于瀟偉，李艷飛，萬(wàn)宏春，郭小明，和鵬飛

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術(shù)公司，上海 200335；2.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；3.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

高溫高壓油氣藏的開(kāi)發(fā)起始于20 世紀(jì)70 年代的英國(guó)北海和美國(guó)密西西比地區(qū)；經(jīng)過(guò)20 世紀(jì)80 年代美國(guó)墨西哥灣和路易斯安那高溫高壓油氣田，以及20世紀(jì)90 年代持續(xù)到現(xiàn)在的幾個(gè)北海、墨西哥灣地區(qū)的主要高溫高壓項(xiàng)目，高溫高壓完井技術(shù)已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，把鉆完井技術(shù)能力大大向前推進(jìn)[1]。

高溫高壓對(duì)井下設(shè)備、工具、儀器等密封件及管柱造成損害，對(duì)工具及工藝的選擇提出了更高的要求。目標(biāo)氣層含有CO2，耐腐蝕要求高，且平湖平臺(tái)生產(chǎn)系統(tǒng)為常溫常壓生產(chǎn)系統(tǒng)，綜合以上因素，該氣層可能無(wú)法通過(guò)常規(guī)的高溫高壓氣井完井方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因此，需開(kāi)展平湖高溫高壓氣井自流注氣完井工藝優(yōu)化研究，確保平湖高溫高壓層進(jìn)行安全可靠的開(kāi)發(fā)。

1 常規(guī)高溫高壓完井管柱優(yōu)選研究

1.1 油套管

高溫高壓井通常會(huì)采用比較大尺寸高強(qiáng)度的油管套管以滿足生產(chǎn)和防腐需要。具體調(diào)研氣田所用的油套管尺寸及材質(zhì)（見(jiàn)表1）[2]。大部分高溫高壓氣田存在不同程度的腐蝕性氣體，25Cr 125MYS 和超級(jí)13Cr 110MYS 的油管材質(zhì)較為常見(jiàn)[3]。

表1 高溫高壓氣田油套管統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)與高溫高壓氣田常用的油套管尺寸相配套的完井工具，如井下安全閥，封隔器，流控裝置及尾管掛系統(tǒng)等都基本成熟，但建議在井身結(jié)構(gòu)及油管設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮相配套尺寸的高溫高壓完井工具的因素。

1.2 高溫高壓完井工具

1.2.1 井下安全閥 在高溫高壓項(xiàng)目中，一般都采用油管攜帶式安全閥。部分項(xiàng)目為了增加安全閥系統(tǒng)可靠性，增加一套冗余控制系統(tǒng)，選擇在油管攜帶式安全閥上部下入另外一套可連通式坐落接頭，可在坐落接頭內(nèi)下入內(nèi)置式安全閥，并使用另外一套獨(dú)立的控制管線。為了滿足防腐及溫壓等級(jí)要求，較多選擇高強(qiáng)度鎳合金材質(zhì)（見(jiàn)表2）[4]。

表2 所調(diào)研高溫高壓氣田安全閥統(tǒng)計(jì)

1.2.2 封隔器 在高溫高壓項(xiàng)目中一般采用靜態(tài)密封和浮動(dòng)密封兩種油管與封隔器連接形式（見(jiàn)表3）[5]。靜態(tài)密封一般采用錨定密封與液壓式永久封隔器的形式。在整個(gè)氣井生命周期封隔器和油管錨定在一起，不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這種形式的完井管柱簡(jiǎn)單可靠；在修井等需要起出管柱時(shí)，上部油管可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)管柱脫手錨定密封，永久封隔器套銑取出；貝克Premier 封隔器，具備永久封隔器的性能，但可通過(guò)切割封隔器芯軸上提解封，無(wú)需套銑作業(yè)。浮動(dòng)密封一般采用插入密封/密封筒的形式。動(dòng)態(tài)密封允許插入密封在密封筒內(nèi)上下移動(dòng)，可以降低對(duì)油管的載荷；而且簡(jiǎn)化了上部管柱回收作業(yè)，直接上提即可提出插入密封回收上部管柱。

表3 所調(diào)研高溫高壓氣田封隔器統(tǒng)計(jì)

1.2.3 流控裝置 在高溫高壓完井中，坐落接頭及堵塞器常被用來(lái)隔離下部完井和上部完井。在北海Morvin 高溫高壓氣田的應(yīng)用中，在遠(yuǎn)程控制地層隔離閥出現(xiàn)了多次作業(yè)事故后，采用了高溫高壓的坐落接頭和堵塞器系統(tǒng)作為上部完井前中層屏障，作業(yè)很成功。遠(yuǎn)程控制地層隔離閥可以避免鋼絲作業(yè)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)井筒環(huán)境的清潔要求較高。隨著新一代地層隔離閥的開(kāi)發(fā)，如貝克休斯VAULT 系列地層隔離閥[6]，增強(qiáng)了對(duì)井筒固相的耐抗性，但仍然對(duì)井筒清潔有很高的要求。

1.2.4 尾管掛系統(tǒng) 在高溫高壓項(xiàng)目中，套管/尾管的固井質(zhì)量對(duì)于整個(gè)井筒完整性有著至關(guān)重要的作用。尾管系統(tǒng)包括尾管掛及尾管頂部封隔器。貝克休斯FLEX-LOCK 尾管懸掛器及ZXP 型尾管頂部封隔器組成的尾管掛系統(tǒng)，在世界高溫高壓中有著廣泛的使用[6]。FLEX-LOCK 尾管掛系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)固井，提高固井質(zhì)量；ZXP 系列尾管頂部封隔器可達(dá)到API 11D1 V0 級(jí)別，可以有效的作為水泥環(huán)的第二道屏障。另外，為了進(jìn)一步的提高井筒完整性，可以在套管/尾管管柱上加裸眼封隔器以實(shí)現(xiàn)更可靠的層間隔離。

1.3 完井液

在調(diào)研的高溫高壓氣田中，采用經(jīng)過(guò)防腐處理的淡水作為A 環(huán)空的封隔器液比較常見(jiàn)；在完井過(guò)程中較為普遍的使用高密度無(wú)固相甲酸鹽（Cesium/K Formate）作為完井液[7]。通常來(lái)說(shuō)，理想的射孔液是無(wú)固相液體來(lái)防止射孔時(shí)的地層污染等，即使在負(fù)壓射孔的情況下，也一般推薦無(wú)固相射孔液來(lái)防止在產(chǎn)能達(dá)不到預(yù)期或需要關(guān)井的情況下固相進(jìn)入孔眼。如果使用鉆井泥漿作為射孔液，在正壓差的作用下，會(huì)在孔眼壁上同樣形成泥餅，除非在很高的生產(chǎn)壓差的情況下生產(chǎn)較長(zhǎng)的時(shí)間，此泥餅很難去除。某些情況下，基于井控或一些其他限制因素，會(huì)使用有固相含量的液體作為射孔液。

1.4 射孔

射孔方式的選擇主要根據(jù)以下因素來(lái)設(shè)計(jì)：油藏的要求，射孔層位的長(zhǎng)度；射孔槍的質(zhì)量和尺寸；井筒結(jié)構(gòu)，深度及井斜；以及對(duì)平衡/欠平衡射孔的要求，射孔液的選擇等。過(guò)油管射孔是高溫高壓完井中比較常見(jiàn)的形式，一般在將整個(gè)井筒中頂替為干凈的完井液后，采用高溫高壓連續(xù)油管過(guò)油管射孔，這樣射孔作業(yè)時(shí)完井管柱和井口設(shè)備已經(jīng)安裝完畢，而且可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓射孔，如北海的Elgin ＆ Franklin 和Jade 氣田[8]。北海Shearwater 高溫高壓氣田將射孔槍直接懸掛在完井管柱下部，并在井底留有足夠的口袋。在安裝完采氣樹(shù)后起爆射孔槍的方式，然后丟槍在井底。在墨西哥灣的Mobile Bay 高溫高壓氣田的完井中偏向于選擇過(guò)油管射孔是因?yàn)檫^(guò)油管射孔可以避免壓井作業(yè)以及由于沒(méi)有足夠井底口袋來(lái)容納射孔槍而必須起出射孔槍的作業(yè)。在下入完井管柱之前，采用TCP 射孔產(chǎn)層的方式也有采用。在無(wú)固相壓井液中TCP 射孔后再下入生產(chǎn)管柱[9]。一般會(huì)在高密度完井液（密度可以壓井）（Cesium/K Formate/油基泥漿等）中TCP 射孔。如北海的Kristin 和Kvitebjorn 氣田。

2 平湖高溫高壓氣井自流注氣完井工藝研究

2.1 過(guò)油管射孔完井管柱方案

由于采用過(guò)油管射孔的方式，可以允許完井管柱在地層完全隔離的情況下下入，而且射孔槍在下入和回收過(guò)程中井筒及地面已有全套井控設(shè)備，所以采用過(guò)油管射孔是比較安全的方式。103.4 MPa 等級(jí)的連續(xù)油管高溫高壓過(guò)油管射孔技術(shù)已比較成熟，并已經(jīng)在北海高溫高壓氣田Elgin ＆ Franklin 氣田和Jade 氣田等多個(gè)高溫高壓油氣田有過(guò)成功的應(yīng)用[10]。鑒于每個(gè)項(xiàng)目都有自己的特性及要求，雖然103.4 MPa 等級(jí)的高溫高壓連續(xù)油管射孔技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)氣田有過(guò)成功應(yīng)用，也需要針對(duì)本項(xiàng)目的具體情況與專業(yè)公司進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

此方案是將完井管柱下到位及采氣樹(shù)安裝后，通過(guò)過(guò)油管射孔技術(shù)將高溫高壓層和低壓層射孔來(lái)實(shí)現(xiàn)兩層的連通。采用過(guò)油管射孔后的自流注氣管柱結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

圖1 自流注氣完井方案示意圖

北海Elgin ＆ Franklin 和Jade 氣田均在下入完井管柱之前井筒內(nèi)的高密度鉆完井液頂替為較低密度的完井液（1.0 g/cm3的防腐淡水）。為了井筒安全，兩個(gè)氣田并采用了分級(jí)頂替的方式，并在頂替完成后進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)壓測(cè)試，確保井筒安全后再進(jìn)行下一步的作業(yè)。

Elgin ＆ Franklin 氣田在177.8 mm 尾管固井并測(cè)試合格后，先將井筒2.2 g/cm3的合成基泥漿頂替為1.6 g/cm3的完井液，再頂替為海水。最終，井筒徹底清潔并被頂替為淡水完井液。在頂替完成后，保持鉆柱在井筒內(nèi)，觀察了24 h 來(lái)確認(rèn)尾管及水泥環(huán)可以在負(fù)壓下保持井筒完整性，以保證在后期作業(yè)中的井筒安全。在其作業(yè)的5 口井中，都成功完成了負(fù)壓作業(yè)[11]。值得注意的是在頂替完成后，由于井筒液體的熱膨脹，會(huì)有液體回流，為了判斷液體溢出是由于熱膨脹效應(yīng)還是由于真正的溢流造成，作業(yè)者對(duì)回流繪制了詳細(xì)的曲線圖，明顯區(qū)別于其他溢流，熱效應(yīng)導(dǎo)致回流會(huì)隨著時(shí)間變小并趨向于零。在后期下完井管柱過(guò)程中，作業(yè)者也都制定了詳細(xì)的應(yīng)急計(jì)劃。

雖然這兩個(gè)項(xiàng)目都采用淡水作為射孔液及完井液，但具體的完井液/射孔液可根據(jù)本項(xiàng)目的本身需要考慮。采用高密度無(wú)固相液體，甚至鉆井液作為射孔液和完井液，可以大大降低負(fù)壓作業(yè)帶來(lái)的井控風(fēng)險(xiǎn)，但前提是要滿足油藏，以及經(jīng)濟(jì)成本等要求。若在下入完井管柱之前井筒內(nèi)的高密度鉆完井液頂替為較低密度的完井液，套管/尾管系統(tǒng)及固井水泥環(huán)會(huì)承受較大的負(fù)壓，所以固井質(zhì)量及尾管系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)井筒的完整性是非常重要的。若將井筒內(nèi)的泥漿頂替為1.50 g/cm3無(wú)固相完井液（KCOOH 類無(wú)固相完井液可達(dá)到的最大密度）為例計(jì)算套管所受負(fù)壓差，可得在井筒被頂替為1.50 g/cm3的完井液后套管所受負(fù)壓差約為17.2 MPa。

2.2 TCP 射孔完井管柱方案

過(guò)油管射孔的射孔槍長(zhǎng)度受到防噴管長(zhǎng)度限制；射孔槍尺寸受完井管柱尺寸限制，所以如果過(guò)油管射孔無(wú)法滿足油藏要求，則可考慮采用TCP 射孔。北海Kristin 氣田采用在油基泥漿中采用過(guò)平衡TCP 射孔，Kvitebjorn 氣田采用在高密度甲酸鹽完井液中TCP 過(guò)平衡射孔。本報(bào)告設(shè)計(jì)了兩種TCP 射孔方案，具體方案及射孔液選擇可根據(jù)具體和油藏要求情況進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2.1 TCP 射孔完井管柱方案一 如果采用滿足井控要求的高密度射孔液，在可以采用第一趟TCP 射孔高壓層，第二趟下入完井管柱下部帶射孔槍；在安裝完采氣樹(shù)和坐封生產(chǎn)封隔器后再引爆上部常規(guī)氣層射孔槍。這樣的做法就避免了任何負(fù)壓作業(yè)[12]。管柱示意圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 TCP 射孔管柱方案一示意圖

2.2.2 TCP 射孔完井管柱方案二 如果需要采用低密度的完井液/射孔液，則在完井過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)高溫高壓層的隔離。第一趟下入隔離封隔器總成與射孔槍總成；將隔離封隔器總成上部頂替為低密度的射孔液，TCP 射孔常規(guī)油氣層；然后下入完井管柱；在安裝完采氣樹(shù)及坐封生產(chǎn)封隔器后，射孔高溫高壓層，實(shí)現(xiàn)兩層的連通。管柱示意圖（見(jiàn)圖3）。

圖3 TCP 射孔管柱方案二示意圖

2.3 自流注氣管柱上部棄井方案

在自流注氣管柱上部打兩個(gè)水泥塞方案示意圖（見(jiàn)圖4），在地面井口建議仍保留采氣樹(shù)保留井口觀察監(jiān)測(cè)能力，并可在油管掛以下保留足夠深的管柱以保留一定程度的循環(huán)能力[13]。

圖4 自流注氣管柱上部棄井方案示意圖

3 結(jié)論

（1）從高溫高壓完井工藝和工具方面進(jìn)行了平湖高溫高壓氣井自流注氣工藝可行性研究，未考慮其他影響因素如油藏特性條件等。根據(jù)對(duì)世界范圍內(nèi)的高溫高壓氣田完井案例調(diào)研，從目前高溫高壓完井工藝、工具與設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)講，現(xiàn)在的工具和技術(shù)可以滿足本項(xiàng)目平湖高溫高壓氣井自流注氣工藝的要求，并且此等級(jí)的完井工具和設(shè)備已經(jīng)比較成熟。

（2）因未發(fā)現(xiàn)類似本項(xiàng)目在高溫高壓情況下采用自流注氣工藝的案例，所以具體的完井管柱方案需進(jìn)一步的優(yōu)化確認(rèn)。