深水气藏评价防水合物综合技术

刘正礼,许明标 (长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)

唐海雄,王跃曾,刘森林 (中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067)

陈 彬 (中海石油能源发展股份有限公司,深圳市威晟海洋石油技术有限公司,广东深圳518067)

荔湾3-1-2井是中国海洋石油有限公司与哈斯基石油(中国)有限公司在我国南海深水29/26合同区块面积约55km2的荔湾3-1气田含气构造上钻探的第一口评价井。该井距香港东南约350km,水深1345m,完钻井垂深为3887m,共钻遇36m气层。地层基本数据:产层顶深3142m;产层厚36m;孔隙度24%～28%;渗透率(300～3000)×10-3μ m2。温度场数据:海床温度3℃;地层压力4755psi(1psi=6894.757Pa);地层温度83.3℃;地温梯度5.26℃/100m。地层流出物成分:天然气,凝析油,水等。气体比重0.70g/cm3;气体含水0.6bbl/106ft3。

下面以荔湾3-1-2井为例,探讨深水气藏评价防水合物的综合技术。

1 深水气藏水合物的危害

水合物是水和天然气在一定的压力条件下,达到了形成水合物的温度压力条件后所出现的相间转化。在室内进行的水合物研究表明,荔湾3-1-2井是一个具有潜在形成水合物的气藏。在测试过程中形成水合物的概率极高,因为水深1345m泥线处的高压和低温是水合物形成的有利位置。

防水合物是深水凝析气藏评价测试所面临的难题之一。深水气井条件下水合物的形成与地层水、地层产出物成分、井筒温度剖面、测试过程中管柱的压力节点分布、节流降温等因素有关。生成水合物和产生水合物堵塞是深水气井测试的主要风险。气井测试过程中形成水合物所产生的危害主要有:①堵塞流通通道,使开井流动被迫停止,造成地层评价失败;②处理水合物堵塞造成非生产时间延长,测试的综合成本增加;③出现压力圈闭,在处理时压力的释放存在引发事故的风险;④出现其他井下复杂情况。

2 防水合物综合技术措施

所谓深水气藏防水合物综合技术,是将防治理念贯穿于整个钻井、完井和测试过程中,从钻评价井开始前就考虑防水合物问题,从钻开气层开始到测试结束的每道工序都进行防水合物评估。通过实验、研究、风险识别与评估,采取针对性措施防止水合物生成,主要包括防止外来水浸入地层、控制最高测试产量、注入化学抑制剂、地面加热处理、实时监控和调整水合物形成的条件 (如气体流态、温度、压力等)等。

1)地层产水或地层产液中含水可形成水合物。要通过初探井地层流出物进行水合物研究。

2)在钻完井、测试等作业过程中,外来水浸入地层是一个重要来源。因此要防止外来水浸入地层,钻井液、完井液和测试液全部选择无水油基钻井液。

3)在常用的抑制剂中,尽管甲醇可溶于凝析油中,但仅占质量的3%,不会影响凝析油产量的计量,而且与乙二醇相比,甲醇的抑制性更强。乙二醇能溶于凝析油中且不易分离,给凝析油产量的计量带来麻烦。因此,可选择甲醇作为注入剂。甲醇注入量的确定是根据开井产量和防水合物研究的“甲醇注入量与水合物形成”图版来确定。

4)实时监测在流动和关井过程中的温压数据,以保证这些参数位于形成水合物的曲线之外。通过海底水下实时压力和温度监控装置来实现。测量位置位于测试管柱水下承托阀之上,监测数据有线传输到钻台。

3 防水合物设计

1)地质设计 ①开关井程序的制定。一开一关。清井、取样、求产均在一开期间完成。②液垫选择。采用矿物油 (俗称白油,钻井期间采用的油基钻井液基液)。③测试液。油基钻井液 (Escaid base oil),密度6.71ppg(0.8084g/cm3)。④环空测试液。海水,密度10.0ppg(1.205g/cm3)。⑤井下取样。由于多支小直径取样器的取样成功率大大高于常规大直径破裂盘取样器,对于深水气井而言,前者还可以代替井下钢丝作业取样而避免了由于钢丝作业而产生水合物的风险。

2)管柱设计 ①井口部份。游动系统-盘管提升框架-流动头-油管,安装连续油管提升框备和备用盘管作为水合物堵塞的处理设备。②水下部份。在开井流动期间,通过使用地面直读监测系统来实时监测泥线附近的压力和温度;海床压力计托筒位于水下测试树之上约15m,可实时监测管柱内温、压变化,通过电缆将信号传至钻台,可以依据实时监测的温、压变化来调节甲醇的注入量。③井下部份。根据测试开关井过程中井身结构温度场变化,结合防水合物研究结果来确定甲醇注入接头下深;甲醇注入短节安装在泥面以下600m的测试管柱上。

3)地面设备设计 甲醇注入系统:荔湾3-1-2井共使用了8个甲醇罐、3台甲醇注入泵,3个注入点,分别分布在泥线以下的甲醇注入接头、水下测试树、上游数据头。数据头提供现场监测上游节流管汇流量的同时,也提供了一个甲醇、消泡剂或乳化剂的注入口。

4 应用过程中的注意事项

1)在安装甲醇注入管线时,确保没有水留在甲醇注入管线内。

2)在井筒中使用油基钻井液和在管柱中使用白油作为液垫。

3)测试工具和测试管柱的试压全部采用无水油基钻井液,流体介质为100%的白油。

4)在测试期间,需要的各种化学品(甲醇,消泡剂,破乳剂)应保持随时可用,应当特别考虑它们的存储。材料安全数据表保存在存储区域。

5)工作人员必须穿戴个人防护装备,必要的清洗设施放在适当的地方。

6)在坐卡瓦进行甲醇注入短节试压前,确保甲醇注入短节在隔水管伸缩节之下至少一个单根。

7)关井期间采用降压力法来减少形成水合物堵塞的可能性,其中包括在井下关井后,放掉测试阀以上的压力。

8)分离器取样:取样之前先将甲醇注入泵关闭,然后将分离器中液体清空,以保证取到的样品中不含有甲醇,每个油样取样时间控制在半个小时左右。由于取样时间太长,不注甲醇会带来生成水合物的风险,所以,后期甲醇泵开启,但要控制其注入量,将其对样品的影响减小到最低。

9)水合物与井下取样:在托筒上安装了8支小直径取样器。当清井结束,换小油嘴 (11.11mm)流动稳定后,环空打压2498psi打破托筒上的破裂盘,流动10min泄压至699psi(环空必须维持400～700psi的压力以维持测试工具串的全能径)关闭所有取样器。

10)压井液仍然采取钻井期间的钻井液体系,只是根据地层诱喷压差的需求将其密度稍作调整。

5 应用效果及结论

防水合综合技术在荔湾3-1-2井的深水气藏测试评价中成功应用,整个测试过程中有效地防止了水合物形成。根据测试结果,该井最高日产天然气5300×104ft3。这一评价井的成功测试进一步证实了南中国海荔湾3-1气田这一我国深水海域天然气的重大发现。

防水合物研究和应用应该做为一项系统工程在钻评价井之前就加以考虑,防水合物措施应该贯穿于评价井的钻井、完井和测试的每一道环节。有效地防止水合物是实现地层评价的前提,也是提高经济安全性降底测试综合成本的有效方法。