磨溪龍王廟氣藏鋼絲試井作業風險及控制措施

陸 峰

(川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院)

一、磨溪龍王廟氣藏概況

安岳氣田磨溪區塊位于四川省遂寧市和重慶市潼南縣境內，區域構造位于四川盆地川中古隆起中斜平緩構造區威遠-龍女寺構造群[1]。

磨溪區塊龍王廟組氣藏主體區原始地層壓力為75.83 MPa，壓力系數為1.64，地層溫度為140.21℃，H2S 含量介于5.0～11.68 g/m3，CO2含量介于21.50～48.83 g/m3，屬于高溫、高壓、中含H2S、低-中含CO2氣藏。其主體區具有統一的氣水界面，氣水界面海拔為-4 385 m，屬于存在邊水的巖性-構造氣藏[2]。

氣井產能高[3]，20余口探井測試產氣介于(7～150)×104m3/d，30余口已實施開發井，平均測試產氣150×104m3/d，平均無阻流量達686×104m3/d。

二、磨溪龍王廟氣藏鋼絲作業風險分析

隨著磨溪區塊龍王廟組氣藏的勘探開發的深入，鋼絲試井技術已經成為研究儲層參數和氣井產能的重要技術手段，從2012年至今鋼絲試井隊伍在磨溪區塊作業169余井次，主要進行靜溫靜壓梯度、流壓流溫數據測試和產能壓恢測試等作業，作業井深3 000～5 300 m，最高作業井口壓力64.8 MPa，最大H2S濃度：52.2 g/m3。本文根據多年的現場作業經驗進行歸納總結，對磨溪龍王廟氣藏鋼絲試井作業風險進行分析并提出相應的控制措施，為現場提供一定的作業參考和指導。

磨溪龍王廟氣藏鋼絲試井作業主要風險如下：

(1)磨溪龍王廟氣井井口關井壓力高(普遍介于60～70 MPa之間)，并且含硫化氫、中低含二氧化碳，常規70 MPa鋼絲井控裝備已經無法勝任，如何確保鋼絲作業井口的穩定性和密封性能，特別是起下鋼絲時的動密封性能將是高壓氣井作業的關鍵。

(2)磨溪龍王廟組氣藏的井普遍氣產量高，地層壓力高，鋼絲試井在作業過程中井筒內較大的氣產量以及氣水同排等情況會造成鋼絲打扭、儀器上沖、強烈震顫等導致的井下復雜與儀器損壞的問題。

(3)高壓氣井在投產開井或長時間關井后復產開井過程中，在井口附近和井筒節流處容易生成天然氣水合物附著，影響鋼絲試井作業工具下放、上提，造成工具遇阻、遇卡，甚至帶來安全環保風險。

針對以上風險，現場通過鋼絲試井井口壓力控制設備、鋼絲和鋼絲工具選擇、鋼絲工具串優化和天然氣水合物的預防和控制等方面，進行各項風險控制，保障現場作業安全順利進行。

三、磨溪龍王廟氣藏鋼絲作業風險控制措施

1.鋼絲試井井口壓力控制設備

對于常規試井作業，通常井口主要依靠防噴盒內的盤根對鋼絲包夾從而實現井口密封。鋼絲的正常起下對盤根是有磨損的，盤根的磨損主要由鋼絲摩擦阻力決定。高壓高產氣井所需的配重較重，顯然盤根的磨損程度就較大，磨損越大密封性能越差。因此僅通過防噴盒進行井口密封已不能滿足高壓高產井的鋼絲作業需求。對于磨溪龍王廟的高壓高產井，鋼絲作業的井口壓力控制裝置安裝使用了注脂頭和注脂系統，從而提高了井口的密封性，如圖1所示。

圖1 高壓氣井鋼絲試井井口連接裝置示意圖

注脂頭通過注入密封脂來平衡大部分井口壓力，從而減緩頂部防噴盒所承受的壓力。注脂頭內安裝的流管是一種內壁光滑的鋼管，其內徑與鋼絲外徑相差只有0.1～0.25 mm，如圖2所示。當起下儀器時，從注脂管線注入的密封脂沿鋼絲與流管之間的間隙擠入，以防止油氣外泄實現動態密封。作業時，流管內充滿承壓的密封脂，低磨阻的密封脂將鋼絲與一個多級精密密封筒之間密封起來。作業中部分密封脂排入井筒內，大部分密封脂通過回流管線回收到地面。在鋼絲試井作業過程中，始終保持注脂系統壓力高于井口壓力10%～15%，防止井筒流體進入流管，從而達到井口密封的效果。

圖2 注脂頭示意圖

現場作業時根據井口最大關井壓力選擇注脂密封頭流管數量及注入通道數量，井口壓力越大，需要的流管數量越多，其選擇原則見表1所示。

表1 流管與注入通道數量選擇表

注脂密封主要依靠專用的液壓注脂撬對其進行注脂，并回收返回地面的密封脂。注脂密封采用低進高出的注脂原則。

2.鋼絲和鋼絲工具選擇

2.1 鋼絲材質

磨溪龍王廟氣井井口關井壓力高(普遍介于60～70 MPa之間)，并且含H2S、中低含CO2，試井鋼絲在使用過程中會接觸到H2S、CO2等腐蝕性物質，因此鋼絲需要滿足耐腐蝕性能要求。根據試井鋼絲材質防腐性能的對比分析(見表2)可知，試井鋼絲選用Supa 75規格的鎳鉻合金鋼絲可滿足磨溪龍王廟氣井鋼絲試井作業要求。

表2 鋼絲材質物理性能對比表

2.2 繩帽

繩帽起著連接鋼絲和井下其它工具的作用，由于鋼絲在井下會旋轉，因此要求繩帽內部跟鋼絲連接的部分相對于繩帽主體能旋轉自如，即鋼絲在井下旋轉 時，繩帽及其下面連接的工具串能夠不旋轉或少旋轉，避免井下工具由于旋轉而 脫扣，造成工具落井事故。

繩帽主要分為打常規結繩帽和不打結繩帽。打常規結繩帽主要應用于?2.34 mm的鋼絲。不打結繩帽主要應用于?2.74 mm和?3.18 mm的鋼絲。針對于高壓高產氣井，考慮到工具串的重量較重選取的鋼絲直徑一般為2.74 mm和3.18 mm的鋼絲。因此，繩帽選用不打結繩帽。

2.3 旋轉接頭

鋼絲旋轉接頭能夠使工具串很容易的旋轉；甚至是在井內或者井外，工具在相當高的負荷下都能旋轉。在繩帽和加重桿之間安裝一個旋轉接頭是很有必要的，這可以保護鋼絲不被過份扭曲造成鋼絲斷裂。

2.4 加重桿

加重桿的作用是給井下工具提供額外的重量，以克服防噴盒內盤根的摩擦力、井壁對工具串的摩擦力和井內壓力產生的上推力使鋼絲作業工具能到達井下一定的深度，另外加重桿靠其自身的重量可以提供向上或向下的震擊力而促進完成井下控制工具的投撈。加重桿的尺寸和重量由作業井的井況、所要求的震擊力和所投撈的井下工具的尺寸來決定。

3.鋼絲工具串優化

(1)工具串的配重不僅要考慮井口壓力的及鋼絲直徑的兩個基本因素，還考慮產能試井時每個制度下流體對工具串的上頂力。鋼絲試井工具串配重，工具串重量不得低于計算理論加重量，加重量計算經驗公式：

GSJ=K×GLJ

(1)

式中：GLJ—理論加重量，kg；GSJ—實際加重量，kg；dGS—鋼絲直徑 ，mm；pJK—作業井井口壓力，MPa；K—修正系數，K>1，根據流管數量、盤根的新舊、管柱內流體的狀態、油氣比、油氣水的產量及井型、井況，K一般取1.5～3。

根據多口高壓高產氣井作業情況得出K值一般取值2.25較為合適，因此對照表3，可計算出工具串的配重的實際加重量。

表3 理論加重量與試井鋼絲直徑和井口油壓之間關系表

(2)工具串的長度優化。試井作業中工具串長度主要取決于加重桿的長度。然而高壓高產氣井配重都較重，使得加重桿數量多，長度較長，增加了防噴管米數，同時也增加了作業的風險。對于磨溪龍王廟氣井在加重桿的選取上一般選擇充鎢加重桿，減少加重桿數量，從而也減小了加重桿的長度。因此在配重確定的情況下，應盡量減小工具串長度，減小作業風險。通過表4加重桿參數對比可以得出，在配重確定的情況下，選用充鎢加重桿比選用普通加重桿在加重桿上減少60%～80%的長度。

表4 不同類型加重桿參數對照表

(3)工具串尺寸選取。現工具常用尺寸有兩種，即?38.1 mm和?47.6 mm。?38.1 mm為現有工具的最小尺寸，適用于多種油管。

磨溪龍王廟區塊的井筒油管尺寸大部分為?88.9 mm油管，鋼絲試井作業選用?47.6 mm工具進行作業。在同樣材質和工具串長度的情況下，?47.6 mm的工具串重量明顯要大于?38.1 mm的工具串重量，還可以有效的防止工具串上頂、鋼絲盤旋在油管內壁的風險。

(4)壓力計的選取及防震優化。試井作業中壓力計的選取首先要選取精度較高的石英壓力計，特別是在壓力恢復試井中，石英壓力計的錄取的數據才能滿足試井解釋所需要求。其次是壓力計量程的選取。壓力量程上限應大于等于測試井井底預計壓力的1.25倍；溫度量程應大于等于測試井井底預計最高溫度的 1.25倍。 最后是選取滿足前兩個條件的較短的壓力計進行試井作業。

為了防止壓力計與井壁之間的碰撞，和大產量流體對壓力計的沖頂震動，將壓力計放置于壓力計拖筒之中，減少壓力計的振動和損壞，為資料的準確錄取提供了可靠的保障。

4.天然氣水合物的預防和控制

磨溪龍王廟高壓氣井鋼絲試井作業過程中主要在地面鋼絲防噴裝置、井口和近井筒三處位置易生成天然氣水合物。通過了解水合物形成的機理，進行預防水合物形成和水合物形成后處理等措施進行風險控制。

水合物的預防通常采用[4]：①采用熱力學抑制劑對高壓氣井鋼絲防噴系統試壓，常用的熱力學抑制劑為甲醇和乙二醇，現場按照7 ∶3或者6 ∶4的比例進行混配乙二醇和水的混合物對井口防噴設備試壓，能達到有效的預防效果；②使用蒸汽管線纏繞在防噴器及其以上整個防噴系統外表面，做好加熱保溫措施，通過蒸汽循環來給防噴管中流體加熱，使其高于水合物形成的臨界溫度，達到有效防止水合物生成的目的；③通過化學注入短節向井筒內注入化學抑制劑。化學注入短節已經成為高壓氣井鋼絲試井作業的標準配置之一，它可以連接在井口防噴裝置的任意位置，在起下鋼絲作業時，通過化學劑注入泵向化學劑注入短節內注入化學藥劑，化學藥劑會隨鋼絲進入井口或帶進防噴盒，并粘附在鋼絲因此可起到防腐、清潔鋼絲、解堵的作用。

對于高壓氣井在沒有進行鋼絲試井作業前井口或井筒已產生水合物或者因預防措施不到位形成水合物現場通常采用降壓法、加熱法和化學劑注入法來解除水合物冰堵。

四、結論和建議

(1)通過防噴盒和注脂頭雙密封方式已經在磨溪龍王廟氣藏多口井的鋼絲作業中證實了其可靠的密封性能。

(2)試井鋼絲選用Supa75規格的鎳鉻合金鋼絲可滿足磨溪龍王廟氣井鋼絲試井作業要求。

(3)通過選擇合適的鋼絲工具以及對工具串的優化，能大大的降低鋼絲試井作業過程中鋼絲斷裂、工具落井等風險。

(4)磨溪龍王廟高壓氣井鋼絲試井作業過程中主要在鋼絲地面防噴裝置、井口和近井筒三處位置易形成水合物，現場作業主要針對這三個部位采取一些預防措施并取得良好效果。