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1/7超深高含硫大斜度井射孔工艺技术研究及应用[摘要]:元坝气田长兴组属于超深、高温、高含硫化氢气藏,射孔作业的难度和安全风险较大。针对射孔面临的技术问题和难点,从射孔工艺选择、射孔枪及射孔参数确定、射孔管串优化等方面进行研究,采用射孔、酸压分布实施工艺,114型射孔枪,长井段变密度射孔,多级延时起爆,在元坝10-C1井进行了成功运用,施工结果证实了超深高含硫大斜度井射孔测试工艺技术在元坝大斜度井的适应性。同时,施工过程中也发现了射孔枪两单元间较弱筛管部分变形等现象和问题,通过分析总结,为后期的元坝大斜度井的施工提供了经验。[关键词]元坝气田;硫化氢;大斜度;长井段;变孔密;射孔管柱0引言元坝10-C1井是部署在中石化元坝气田,以长兴组为目标层位的一口大斜度开发井,完井方式为套管射孔完井。该区块长兴组气藏温度149.5℃~157.4℃,气藏压力66.3~69.2MPa,CO2含量3.12%~15.5%(平均8.17%);H2S含量为2.7%~8.44%(平均5.53%),属于高温、高含硫化氢、中含二氧化碳的干气藏。本井射孔井段7008.00-7180.00m,累计射厚178m,最大井斜角79.14°,在射孔施工过程中,难度和安全风险巨大,需要解决以下几项关键技术问题:1)由于地层高含硫化氢,地层打开后,含有腐蚀介质的流体进入井筒,如果井下的射孔枪长时间与腐蚀介质接触,易造成复杂事故;2)进行射孔完井时,为避免避免二次作业可能带来的安全风险,所有储集层段必须一次性打开,射孔井段超长,射孔时管柱的震动大,容易造成井内管柱超负荷,并损坏油层套管;3)长井段一次性射孔,井筒有大量的金属残留物和地层碎屑;射孔打开地层后,地层流体与完井液接触易产生沉淀;大斜度井射孔枪紧贴在套管壁上,射孔枪孔眼毛刺和套管孔眼镶嵌的几率大,综合以上因素,射孔枪容易卡、埋;4)井深、温度高、高含腐蚀介质、射孔井段长,导致射孔施工失败的因素多。1、射孔工艺选择从目前国内外射孔工艺来看,应用较成熟的主要分为电缆射孔和油管输送射孔。电缆射孔工艺应用井口高压、大直径防喷系统,可以在井筒压力等于或低于地层压力的情况下实现带压(负压)射孔作业,从而完全避免了正压射孔对油气层的伤害,提高了油气产率。但电缆电缆射孔工艺也有很大的限制,每次射孔枪下井长度应不超过10m,一般用于射孔段较短的直井。井口防喷器最高能承受的压力70MPa;且射孔后无法及时循环压井液压井,对于高压高含硫气井,施工安全风险大。油管输送射孔工艺目前在元坝应用得比较广泛的有射孔-酸压-测试联作工艺,即油2/7管传输射孔(TCP)与酸压改造、地层测试联合作业工艺技术,是将TCP器材与测试器组合在一套管柱上,一次性下井可同时完成油管传输射孔、储层改造、地层测试三项作业。它能提高较真实的地层评价机会,获取动态条件下地层和流体的各种特性参数。但是在大斜度井的施工过程中,有如下的限制:1)射孔-酸压-测试联作工艺由于需要取储层参数,管柱在井内停放时间较长,从下管柱到位到起出管柱需要15-20天,射孔枪长时间暴露在含有腐蚀介质的气体中,普通材质的射孔枪会发生腐蚀,影响酸化改造及采气效果,并且有会发生断裂的风险。另外,由于长井段射孔,井筒有大量的金属残留物;长时间求产后,会堆积更多的地层碎屑;后期堵漏压井中,堵漏材料及泥浆沉淀在井筒中的堆积;再考虑到射孔孔眼毛刺与套管孔眼镶嵌的联合作用,极容易卡、埋射孔枪。2)采用联作工艺,由于射孔段长,上部测试工具外径大,井斜角大,有下放射孔枪不到位的风险。3)长井段射孔,释放的能量巨大,管柱震动大,上部封隔器等测试工具的后期安全性、可靠性难以保证。4)根据调研情况,抗硫材质的射孔枪造价在普通材质的3倍以上,且需要提前定制,准备周期长。通过综合分析,根据本井实际情况,采用射孔、酸压分步实施的方式,光油管泥浆下射孔后,立即提出射孔管柱,组下APR酸压-测试联作管柱进行酸压改造、测试,这种方法节约成本,降低卡枪风险,提高射孔和施工效率。2、优选射孔参数2.1射孔枪选型(1)射孔的主要目的是满足后期储层改造和测试的需要,在对前期元坝长兴组储层改造的统计中:含有Ⅰ-Ⅲ类储层的井中,储层改造时的破裂压力梯度1.75-2.13,平均1.93;停泵压力梯度1.2-1.82,平均1.48。储层的破裂压力不高,在井口限压95MPa的情况下,均能打开储层,满足改造的要求。而且本井属于长井段射孔后进行酸压改造,采用较小的射孔枪射孔后能够满足后期施工的要求。(2)元坝10-C1采用177.8mmх12.65mm油层套管完井,根据元坝区块长兴组地压系数,射孔枪需要在在1.25g/cm3的压井泥浆中下入,按垂深6900m计算,液柱压力84.5MPa,考虑到激动压力及起爆压力,射孔枪抗外挤不得小于120MPa;根据调研,127枪最大抗外挤只有105MPa,难以满足要求。3/7(3)114枪地面穿混凝土靶实验中,穿深900mm,孔径10.5mm,经过校正在井下实际穿深达到491mm,入口孔径达到7.56mm,元坝气田大斜度井钻井污染在400mm左右,能满足穿透泥浆污染带和酸压低摩阻的基本要求。(4)考虑到本井长兴组高含硫化氢,打开气层后的井下事故处理作业存在巨大的安全风险,所以对本井射孔施工优先考虑工艺简单、可靠和安全,在此基础上再尽量提高射孔效果,满足储层改造和地质的要求。综合以上因素,本井设计选用本井长兴组选用Φ114型射孔枪,枪套间隙19.25mm,配套选择SDP43PYX-55-127型射孔弹,能够满足后期施工的需要。表1SDP43PYX-55-127型射孔弹实验结果试验类型序号穿深mm孔径mm备注地面穿混凝土靶实验190010.5常温,枪内炸高20mm,枪外炸高20mm,混凝土靶强度40.5MPa。高温穿钢靶实验115312高温、炸高16mm。保温1800C、2h215012高温、炸高16mm。保温1800C、2h315112高温、炸高16mm。保温1800C、2h2.2孔密设置从渗流机理上考虑,长井段射孔有利于发挥气井的自然产能,但对于如元坝长兴组致密性碳酸盐储层来说,为了充分的发挥地层的产能,射孔后都需要进行酸化改造以解除近井地带的污染,并需要进行酸压,形成压裂裂缝,以沟通地层,获得理想的产能。根据压裂裂缝规律分析,缝宽和缝长是影响压裂效果的关键因素,常规压裂时一般要产生多条裂缝,射孔井段越长,可能造成储层吸液剖面(吸液点)越多,容易形成多裂缝效应(难以形成主裂缝),一方面使得压裂想重点改造的层段改造不充分,另一方面使得形成的人工裂缝缝宽和缝长不足,形成造成施工困难,影响改造效果。同时,由于岩石应力差的影响,长井段射孔存在岩石应力变化大的特点,储层改造不具备针对性,无法准确的对主力产能进行改造。因此,必须结合地质特征出发的长井段射孔才能更好的改造致密性碳酸盐储层。为了达到更好的酸压施工效果,在射孔参数的优选上,设计将孔密的控制作为首选,采用变孔密设计,以达到压裂时的分流要求。根据元坝长兴组Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类破裂压力与孔密的关系(图1),为保证长井段Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类等三种类型储层都能获得较好的酸压效果。通过孔密控制,设计三类储层的破裂压力相近,Ⅰ类储层:射孔密度8孔/m;Ⅱ类储层:射孔密度12孔/m;Ⅲ类储层:射孔密度16孔/m。同时,射孔弹采用4/760°相位角排列螺旋排列,以利于沟通裂缝和提高酸压效果。图1元坝长兴组Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类破裂压力与孔密的关系表2元坝10-C1井试气层位射孔孔密参数表序号射孔井段(m)有效厚度(m)测井解释孔密(孔/米)17008.0-7050.042Ⅱ、Ⅲ类储层1627050.0-7057.07Ⅰ、Ⅱ类储层1237057.0-7081.024Ⅱ类储层为主1247081.0-7087.06Ⅰ、Ⅲ类储层1057089.0-7105.011Ⅱ类储层1267105.0-7152547.5Ⅲ类储层1677152.5-7157.55漏失层空枪87157.5-7180.022.5Ⅲ类储层163、多级延时起爆技术元坝10-C1井射厚178m,使用约2200发射孔弹,装配PYX炸药约120KG,如果同时爆炸,有以下的风险:1)由于射孔枪及上部一定长度的油管位于大斜度段,紧贴套管壁,摩擦力大,而爆炸产生巨大的爆轰波,引起的射孔管串纵向震动无法想上传动,容易造成下部应力复杂,使下部油管或者射孔枪在薄弱处变形或者断裂;2)爆轰波产生的径向冲击力震击套管和水泥环,引起套管扩径,水泥环胶结变差,造成储层段上部的镍基合金套管失去封堵储层含硫化氢气体的作用,为后期酸压改造及安全生产埋下巨大的风险。为了最大限度的降低以上风险和危害,采用多级压力延时起爆技术,将数百米长的5/7射孔器串分成两个独立的起爆单元,按照预设的时间间隔依次起爆,一次起爆PYX炸药约60KG,爆炸做功能力约280MJ,射孔弹爆炸对管柱的冲击较小,能够满足管柱安全的要求。另外,合理分散射孔瞬间爆轰波产生的能量叠加,有效降低爆轰波对射孔管柱、镍基合金套管及水泥环产生的瞬间激动载荷量级,减轻射孔对套管和水泥环的损伤。4、射孔管串优化技术(1)在大斜度井射孔枪的下入过程中,极有可能发生顿钻和溜钻,并且井筒与枪串间摩擦力大,容易在接头连接处退扣,引发枪体进水和掉枪。在射孔枪、中间接头、压力起爆器的连接中,采用顶丝防倒方式防止射孔枪在井下退扣落井。并且在枪尾采用滚珠枪尾的方式,方便射孔枪通过较大“狗腿度”井段。图2顶丝防倒装置图3滚珠枪尾(2)由于不能采用盲孔枪射孔,为防止孔眼毛刺和套管上孔眼镶嵌,减少管柱上提摩阻,射孔器中间接头外径比射孔枪管外径大8mm以上的扶正环,接头两端加工与轴向夹角30°的倒角,底径与射孔枪外径相同。(3)分别是射孔器串上部井斜30°左右和55°左右,安装同位素校深胶带,保证在气密扣油管的情况下,能够对应井下位置以尽量提高射孔深度的准确度。(4)采用防硫氟胶:在高温220℃,时间48小时实验环境下,密封圈无炭化变形情况发生,实验合格。(5)另外对延时起爆装置、导爆索、传爆管都通过模拟井况后的高温实验,满足施工要求。5、施工情况2011年6月对元坝10-C1井进行了施工,共装弹2200发,井口加压26MPa,井口无明显震动,采用TCP监测仪监测,起爆器动作在:167.9868秒,第二个时刻:515.65326/7秒,第三个时刻:528.275秒,与延时时间符合。提出射孔管柱,正常起爆,有7颗弹未起爆,发射率99.7%,枪接头有严重磨损,部分毛刺超过5mm。射孔枪两单元间部分变形:变形的筛管弯曲成“S”形,钢级C95,壁厚7mm,外径73mm平式扣,长度0.62m,而未变形的筛管P110SS级,外径88.9,BGT扣。后期储层改造共用解堵酸300m3,施工压力20-70MPa,施工排量0.45-2.9m3/min,排液后进行系统测试,获得无阻流量323×104m3,为元坝区块Ⅰ区①号礁带的开发及后期部署提供了依据。图4部分毛刺超过5mm图5两射孔单元间的筛管弯曲成“S”形6、结语1)采用射孔、酸压分步实施的方式能够适应元坝区块大斜度开发的要求;2)结合储层性质,通过射孔参数的优选,能够为后期的储层改造创造较好的基础;3)施工情况证明了射孔枪加装扶正环的必要性,前期严格的高温模拟实验为施工的成功提供了保证;4)在下部射孔枪爆炸期间,由于上部射孔枪及油管位于大斜度段,紧贴井壁,无法有效的缓解纵向震动,造成射孔单元中间筛管变形。说明在后期的施工过程中,需要考虑加强中间筛管的刚性,或者引入减震器装置,降低施工风险。参考文献[1]赵开良、黎洪等.普光气田长井段延时起爆射孔技术.中国工程科学,2010,12(10)[2]何生厚,曹耀峰,等.普光高酸性气田开发[M].中国石化出版社,2010[3]许广明,孔祥言.利用非稳定渗流方程研究射孔参数对产能的影响.石油钻采工7/7艺,2000年第22卷第4期[4]李海涛,王永清.裂缝性油藏射孔参数对油井产能的影响研究.西南石油学院学报,2006年第28卷第3期[5]袁权,马丽萍等.气井
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