèi)為生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度，取值77.30 MPa；S1為生產(chǎn)套管安全系數(shù)，取值1.5；pb為B環(huán)空壓力，取0 MPa；ρb為B環(huán)空等效鹽水密度，取值1.07 g/cm3；ρa為A環(huán)空流體密度，取值1.16 g/cm3(注入水)；h為油管鞋處垂深，取5 055 m；pc為套壓，MPa；pt為套壓對應(yīng)的油壓，MPa；p摩阻為油管內(nèi)流體的摩阻，MPa。；pt內(nèi)為油管抗內(nèi)壓強度，73 MPa；ρ破為地層破裂當(dāng)量密度，未知。

圖2 光油管注水井A環(huán)空最大允許帶壓值計算示意圖

由于現(xiàn)場未測地層破裂壓力，由本井基質(zhì)解堵酸化施工記錄可知，當(dāng)最高套壓為37.9 MPa時，地層依然未破裂，而井口裝置所允許的A環(huán)空最高允許壓力為35 MPa，小于基質(zhì)酸化時最高套壓。由此可知，當(dāng)A環(huán)空最高壓力為35 MPa時，依然小于地層破裂壓力。

1.2.2 A環(huán)空最小允許壓力

對于光油管注水管柱，A環(huán)空最小壓力要滿足高壓擠入工況條件下的井口油管的抗內(nèi)壓強度。油管抗內(nèi)壓強度校核：

(6)

因此，對于光油管注水管柱，塔里木X注水井井A環(huán)空最高允許壓力為35 MPa，A環(huán)空壓力的最小允許值可以為0。假定地層吸水指數(shù)不變，取高壓擠入工況注入排量為1～2 m3/min，通過摩阻計算軟件得出摩阻為9～21 MPa，再根據(jù)U形管原理，可知最高允許油壓為60 MPa。而當(dāng)油壓為5 MPa時，計算出的套壓為0 MPa。因此酸化等高壓擠入作業(yè)過程中，要以套管不超過35 MPa為安全原則，及時調(diào)整地面泵壓和注入量。由于受到套壓限制，光油管酸化規(guī)模可能達不到要求。

2 封隔器注水管柱井完整性分析

完井注水管柱結(jié)構(gòu)為：油管掛+88.9 mmP110E×6.45 mm修復(fù)油管2 600 m +73.2 mmN80E×5.51 mm修復(fù)油管(2 000 m)+127 mm×MCHR封隔器(封位4 600 m)+73.2 mm N80N×5.51 mm修復(fù)油管(1 280 m)+篩管(11.2 m)+73.2 mm N絲堵 (下深5 885 m左右)

2.1 井屏障評價

對于帶封隔器注水管柱，有兩道井屏障，如圖3示。

第一道屏障：直接阻止注入流體無控制流向外層空間的屏障，依次是注入泵閥門、采油樹、油管和封隔器；

第二道屏障：第一道井屏障失效后，阻止流體無控制流向外層空間的屏障，依次是生產(chǎn)套管、套管外水泥環(huán)、脖頸法蘭及密封、油管頭及密封。

圖3 帶封隔器注水井井屏障示意圖

對于帶封隔器注水管柱，井屏障測試/監(jiān)控要求與井屏障風(fēng)險點提示與光油管注水管柱井完整性分析相同。

2.2 A環(huán)空壓力控制

2.2.1 A環(huán)空最大允許壓力

A環(huán)空最大允許工作壓力計算時，應(yīng)考慮以下因素，如圖4所示。其中：①井口裝置(油管頭、脖頸法蘭)；②生產(chǎn)套管；③油管柱；④封隔器。

1)井口裝置校核：油管頭、脖頸法蘭額定壓力和試壓值的最小值35 MPa。

2)生產(chǎn)套管校核：生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強度根據(jù)下入后的作業(yè)情況確定剩余強度，計算A環(huán)空最大許可工作壓力。

3)油管柱校核：在注入情況下，進行油管抗外擠強度和三軸應(yīng)力強度校核，計算出A環(huán)空的最大許可工作壓力。

4)封隔器校核：根據(jù)封隔器信封曲線，保證封隔器安全的最大環(huán)空壓力。

帶封隔器注水管柱各屏障的A環(huán)空最大允許壓力見表1。

圖4 帶封隔器注水井A環(huán)空最大/最小允許帶壓值計算示意圖

表1 帶封隔器注水管柱各屏障的A環(huán)空最大允許壓力

綜上可知，A環(huán)空最大允許壓力為35 MPa。A環(huán)空最大推薦壓力值=A環(huán)空最大允許壓力值×80%=28 MPa。

2.2.2 A環(huán)空最小許可壓力

A環(huán)空最小許可工作壓力計算時，應(yīng)考慮以下因素，如圖4所示：②生產(chǎn)套管；③油管柱；④封隔器。利用WellCAT軟件，進行生產(chǎn)套管、油管和封隔器強度校核。校核參數(shù)為：地面溫度20 ℃、地層溫度120 ℃；酸液密度取1.06 g/cm3，酸液規(guī)模300 m3，酸液摩阻系數(shù)35%，排量1.0～2.0 m3/min，封隔器位置4 600 m，管鞋5 885 m。校核接箍如表2和圖5所示。

表2 各工況的參數(shù)取值及其最低三軸應(yīng)力強度安全系數(shù)

注：低擠不考慮摩阻

圖5 各工況三軸應(yīng)力強度安全系數(shù)分布圖

因此，對于封隔器注水管柱，在低擠工況下，油壓最高65 MPa，最低補充套壓20 MPa，小于A環(huán)空最大允許壓力35 MPa，相比光油管注水管柱可以實現(xiàn)較高規(guī)模的酸化解堵作業(yè)。

3 結(jié)論與建議

1)綜合考慮塔里木X注水井后期酸化作業(yè)、增注試注要求和井完整性分析結(jié)果，決定更換原光油管注水管柱為帶封隔器注水管柱，即在原光油管完井管柱的基礎(chǔ)上加上5in MCHR(1 in=25.4 mm)封隔器(封位4 600 m)，封隔油管和套管的環(huán)空，使高油管壓力不傳遞至封隔器以上環(huán)空中，以確保塔里木X注水井井全生命周期的安全生產(chǎn)。

2)對于注水井酸化解堵或高壓增注，要進行單井完整性設(shè)計，在作業(yè)或生產(chǎn)過程中按照井完整性要求，進行必要的檢測和監(jiān)控，進而確保高壓注水井井完整性。

3)塔里木油田注氣井的油壓達到42.8 MPa，A環(huán)空壓力為8 MPa，甚至高達24 MPa，其完井管柱為7 inMHR完井封隔器注氣完井管柱。如果A環(huán)空壓力控制不好，很有可能導(dǎo)致封隔器失效，油套管環(huán)空聯(lián)通，使得井口套壓過高，造成壓漏地層或井口泄漏等風(fēng)險。因此，本文注水井井完整性評價思路同樣可以應(yīng)用到高壓注氣井的完整性方面。

[1] 戴達山，劉開莉，熊 健. 低滲透注水開發(fā)油田儲層吸水能力研究[J].油氣田地面工程. 2010，29(07)：14-16.

[2] 李海濤，王永清，蔣建勛.懸浮顆粒對砂巖儲層吸水能力影響評價[J].西南石油學(xué)院學(xué)報. 2006，28 (05):48-49.

[3] 謝進莊，劉 鷹.長期注水對儲層滲透性影響實例分析[J].油氣井測試. 2015，24(06): 18-20.

[4] 緱新俊，趙立強，劉平禮.基質(zhì)酸化發(fā)展現(xiàn)狀[J].鉆采工藝. 2002，25(02) : 40-44.

[5] 侯海峰，毛志高 ，崔建軍，等. 酸化解堵技術(shù)在特低滲透油藏的應(yīng)用 [J]. 石油化工應(yīng)用. 2010，29 (01) : 47-53.

[6] 吳 奇，鄭新權(quán)，張紹禮，等.高溫高壓及高含硫井完整性指南[M].北京：石油工業(yè)出版社，2017:42-74.

[7] 吳 奇，鄭新權(quán)，張紹禮，等.高溫高壓及高含硫井完整性設(shè)計準(zhǔn)則[M].北京：石油工業(yè)出版社，2017:58-114.

[8] 吳 奇，鄭新權(quán)，邱金平，等.高溫高壓及高含硫井完整性管理規(guī)范[M].北京：石油工業(yè)出版社，2017:9-25.