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迪那2气田生产筛管失效分析及治理措施

2018-07-27匡韶华魏军会

石油工业技术监督 2018年7期
关键词:筛管冲蚀过流

匡韶华,曾 努,魏军会

1.中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院 (新疆 库尔勒841000)

2.中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院 (辽宁 盘锦124010)

迪那2气田是塔里木盆地中地质储量超千亿立方米的大气田,位于库车坳陷东秋里塔格构造带东部[1-2]。自2009年6月投产以来,一直保持高产稳产态势,为西气东输做出了重要的贡献。随着开采时间和开发程度的增加,多数气井的生产筛管出现了失效现象,造成了严重的井筒堵塞问题,使得该区块的稳产难度越来越大。因此,急需分析出生产筛管堵塞原因,并且制定解决措施,解除井筒堵塞,保障气井稳定生产。经过分析研究,提出了生产筛管穿孔+挤注解堵液的治理方案,现场实施效果良好。

1 完井工艺及管柱结构

迪那2气田属于高压高温超深井,主要采用两种完井工艺[3-4]。

1)先射孔,后改造、完井两次完成工艺。先下射孔管柱,对储层进行射孔,起出射孔管柱后,再下入改造完井管柱,改造、试油投产。试油后的完井管柱主要由油管、井下安全阀、永久式封隔器和球座组成,称为全通径管柱,如图1(a)所示。试油后的完井管柱保持全通径,油气经油管鞋进入油管后直接采出。

图1 迪那2气田完井管柱结构

2)射孔、改造、完井联作一次完成工艺。一趟施工下入射孔、改造、完井管柱,射孔后,直接进行改造、试油投产。试油后的完井管柱主要由油管、井下安全阀、永久式封隔器、球座、生产筛管和射孔枪组成,称为非全通径管柱,如图1(b)所示。投产后,油气经生产筛管进入油管采出。

2 油压异常及井筒堵塞情况

迪那2气田采用全通径管柱共有11口,油压异常井3口,油压异常井比例27%;采用带生产筛管的非全通径管柱15口,油压异常井11口,油压异常井比例73%。油压异常是指油压异常波动,并出现明显下降。气井油压异常的原因主要有3个方面:油嘴堵塞、井筒堵塞(油管和生产筛管堵塞)以及地层堵塞[5]。对油压异常井检修油嘴后,油压异常现象仍然存在,因此排出油嘴堵塞的可能性。根据地面取得砂样以及井筒结垢情况,判断油压异常的主要原因是井筒堵塞[6],而且非全通径管柱出现井筒堵塞的比例要远大于全通径管柱。

对非全通径管柱的油压异常井进行通井作业发现,没有发现明显的油管堵塞现象,判断主要是生产筛管发生了堵塞。对3口井的生产筛管进行了穿孔作业,穿孔孔密每米10孔,孔径6 mm,补孔段长度4~6 m。生产筛管穿孔后,油压产量大幅上升,但在短时间内又出现了油压异常波动下降。分析认为,生产筛管外堆积了较多的堵塞物,补孔后,大量堵塞物对新补孔眼重新造成堵塞,或者进入油管后导致油管堵塞。

3 生产筛管失效分析

迪那2气田生产筛管采用打孔油管,尺寸88.9 mm(312″),材质S13CR,孔径3 mm,66孔/m,长度20~30 m。生产筛管主要为非全通径完井管柱提供油气流动通道,并起到一定的防砂作用。在完井和生产过程中,生产筛管发生失效,导致气井产量降低,或者地层砂进入井筒中。从以下4个方面分析筛管失效机理,失效方式和失效原因。

3.1 筛管堵塞失效

造成筛管堵塞的原因可以分为内在原因和外在原因。内在原因主要是由于筛管的类型选择不当、孔径及缝宽与地层砂粒径不匹配、以及过流面积过小导致[7]。一般来说,对于容易发生堵塞的地层,宜选用孔眼或缝隙结构简单的筛管,如割缝筛管、梯缝筛管、金属环切筛管和打孔筛管,其中梯形缝隙结构的筛管(梯缝筛管和金属环切筛管)具有“自洁”功能,抗堵塞性能更好。孔径及缝宽与地层砂粒径不匹配,地层砂容易进入筛管孔眼或缝隙中造成堵塞。筛管过流面积越小,堵塞的风险越大。迪那2气田采用的生产筛管孔径只有3 mm,且为内外尺寸一致的矩形孔,砂粒进入孔眼后容易堵塞,而且生产筛管的孔眼和孔密偏小,导致筛管的整体过流面积偏低,加剧了筛管堵塞的风险。经计算,迪那2气田所采用的生产筛管过流面积只有0.16%,而割缝筛管过流面积能够达到1%~2%,梯缝筛管过流面积可达5%,金属环切筛管过流面积可达15%。外在原因主要是指地层细砂、泥浆返排物以及其他杂质随流体通过筛管时,侵入到筛管过滤层内部或附着在筛管表面造成堵塞[8-9];此外,筛管结垢也是造成堵塞的重要外在原因。对非全通径的油压异常井进行大修作业,起出原管柱,发现生产筛管孔眼被泥砂和结垢堵塞(图2)。

图2 迪那2气田生产筛管堵塞图片

3.2 筛管冲蚀破坏失效

筛管冲蚀破坏分为2种方式:喷射冲蚀和过流冲蚀[10-12]。喷射冲蚀是指高速含砂流体从炮眼中直接喷射在筛管表面上,造成冲蚀破坏;过流冲蚀是指含砂流体通过筛管过滤层时,对过滤缝隙或孔眼的内壁造成冲蚀磨损,导致其逐渐变大[13]。迪那2气田生产筛管没有下入到射孔段,不会发生喷射冲蚀。修井作业发现,该气田生产筛管存在严重的冲蚀现象(图3)。冲蚀原因主要是筛管发生了严重堵塞,导致过流面积减小,通过筛管的流速增大,形成过流冲蚀破坏,冲蚀过程如图4所示。迪那2气田储层岩石属于高强度固结砂岩,不具备大量出砂及持续出砂的条件,在不造成严重油管冲蚀的情况下,可以不采取防砂措施[14-15]。因此,生产筛管冲蚀破坏后,将更有利于地层砂及其他堵塞物随气体排出,减缓井筒堵塞,有利于油气生产。

图3 生产筛管冲蚀破坏形态

图4 筛管过流冲蚀过程

3.3 筛管挤压破坏失效

筛管发生严重堵塞时,作用在筛管上的压差会增大。当压差超过筛管抗挤压强度时就会导致筛管发生挤压破坏。迪那2气田生产筛管采用88.9 mm(312″)的S13Cr110油管加工而成,该油管的抗外挤强度145 MPa。油管打孔后,强度会降低,下降幅度在10%~20%[16]。由此推算生产筛管的最小抗压强度为116 MPa。迪那2气田原始地层压力106 MPa,即使在生产筛管完全堵死的情况下,也不会发生挤压破坏。

3.4 筛管腐蚀破坏失效

筛管的腐蚀产物容易造成堵塞,并且腐蚀与冲蚀交互作用会导致过滤孔眼/缝隙变大[17-18]。迪那2气田属于高温高压气藏,存在严重的CO2腐蚀条件。但是,该气田的生产筛管采用了耐CO2腐蚀性能良好的S13Cr材质[19-20],并且修井起原管柱并未发现生产筛管出现较严重的腐蚀现象。因此,排出筛管腐蚀破坏失效的可能性。

综合上述分析,生产筛管失效的主要方式是筛管堵塞,以及由于堵塞而引起的冲蚀破坏;生产筛管孔眼、孔密和过流面积偏小是造成筛管堵塞的重要原因。钻井泥浆漏失、射孔和酸压后产生的残渣以及地层出砂在生产过程中被筛管阻挡,不能顺利排出,造成了堵塞。同时,井筒结垢进一步加剧了筛管堵塞。

4 治理方案

对于已投产井,井筒堵塞后一般采用连续油管冲砂来解除堵塞,但是不能有效解除生产筛管堵塞。前期生产筛管补孔作业证明,通过补孔的方式能够在一定程度上缓解筛管堵塞,但是由于筛管外侧积累的堵塞物较多,容易造成补孔孔眼和油管重新堵塞。通过井筒堵塞物化验分析,确定堵塞物类型:地层砂、垢及少量铁屑。针对该问题,提出生产筛管穿孔及挤注解堵液的治理方案,并且研制出高效安全的井筒解堵剂CA-5体系。治理方案的基本思路是:首先,采用电缆传输射孔对生产筛管进行穿孔作业,解除筛管堵塞;其次,从油管中挤注解堵液体系,关井一段时间,解堵液充分溶解井筒堵塞物;最后,放喷排液、排残渣,实现井筒解堵。

5 现场实施情况

DNXX井采用非全通径管柱完井,完井管柱带生产筛管。该井于2009年6月投产,日产气54×104m3,油压79.81 MPa。投产一段时间后,因井筒堵塞造成油压产量大幅下降。2016年对生产筛管进行了穿孔作业,油压产量上升后即快速下降。2017年11月从油管中挤注解堵液CA-5体系,对井筒堵塞物进行了充分溶解,然后放喷,油压43.68 MPa、日产油32 t、日产气38.4×104m3,解堵作业前后生产数据对比见表1。油压、日产油及日产气解堵后分别是解堵前的3.3倍、2.5倍和2.5倍。解堵放喷后7天,生产平稳,说明生产筛管穿孔+挤注解堵液的治理方案是解决迪那2区块井筒堵塞问题的有效手段。

表1 DNXX井解堵作业前后生产数据对比

6 结论与认识

1)迪那2气田非全通径管柱生产筛管失效的主要方式是筛管堵塞,以及由堵塞而引起的冲蚀破坏。

2)射孔、改造及完井联作管柱上的生产筛管孔眼、孔密和过流面积偏小,阻挡了地层脏物及地层砂等固体物质的排出,造成了筛管堵塞失效,并且在结垢的作用下,进一步加剧了堵塞。

3)针对生产筛管失效特点及堵塞物的类型,提出了生产筛管穿孔及挤注解堵液的治理方案,实践证明,该方案是解决迪那2区块井筒堵塞问题的有效手段。

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