磨溪龙王庙气藏钢丝试井作业风险及控制措施

2019-07-11陆峰

钻采工艺 2019年3期

陆峰

(川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)

一、磨溪龙王庙气藏概况

安岳气田磨溪区块位于四川省遂宁市和重庆市潼南县境内，区域构造位于四川盆地川中古隆起中斜平缓构造区威远-龙女寺构造群[1]。

磨溪区块龙王庙组气藏主体区原始地层压力为75.83 MPa，压力系数为1.64，地层温度为140.21℃，H2S 含量介于5.0～11.68 g/m3，CO2含量介于21.50～48.83 g/m3，属于高温、高压、中含H2S、低-中含CO2气藏。其主体区具有统一的气水界面，气水界面海拔为-4 385 m，属于存在边水的岩性-构造气藏[2]。

气井产能高[3]，20余口探井测试产气介于(7～150)×104m3/d，30余口已实施开发井，平均测试产气150×104m3/d，平均无阻流量达686×104m3/d。

二、磨溪龙王庙气藏钢丝作业风险分析

随着磨溪区块龙王庙组气藏的勘探开发的深入，钢丝试井技术已经成为研究储层参数和气井产能的重要技术手段，从2012年至今钢丝试井队伍在磨溪区块作业169余井次，主要进行静温静压梯度、流压流温数据测试和产能压恢测试等作业，作业井深3 000～5 300 m，最高作业井口压力64.8 MPa，最大H2S浓度：52.2 g/m3。本文根据多年的现场作业经验进行归纳总结，对磨溪龙王庙气藏钢丝试井作业风险进行分析并提出相应的控制措施，为现场提供一定的作业参考和指导。

磨溪龙王庙气藏钢丝试井作业主要风险如下：

(1)磨溪龙王庙气井井口关井压力高(普遍介于60～70 MPa之间)，并且含硫化氢、中低含二氧化碳，常规70 MPa钢丝井控装备已经无法胜任，如何确保钢丝作业井口的稳定性和密封性能，特别是起下钢丝时的动密封性能将是高压气井作业的关键。

(2)磨溪龙王庙组气藏的井普遍气产量高，地层压力高，钢丝试井在作业过程中井筒内较大的气产量以及气水同排等情况会造成钢丝打扭、仪器上冲、强烈震颤等导致的井下复杂与仪器损坏的问题。

(3)高压气井在投产开井或长时间关井后复产开井过程中，在井口附近和井筒节流处容易生成天然气水合物附着，影响钢丝试井作业工具下放、上提，造成工具遇阻、遇卡，甚至带来安全环保风险。

针对以上风险，现场通过钢丝试井井口压力控制设备、钢丝和钢丝工具选择、钢丝工具串优化和天然气水合物的预防和控制等方面，进行各项风险控制，保障现场作业安全顺利进行。

三、磨溪龙王庙气藏钢丝作业风险控制措施

1.钢丝试井井口压力控制设备

对于常规试井作业，通常井口主要依靠防喷盒内的盘根对钢丝包夹从而实现井口密封。钢丝的正常起下对盘根是有磨损的，盘根的磨损主要由钢丝摩擦阻力决定。高压高产气井所需的配重较重，显然盘根的磨损程度就较大，磨损越大密封性能越差。因此仅通过防喷盒进行井口密封已不能满足高压高产井的钢丝作业需求。对于磨溪龙王庙的高压高产井，钢丝作业的井口压力控制装置安装使用了注脂头和注脂系统，从而提高了井口的密封性，如图1所示。

图1 高压气井钢丝试井井口连接装置示意图

注脂头通过注入密封脂来平衡大部分井口压力，从而减缓顶部防喷盒所承受的压力。注脂头内安装的流管是一种内壁光滑的钢管，其内径与钢丝外径相差只有0.1～0.25 mm，如图2所示。当起下仪器时，从注脂管线注入的密封脂沿钢丝与流管之间的间隙挤入，以防止油气外泄实现动态密封。作业时，流管内充满承压的密封脂，低磨阻的密封脂将钢丝与一个多级精密密封筒之间密封起来。作业中部分密封脂排入井筒内，大部分密封脂通过回流管线回收到地面。在钢丝试井作业过程中，始终保持注脂系统压力高于井口压力10%～15%，防止井筒流体进入流管，从而达到井口密封的效果。

图2 注脂头示意图

现场作业时根据井口最大关井压力选择注脂密封头流管数量及注入通道数量，井口压力越大，需要的流管数量越多，其选择原则见表1所示。

表1 流管与注入通道数量选择表

注脂密封主要依靠专用的液压注脂撬对其进行注脂，并回收返回地面的密封脂。注脂密封采用低进高出的注脂原则。

2.钢丝和钢丝工具选择

2.1 钢丝材质

磨溪龙王庙气井井口关井压力高(普遍介于60～70 MPa之间)，并且含H2S、中低含CO2，试井钢丝在使用过程中会接触到H2S、CO2等腐蚀性物质，因此钢丝需要满足耐腐蚀性能要求。根据试井钢丝材质防腐性能的对比分析(见表2)可知，试井钢丝选用Supa 75规格的镍铬合金钢丝可满足磨溪龙王庙气井钢丝试井作业要求。

表2 钢丝材质物理性能对比表

2.2 绳帽

绳帽起着连接钢丝和井下其它工具的作用，由于钢丝在井下会旋转，因此要求绳帽内部跟钢丝连接的部分相对于绳帽主体能旋转自如，即钢丝在井下旋转时，绳帽及其下面连接的工具串能够不旋转或少旋转，避免井下工具由于旋转而脱扣，造成工具落井事故。

绳帽主要分为打常规结绳帽和不打结绳帽。打常规结绳帽主要应用于Ø2.34 mm的钢丝。不打结绳帽主要应用于Ø2.74 mm和Ø3.18 mm的钢丝。针对于高压高产气井，考虑到工具串的重量较重选取的钢丝直径一般为2.74 mm和3.18 mm的钢丝。因此，绳帽选用不打结绳帽。

2.3 旋转接头

钢丝旋转接头能够使工具串很容易的旋转；甚至是在井内或者井外，工具在相当高的负荷下都能旋转。在绳帽和加重杆之间安装一个旋转接头是很有必要的，这可以保护钢丝不被过份扭曲造成钢丝断裂。

2.4 加重杆

加重杆的作用是给井下工具提供额外的重量，以克服防喷盒内盘根的摩擦力、井壁对工具串的摩擦力和井内压力产生的上推力使钢丝作业工具能到达井下一定的深度，另外加重杆靠其自身的重量可以提供向上或向下的震击力而促进完成井下控制工具的投捞。加重杆的尺寸和重量由作业井的井况、所要求的震击力和所投捞的井下工具的尺寸来决定。

3.钢丝工具串优化

(1)工具串的配重不仅要考虑井口压力的及钢丝直径的两个基本因素，还考虑产能试井时每个制度下流体对工具串的上顶力。钢丝试井工具串配重，工具串重量不得低于计算理论加重量，加重量计算经验公式：

GSJ=K×GLJ

(1)

式中：GLJ—理论加重量，kg；GSJ—实际加重量，kg；dGS—钢丝直径，mm；pJK—作业井井口压力，MPa；K—修正系数，K>1，根据流管数量、盘根的新旧、管柱内流体的状态、油气比、油气水的产量及井型、井况，K一般取1.5～3。

根据多口高压高产气井作业情况得出K值一般取值2.25较为合适，因此对照表3，可计算出工具串的配重的实际加重量。

表3 理论加重量与试井钢丝直径和井口油压之间关系表

(2)工具串的长度优化。试井作业中工具串长度主要取决于加重杆的长度。然而高压高产气井配重都较重，使得加重杆数量多，长度较长，增加了防喷管米数，同时也增加了作业的风险。对于磨溪龙王庙气井在加重杆的选取上一般选择充钨加重杆，减少加重杆数量，从而也减小了加重杆的长度。因此在配重确定的情况下，应尽量减小工具串长度，减小作业风险。通过表4加重杆参数对比可以得出，在配重确定的情况下，选用充钨加重杆比选用普通加重杆在加重杆上减少60%～80%的长度。

表4 不同类型加重杆参数对照表

(3)工具串尺寸选取。现工具常用尺寸有两种，即Ø38.1 mm和Ø47.6 mm。Ø38.1 mm为现有工具的最小尺寸，适用于多种油管。

磨溪龙王庙区块的井筒油管尺寸大部分为Ø88.9 mm油管，钢丝试井作业选用Ø47.6 mm工具进行作业。在同样材质和工具串长度的情况下，Ø47.6 mm的工具串重量明显要大于Ø38.1 mm的工具串重量，还可以有效的防止工具串上顶、钢丝盘旋在油管内壁的风险。

(4)压力计的选取及防震优化。试井作业中压力计的选取首先要选取精度较高的石英压力计，特别是在压力恢复试井中，石英压力计的录取的数据才能满足试井解释所需要求。其次是压力计量程的选取。压力量程上限应大于等于测试井井底预计压力的1.25倍；温度量程应大于等于测试井井底预计最高温度的 1.25倍。最后是选取满足前两个条件的较短的压力计进行试井作业。

为了防止压力计与井壁之间的碰撞，和大产量流体对压力计的冲顶震动，将压力计放置于压力计拖筒之中，减少压力计的振动和损坏，为资料的准确录取提供了可靠的保障。

4.天然气水合物的预防和控制

磨溪龙王庙高压气井钢丝试井作业过程中主要在地面钢丝防喷装置、井口和近井筒三处位置易生成天然气水合物。通过了解水合物形成的机理，进行预防水合物形成和水合物形成后处理等措施进行风险控制。

水合物的预防通常采用[4]：①采用热力学抑制剂对高压气井钢丝防喷系统试压，常用的热力学抑制剂为甲醇和乙二醇，现场按照7 ∶3或者6 ∶4的比例进行混配乙二醇和水的混合物对井口防喷设备试压，能达到有效的预防效果；②使用蒸汽管线缠绕在防喷器及其以上整个防喷系统外表面，做好加热保温措施，通过蒸汽循环来给防喷管中流体加热，使其高于水合物形成的临界温度，达到有效防止水合物生成的目的；③通过化学注入短节向井筒内注入化学抑制剂。化学注入短节已经成为高压气井钢丝试井作业的标准配置之一，它可以连接在井口防喷装置的任意位置，在起下钢丝作业时，通过化学剂注入泵向化学剂注入短节内注入化学药剂，化学药剂会随钢丝进入井口或带进防喷盒，并粘附在钢丝因此可起到防腐、清洁钢丝、解堵的作用。

对于高压气井在没有进行钢丝试井作业前井口或井筒已产生水合物或者因预防措施不到位形成水合物现场通常采用降压法、加热法和化学剂注入法来解除水合物冰堵。