陸 峰， 曾小軍

(川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

近年來，隨著川中、川西地區(qū)高壓氣井勘探開發(fā)的深入，鋼絲試井技術(shù)已經(jīng)成為研究儲層參數(shù)和氣井產(chǎn)能的重要技術(shù)手段。主要通過下入存儲式電子壓力計獲取產(chǎn)層壓力溫度數(shù)據(jù)，評估儲層性質(zhì)、分析氣井生產(chǎn)能力、了解增產(chǎn)改造措施效果、掌握氣藏動態(tài)特征，為氣藏開發(fā)評價、編制開發(fā)方案、實施氣藏開發(fā)跟蹤分析和生產(chǎn)調(diào)控提供技術(shù)依據(jù)。

由于高壓氣井在投產(chǎn)開井或長時間關(guān)井后復(fù)產(chǎn)開井過程中，井口溫度上升緩慢[1]，節(jié)流壓差較大，受Joule-Thomson效應(yīng)的影響[2]，流體溫度將隨著壓力下降而大幅下降，在井口附近和井筒節(jié)流處容易生成天然氣水合物附著，影響鋼絲試井作業(yè)工具下放、上提，造成工具遇阻、遇卡時有發(fā)生，甚至帶來安全環(huán)保風(fēng)險。

一、水合物形成條件

水合物的形成具備三個基本條件[3-4]：①依賴于低溫和高壓；②存在一個水合物的形成體；③要求有適當(dāng)?shù)乃浚⒉灰欢ㄊ怯坞x水。

溫度和壓力因素對天然氣水合物的形成有重要影響，如圖1可知，曲線上Ⅰ區(qū)為水合物生成區(qū)域。在壓力一定的情況下，溫度越低，越易形成水合物。同理，在溫度不變的情況下，壓力越高，越容易產(chǎn)生水合物[5]。

圖1 天然氣水合物相態(tài)圖

二、水合物形成位置

高壓氣井鋼絲試井作業(yè)過程中地面鋼絲防噴裝置、井口和近井筒三處位置易生成天然氣水合物。

1.井口附近易形成水合物

由于采油樹自身有微小滲漏，或冬季試井作業(yè)中井口段附近溫度低，容易在井口段附近形成水合物。

2.防噴盒、流管及防噴管內(nèi)易形成水合物

在起工具串時，鋼絲在通過流管、防噴盒微小空間向上運動易帶出少量的高壓縮比天然氣，體積突然膨脹、吸熱，在流管、防噴盒甚至防噴管等防噴裝置內(nèi)形成水合物。

3.井下安全閥處易形成水合物

對于一些高壓氣井，通常安裝有井下安全閥來增加高壓氣井作業(yè)的安全屏障，然而當(dāng)由于井下安全閥不能正常完全打開等因素造成在井下安全閥處節(jié)流，形成天然氣水合物。

三、天然氣水合物的預(yù)防

1.地面防噴裝置內(nèi)水合物的預(yù)防

高壓氣井鋼絲試井作業(yè)防噴裝置安裝連接示意圖如圖2所示，防噴裝置是整個鋼絲試井作業(yè)井控風(fēng)險控制的關(guān)鍵設(shè)備，因此預(yù)防鋼絲防噴裝置內(nèi)形成水合物，防止鋼絲和工具串在地面防噴裝置內(nèi)遇卡是關(guān)鍵?，F(xiàn)場作業(yè)過程中，主要有以下三種措施：

圖2 高壓氣井鋼絲試井防噴裝置連接示意圖

1.1 采用熱力學(xué)抑制劑對高壓氣井鋼絲防噴系統(tǒng)試壓

防止水合物形成的熱力學(xué)抑制劑以甲醇、乙二醇應(yīng)用最為常見，其作用機理是改變水溶液或水合物的化學(xué)位，使水合物的形成溫度更低或壓力更高。在地面防噴設(shè)備安裝完畢試壓時，考慮到甲醇屬于危險化學(xué)品，普遍采用乙二醇和水的混合物進行試壓，試壓完畢后泄壓至略高于井口壓力，作為安全開井的背壓。乙二醇能與水任意比例混合，混合后由于改變了冷卻水的蒸氣壓，冰點顯著降低。其冰點隨著乙二醇在水溶液中的濃度變化而變化，濃度在60%以下時，水溶液中乙二醇濃度升高冰點降低，但濃度超過60%后，隨著乙二醇濃度升高，其冰點呈上升趨勢，黏度也隨著濃度的升高而升高，乙二醇濃度為40%時，防凍溫度為-25℃，濃度50%時，防凍溫度為-35℃，當(dāng)乙二醇含量為60%時，冰點可降低至-48.3℃，超過這個極限時，冰點反而要上升，當(dāng)濃度達到99.9%時，其冰點上升至-13.2℃，如表1所示。

表1 乙二醇與清水混合物凝點表

1.2 防止井筒流體進入流管，降低形成水合物的風(fēng)險

流管是一種內(nèi)壁光滑的鋼管，其內(nèi)徑與鋼絲外徑相差只有0.1～0.25 mm，如圖3所示。當(dāng)起下儀器時，從注脂管線注入的密封脂沿鋼絲與流管之間的間隙擠入，以防止油氣外泄實現(xiàn)動態(tài)密封。作業(yè)時，流管內(nèi)充滿承壓的密封脂，低磨阻的密封脂將鋼絲與一個多級精密密封筒之間密封起來。作業(yè)中部分密封脂排入井筒內(nèi)，大部分密封脂通過回流管線回收到地面。在鋼絲試井作業(yè)過程中，始終保持注脂系統(tǒng)壓力高于井口壓力10%～15%，防止井筒流體進入流管，降低形成水合物的風(fēng)險。

圖3 注脂頭示意圖

1.3 對整個地面防噴系統(tǒng)進行蒸汽加熱保溫

高壓氣井鋼絲試井作業(yè)在地面設(shè)備安裝時，使用蒸汽管線纏繞在井口以上整個防噴系統(tǒng)外表面，做好加熱保溫措施，通過蒸汽循環(huán)來給防噴管中流體加熱，使其高于水合物形成的臨界溫度，達到有效防止水合物生成的目的。

2. 井口及近井筒水合物的預(yù)防

(1)對于井口的水合物的預(yù)防，主要在進行試井作業(yè)前確認(rèn)采氣樹閥門無內(nèi)漏，防噴器與井口連接的法蘭無外漏，對井口采氣樹和法蘭短節(jié)纏繞蒸汽管線進行保溫處理。

(2)通過化學(xué)注入短節(jié)向井筒內(nèi)注入化學(xué)抑制劑。化學(xué)注入短節(jié)已經(jīng)成為高壓氣井鋼絲試井作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一，其主要結(jié)構(gòu)如圖4所示，它可以連接在井口防噴裝置的任意位置，在起下鋼絲作業(yè)時，通過化學(xué)劑注入泵向短節(jié)內(nèi)注入化學(xué)藥劑，化學(xué)藥劑會隨鋼絲進入井口或帶進防噴盒，并粘附在鋼絲起到防腐、清潔鋼絲、解堵的作用。

圖4 化學(xué)注入短節(jié)示意圖

高壓氣井鋼絲試井作業(yè)上提下放工具時，極易在距井口1 000 m的井段發(fā)生冰堵，往往需要提前通過化學(xué)注入短節(jié)向井筒內(nèi)注入化學(xué)抑制劑，通常化學(xué)抑制劑選用甲醇或乙二醇。其中甲醇具有很好的防凍和解凍效果，其熔點(凝固點)為-97.8℃，而且極易溶于水(同樣能溶于冰)，它與水混合后可使水的冰點下降，進而使烴水水合物生成的初始溫度下降，起到防凍、解凍作用，但甲醇易燃、具有中等毒性，屬于危險化學(xué)品。因此現(xiàn)場使用甲醇時必須嚴(yán)格按照危險化學(xué)品的管理使用規(guī)定，否則對于現(xiàn)場作業(yè)是極為重大的安全隱患。

對于試井靜態(tài)壓力梯度測試，在工具上提下放的過程中距井口1 000 m的井段注入甲醇或乙二醇來預(yù)防水合物的形成，但工具在井口附近的井段停點的話，很容易由于水合物造成工具遇卡。因此，現(xiàn)場在進行靜態(tài)壓力梯度測試時，上提工具距井口2 000 m時，不推薦停點測梯度，應(yīng)直接將工具提出井口，且在中途不停頓。

四、水合物處理措施

對于高壓氣井在沒有進行鋼絲試井作業(yè)前井口或井筒已產(chǎn)生水合物或者因預(yù)防措施不到位形成水合物，現(xiàn)場通常采用降壓法、加熱法和化學(xué)劑注入法來解除水合物冰堵。

1.降壓法

通過降低壓力使天然氣水合物穩(wěn)定的相平衡狀態(tài)發(fā)生改變，壓力降低到低于水合物的形成壓力，達到促使水合物分解的目的。通過判斷遇卡位置在防噴器以上的防噴裝置內(nèi)后，采用關(guān)閉防噴器，對防噴器以上的裝置進行泄壓，從而實現(xiàn)降壓解水合物的目的。該方法前提條件是要能判斷出鋼絲遇卡的位置在防噴器以上，并且能正常開關(guān)防噴器和防噴器密封正常。

2.加熱法

在井口和井筒內(nèi)形成水合物后，使用泵車通過井口翼閥泵注熱水，提高工具遇卡或遇阻位置的溫度，并對水合物有一定的沖刷作用，從而實現(xiàn)解堵和解卡。

對于現(xiàn)場具備放噴條件時，可選擇開井放噴，讓井筒保持一定的流動性，利用井底較高溫的流體對井筒內(nèi)形成水合物的地方進行沖刷和加溫，實現(xiàn)解堵和解卡，但該方法存在由于開井放噴過猛，流體對井內(nèi)工具形成沖擊力較大，造成鋼絲折斷的風(fēng)險，因此開井時需通過地面放噴流程，有控制的慢慢開井，保證井筒內(nèi)的流體平穩(wěn)流動，確保鋼絲及工具在井下的安全。

3.抑制劑注入法

通過化學(xué)注入短節(jié)向井筒內(nèi)注入甲醇，利用甲醇良好解凍能力，消除形成的水合物對鋼絲作業(yè)的影響。

這三種常見處理方法的處理效果如表2所示。

五、 結(jié)論及建議

(1)高壓氣井鋼絲試井過程中，鋼絲地面防噴裝置、井口和近井筒三處位置易形成水合物，現(xiàn)場作業(yè)主要針對這三個部位采取一些預(yù)防措施并取得良好效果。

(2)高壓氣井鋼絲試井作業(yè)中，配合使用流管和化學(xué)注入短節(jié)能有效的預(yù)防水合物的形成，降低高壓氣井作業(yè)風(fēng)險。

表2 高壓氣井鋼絲試井現(xiàn)場水合物處理措施統(tǒng)計表

(3)甲醇和乙二醇是比較常用的熱力學(xué)抑制劑，其中配置乙二醇和水的混合物時，按照7 ∶3或者6 ∶4的比例進行混配，既能達到有效的防凍效果，又能節(jié)約成本；甲醇較乙二醇具有更強的解凍能力，但屬于危險化學(xué)品，一般用于鋼絲試井作業(yè)水合物解堵。

(4)高壓氣井靜態(tài)壓力梯度測試和長時間壓恢測試后，上提工具串，最后2 000 m一般不建議停點，直接提出井口，且在中途不停頓。

(5)通過降壓法、加熱法和抑制劑注入法等措施能有效地預(yù)防和解決高壓氣井鋼絲試井作業(yè)中水合物形成。

[1]Izgec B, Kabir C S, Zhu D, Hasan A R. Transient Fluid and Heat Flow Modeling in Coupled Wellbore/Reservoir Systems[R].SPE 102070, 2007.

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