超深高温高压高含硫气井的安全完井投产技术

作者:苏镖 龙刚 许小强 伍强 丁咚 王毅 来源:中国石化两南油气分公司工程技术研究院 点击:  评论: 更新日期:2016年09月09日
摘 要:四川盆地元坝气田具有超深、高压、高温、高含酸性腐蚀气体的特点。完井投产过程中,腐蚀条件恶劣,安全风险大,对管柱的材质、结构要求高;井筒条件限制,井筒净化作业的风险大、难度大;施工作业时间长,井控风险大;储层非均质性强,作业井段长,针对性改造难度大。为此,通过对管柱结构、腐蚀机理的研究,选择了4C+4D镍基合金材质油管配合永久式完井封隔器的酸化—投产一体化管柱,满足了酸化、测试及安全投产的需要;通过管柱设计、水动力学的计算,结合工艺措施优化,形成的扫塞、超深小井眼通井工艺等井筒处理工艺技术,满足了井筒净化的需要,保证了投产管柱顺利到位;通过对高含硫气体在临界状态的分析计算,结合现场实践,形成了配套井控安全设备,短起下测油气上窜速度小于30m/h的井控安全工艺措施,保证了投产作业的井控安全;通过暂堵剂的研制和暂堵工艺的优化,形成了多级暂堵交替注入酸化工艺。
关键词:四川盆地  元坝气田  高含硫  超深  高温  高压  完井投产  井筒处理  多级酸化  安全风险控制
Safe completion and production technologies of a gas well with ultra depth ,high temperature,high pressure and high H2S content:A case from the Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin
Abstract:The Yuanba Gas Field in the Sichuan Basin is featured by ultra depth,high temperature,high pressure and high acidic corrosive gas content.In the process of completion and production,high requirements are proposed for string material and structure because of harsh corrosive conditions and high safety risks;wellbore constrains bring about a high risk and great difficulty to wellbore cleaning operation;the well control risk is very high due to a long working time;strong reservoir heterogeneity and long working section result in more difficulties in targeted modification.To achieve successful production,based on the research of tubing structure and corrosion mechanism,we adopted the acidification production integrated string composed of a 4C+4D nickel based alloy pipe and a permanent packer,meeting the demand of acidification,testing and safe production.Then,we conducted string design and dynamic calculation and combined process measure optimization to successfully develop plug elimination,ultra-deep slim-hole drifting,and other wellbore treatment technologies,meeting the requirement of wellbore cleaning and making the production string smoothly reach the designated position.Meanwhile,we developed a complete set of well control safety equipment and well control safety measures(short tripping to measure oil&gas channel up speed of less than 30m/h)through the analysis and calculation of high sour gas in critical state and site practice,ensuring well control safety in production.Finally,we developed multistage temporary-plugging alternatl+ve i’nJecti’on and acidification process through the development of temporary plugging agent and the optimization of temporary plugging technology.
Keywords:Sichuan Basin,Yuanba Gas Field,high H2S content,ultra deep,high temperature,high pressure,well completion,production,wellbore treatment,multistage acidification,safety risk control
四川盆地元坝气田长兴组储层埋藏深(7000m)、温度高(160℃)、高含腐蚀介质(H2S平均含量5.14%,CO2平均含量7.5%),且储层较薄,非均质性强,井型主要采用大斜度井、水平井,完井方式为衬管完井。相对于国内的主要酸性气藏如普光、龙岗等开发难度更大,风险更高[1-2]。笔者通过超深水平井分段改造  生产一体化管柱设计、超深含硫气井井筒处理、井控安全工艺、分流酸化等[艺研究,形成了一套适合元坝超深高含硫气井的安全投产作、世措施和配套技术,确保了元坝气田顺利、安全投产。
1 完井投产面临的主要难题
1.1 完井投产的高风险、高难度与对可靠性的高要求之间的矛盾突出
元坝气田周围人口稠密,安全责任和社会责任重大。面对超深、高温高压、工况复杂、高含腐蚀剧毒性流体等情况,投产管柱结构,施工作业方案要求高,实施难度大。
1.2 井筒条件限制,井筒准备作业难度大
井筒斜深一般在7500m以上,井身结构为193.7mm油套+Æ127mm衬管或Æ177.8油套+Æ114.3mm衬管,在扫水泥塞、通井、刮管等井简准备作业中,钻具组合选择受到井筒条件的限制。如何在安全作业的前提下,保证一个干净、合格的井筒,需要对钻具的组合、井筒作业的方式进行优化论证。
1.3 投产作业时间长,井控风险高
投产管柱下入衬管上部,下深一般超过7000m。为保证长期投产的安全,需要进行气密封检测作业。从起井控管柱、下完井投产管柱,到换装井口共需要约168h。由于考虑到完井投产工具的限制,作业期间不能循环压井液,因此长时间作业中,如何在保证井控安全的难度大。
1.4 长井段均匀布酸、全井段充分改造难度大
长兴组水平段长度一般在700m左右,且储层的性质差异大,如何充分的改造储层,实现均匀布酸的难度大。
2 超深水平井分段改造一生产一体化管柱设计
针对元坝气田硫化氢分压高、生产井段长及储层非均质性强的特点,模拟气田的工况条件,进行不同材质腐蚀评价实验,在对完井工具充分调研分析的基础上,根据开发的需要,优化设计配套了生产完井一体化管柱。
2.1 材质的优选
元坝气阳长兴组储层温度在160℃,H2S平均含量5.14%,可能有单质硫的存在,依据ISO 15156及腐蚀评价试验,结合产量预测井筒内部的温度分布,在井深小于等于4000m选用4C类镍基合金油管、718材质完井投产工具,井深大于等于4000m选用4D类镍基合金材质及725材质完井投产工具[3-4]。132℃时长兴组不同产量下对应的井深如表1所示。
 
2.2 管柱结构的选择
完井投产管柱主要考虑到酸压、测试、投产及井控安全的需要,在此基础上优化完井投产管柱结构为:安全阀流动短节+井下安全阀+安全阀流动短节+循环滑套+液压坐封封隔器(含锚定密封总成)+磨铣延伸筒+剪切球座[5-7]
考虑到钢丝作业能力及降低管柱的复杂性,不下入坐落短节,后期需要进行井下取样及相关作业时采用专门的配套工具进行作业。
2.3 油管的选择
根据“气井生产系统分析”系统的分析,完井油管采用Æ89mm或Æ89mm+Æ73mm的复合油管能够满足携液、抗冲蚀及增产要求(表2、3)。
 
 
根据抗管柱在酸压、生产过程中的强度校核,最大限度地降低生产成本,油管柱选择125钢级Æ88.9mm×7.34mm+Æ88.9mm×6.45mm+Æ73mm×5.51mm复合油管。
3 超深含硫气井井简处理工艺
井筒的处理是完井投产成功实施的重要保障,为保证通井、洗井的顺利,需结合水泥块在钻井液的沉降速度、不同排量下环卒返速、压力损耗等。
3.1 水泥块在钻井液沉降速度的计算
要返出地面液体的上升速度为固体沉降速度的2倍及以上,固体物质才能被顺利的带出地面,达到洗井的效果。根据力学分析及水动力学分析,可以得到固体在液相中的重力沉降速度,密度为3.0~3.15g/cm3硅酸盐水泥在密度为1.3g/cm3的钻井液,可计算得沉降速度详见表4。
 
3.2 通井管柱组合及压力参数计算
考虑到井筒条件,只能采用Gl05钢级的Æ101.6mm、Æ88.9mm、Æ73.0mm/Æ60.3mm新钻杆进行通井作业。其参数及强度校核如表5所示。
 
当洗井的排量达到500L/min时,最小上返速度0.52m/s,累计压力损失23.95MPa,能够顺利带出12mm及以下直径的水泥块(表6),基本满足洗井要求。
 
3.3 作业方式的设计
考虑到作业深度深,管柱抗拉余量小,处理事故能力有限,作业方式必须进行优化。即:①提前做好风险辨识,扫塞过程中做好防磨、防钻井液污染、防溢流、防漏及防卡钻措施;②通井中,必须保证排量的控制,以充分脱气及保证携带固体残渣;③衬管通井中,必须进行分段循环通井,严格控制下放吨位。

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