塔里木油田气井环空保护液密度优化及应用

2019-07-18景宏涛彭建云孔嫦娥匡韶华景宏勃刘己全

天然气技术与经济 2019年3期

景宏涛彭建云孔嫦娥匡韶华景宏勃刘己全秦曼

（1.中国石油塔里木油田公司油气工程研究院，新疆库尔勒 841000；2.中国石油辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010；3.中国石油吐哈油田公司井下技术作业公司，新疆哈密 839000）

0 引言

塔里木盆地的主力气田普遍具有埋藏深、地层压力高、压力系数高等特点。完井时一般采用密度较高的环空保护液，通常采用密度为1.4 g／cm3甚至更高的有机盐，采用密度较高的环空保护液可以降低油管和环空之间的压差，缓解储层改造时油管承受的高压[1]。但对于特低孔低渗储层，关井时井口油压高，开井生产时油压低，采用的环空保护液密度过高会降低A环空最大许可带压值，给后期的开发生产带来难题，不利于气井长期安全生产。因此，以超高压低孔低渗气井油管安全性评价为基础，针对超高压低孔低渗气井，开展环空保护液密度优化研究，通过优化计算方法，增大A环空的最大许可工作压力值，以保障气井后期生产安全。

1 A环空最大许可带压值的确定方法

借鉴API RP 90行业标准，以气井环空部件构成和实际工况为基础，通过校核构成A环空的4个主要部件，即套管头、油管柱、套管柱及封隔器的安全性能，根据短板原则确定高压气井A环空许可压力范围[2]，计算流程如图1所示。

图1 高压气井A环空压力计算方法流程图

当A环空中的压力为最大值时，受力情况如图2所示。此时组成A环空的套管头、生产套管、封隔器和油管这4个主要部件均有向外扩张的趋势。因此，能满足这4个部件设计安全系数的值即为A环空最大许可压力值[3-4]。

目前，塔里木油田高温高压气井油套管安全系数取值如表1所示。在油气田开发生产过程中，一般油管头和封隔器的压力等级都比较高，因此，一口井的A环空最大许可压力值通常取决于生产套管的抗内压强度和油管的抗外挤强度。而生产套管的抗内压强度和油管的抗外挤强度一定时，环空保护液密度将影响其A环空的最大许可带压值。

图2 A环空压力最大时各部件受力示意图

表1 油管、套管安全系数取值表

2 环空保护液密度对A环空最大许可带压值的影响

气井在正常生产、油套窜通、关井工况下，环空内流体密度应大于或等于油管内流体密度，因此，只考虑油管抗外挤强度的A环空最大许可工作压力（油管柱抗外挤强度危险点在封隔器处）即可。A环空最大许可工作压力pA由下式计算：

式中，pA为A环空最大许可工作压力，MPa；σ外为油管抗外挤强度，MPa；p为油压，MPa；S为油管抗外挤强度安全系数；ρ气为油管内气体密度，g／m3；ρ保护液为环空保护液密度，g／m3；g为重力加速度，m·s-2；h为危险点深度，m。

针对正常生产、关井工况，利用公式（1）开展油管柱载荷分析，结合静态和动态状况下油管三轴应力安全系数许可值，通过各工况下油管柱三轴应力校核计算得出对应的A环空最大许可工作压力值[5]。在超高压低孔低渗井中，由于关井油压高，开井油压低，环空保护液密度过高会导致油管柱承受的内外压差大，A环空最大许可带压值小，给后期的开发生产带来难题。在开关井时，若没有合理控制油压，甚至可能导致油管被挤毁的后果。大北X井为典型的高压低孔低渗井，该井井深为7 072 m，井底压力为121 MPa，完井时采用密度为1.68 g／cm3的环空保护液，放喷求产时为防止用小油嘴测试产生的冻堵，故改用大油嘴放喷，油压控制较低，由于环空液柱压力高，导致油管被挤扁（图3）。

图3 大北X井油管被挤扁图

3 环空保护液密度优化现场应用及效果

克深3X井是塔里木盆地库车坳陷克深区带上的一口评价井，储层岩心平均孔隙度为7.4%，平均渗透率为0.065 mD，属于低孔低渗储层。为了避免该井生产过程中油压低导致油管及封隔器受力过大，在完井前从以下几方面开展了环空保护液密度优化：① 由于该井完钻井深达7 080 m，环空保护液密度应考虑完井后封隔器及封隔器处生产套管的受力；② 考虑替液时的井口最大泵压；③ 考虑放喷求产及生产时油管所受的外挤力；④ 考虑投产后A环空的最大许可工作压力值。

在满足封隔器、生产套管、油管受力以及替液要求后继续对环空保护液密度进行优化，克深3X井预测投产后日产气量为20×104m3，分别选取密度为1.4 g／cm3和1.3 g／cm3的环空保护液，对A环空的最大许可工作压力值进行计算对比，见表2。通过计算结果对比，认为该井采用1.3 g／cm3的环空保护液既能满足替液泵压的要求，又能减小油管受力，增大A环空的许可工作压力范围（图4），方便后期生产管理。

克深3X井投产后油压为39.65 MPa，产气量为15.6×104m3／d，关井油压为81.5 MPa，A环空压力为25 MPa。计算油管抗外挤安全系数最低为1.41，大于标准规定值1.30，油管安全；若完井时采用密度为1.40 g／cm3的环空保护液，计算得油管抗外挤安全系数最低为1.28，小于标准规定值1.30，在后期的生产过程中，油管将存在安全风险。