克深13區(qū)塊完井工藝評(píng)價(jià)與優(yōu)化

張洪寶 匡韶華, 張寶 景宏濤

1.遼河油田鉆采工藝研究院；2.塔里木油田油氣工程研究院

克深13區(qū)塊位于塔里木盆地庫(kù)車(chē)坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶克深段，儲(chǔ)層段為白堊系巴什基奇克組，儲(chǔ)層深度7 500 m 左右，地層壓力136.5 MPa，地層溫度184.4℃。儲(chǔ)層平均孔隙度6.08%，平均滲透率0.22×10?3μm2，平均裂縫密度1.06條/m，屬于裂縫性致密砂巖，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重。天然氣類(lèi)型為干氣，CO2含量較高，達(dá)到1.31%，不含H2S。氣藏類(lèi)型屬于層狀邊水氣藏，水體比較活躍。

塔里木油田高溫高壓氣井完井工藝的發(fā)展主要經(jīng)歷了3個(gè)階段。第1階段：以牙哈、英買(mǎi)和克拉2氣田為代表，井深4 000~5 500 m，地層壓力55~74 MPa，地層溫度110~130℃，主要采用負(fù)壓射孔一次完井工藝［1-2］；第2階段：以迪那2氣田為代表，井深5 500 m，地層壓力105 MPa，地層溫度135 ℃，主要采用射孔-改造(酸壓)-完井聯(lián)作的一次完井工藝［3-5］；第3階段：以克深2、大北、克深9 區(qū)塊為代表，井深6 500~7 500 m，地層壓力120~128 MPa，地層溫度160~180℃，主要以先射孔、后改造-完井聯(lián)作的二次完井工藝。

圖1一次完井工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic structure of the pipe string for one-stage well completion process

1 完井工藝分析

1.1 射孔-改造-完井聯(lián)作的一次完井工藝

1.1.1 管柱結(jié)構(gòu)一次完井工藝是將射孔、改造、完井采用一趟管柱完成的完井工藝，包括丟槍、不丟槍和全通徑射孔3種工藝。主體管柱結(jié)構(gòu)由油管、井下安全閥、永久式封隔器、投撈式堵塞器、球座、篩管與射孔槍等工具組成，如圖1所示。

1.1.2 技術(shù)原理下入完井管柱，校深，調(diào)節(jié)好管柱長(zhǎng)度，坐油管掛，安裝采油樹(shù)；替入環(huán)空保護(hù)液，將井筒中壓井液頂替干凈；投球打壓，坐封封隔器，再加壓打掉球及球座套；加壓點(diǎn)火射孔(延時(shí)液壓引爆點(diǎn)火方式)；射孔后，擠注酸液進(jìn)行儲(chǔ)層改造；放噴投產(chǎn)。

其中，丟槍一次完井工藝射孔后，將射孔槍丟入井底口袋；不丟槍一次完井工藝射孔后，射孔槍仍連接在完井管柱下端；全通徑一次完井工藝是采用全通徑射孔槍，射孔后整個(gè)射孔槍串形成近似油管內(nèi)徑的通徑。

一次完井工藝可進(jìn)行負(fù)壓射孔，具有作業(yè)周期短、安全性高、不對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生二次污染的特點(diǎn)［6-7］。

1.1.3 應(yīng)用現(xiàn)狀一次完井工藝首先在牙哈氣田進(jìn)行了先導(dǎo)性試驗(yàn)，后經(jīng)過(guò)不斷完善，逐步在英買(mǎi)力、克拉2、迪那2區(qū)塊推廣應(yīng)用。在2010年以前，塔里木油田高溫高壓氣井主要以一次完井工藝為主，1998—2009年共計(jì)完成62口，其中一次完井工藝占77%；2010年以后，隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象日益復(fù)雜，儲(chǔ)層品質(zhì)越來(lái)越差，井況、工況越來(lái)越惡劣，井越來(lái)越深，溫度壓力越來(lái)越高，并在射孔測(cè)試聯(lián)作過(guò)程中多次出現(xiàn)了封隔器和管柱失效問(wèn)題，一次完井逐漸被二次完井工藝替代。

1.1.4 存在問(wèn)題一次完井工藝主要存在以下問(wèn)題［8-13］，限制了其在克深13區(qū)塊的應(yīng)用：

(1)存在射孔槍不引爆，以及射孔沖擊力造成封隔器坐封失效的風(fēng)險(xiǎn)；

(2)不利于實(shí)現(xiàn)加砂壓裂或分層改造；

(3)后期修井過(guò)程中射孔槍打撈困難；

(4)丟槍一次完井工藝，需要鉆井預(yù)留口袋，增加鉆井成本，同時(shí)有鉆遇水層的風(fēng)險(xiǎn)；

(5)不丟槍一次完井工藝，管柱不能實(shí)現(xiàn)全通徑，影響測(cè)試及后期過(guò)油管作業(yè)，且容易出現(xiàn)砂埋，造成井筒堵塞問(wèn)題；

(6)全通徑射孔槍耐壓只有140 MPa，耐溫只有170℃，其技術(shù)性能滿足不了克深13區(qū)塊的工況要求(地層壓力136.3 MPa、液柱壓力149 MPa、地層溫度185.9℃)。

1.2 先射孔，后改造-完井聯(lián)作的二次完井工藝

1.2.1 管柱結(jié)構(gòu)二次完井工藝是先采用鉆桿傳輸射孔，后下入完井、改造一體化管柱的完井工藝，常用的管柱配置有兩種：常規(guī)完井管柱和分層壓裂完井管柱(如圖2所示)。常規(guī)完井管柱由油管、井下安全閥、永久式封隔器、投撈式堵塞器、球座等工具組成；分層壓裂完井管柱在常規(guī)完井管柱基礎(chǔ)上，增加了分層壓裂閥和封隔器。

圖2二次完井工藝完井管柱示意圖Fig.2 Schematic structure of the pipe string for two-stagewell completion process

1.2.2 技術(shù)原理采用鉆桿下入射孔管柱，射孔后再起出射孔管柱；下入完井、改造一體化管柱，下完后校深，調(diào)節(jié)好管柱長(zhǎng)度后，坐油管掛，安裝好采油樹(shù)；替入環(huán)空保護(hù)液，將井筒中壓井液頂替干凈；投球打壓，坐封封隔器，再加壓打掉球及球座套；進(jìn)行酸壓或加砂壓裂改造；放噴投產(chǎn)。

其中，對(duì)于分層壓裂完井管柱，需要逐級(jí)投球，打開(kāi)分層壓裂閥，對(duì)儲(chǔ)層段進(jìn)行逐級(jí)分段改造。

二次完井工藝可實(shí)現(xiàn)管柱全通徑，滿足后期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求；可滿足酸壓、加砂壓裂等特殊工藝；有效避免射孔對(duì)封隔器及完井管柱的破壞。

1.2.3 應(yīng)用現(xiàn)狀二次完井工藝在大北、克深及后續(xù)開(kāi)發(fā)區(qū)塊的超深、超高壓、高溫氣井中大規(guī)模應(yīng)用。2010至今完成的高壓氣井，二次完井占89%，是目前塔里木油田深層高壓氣井主要完井工藝技術(shù)。

1.2.4 存在問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，二次完井工藝逐漸暴露出關(guān)鍵問(wèn)題：由于該工藝在射孔后才進(jìn)行替漿作業(yè)，壓井液(重鉆井液)替漿不徹底，易造成儲(chǔ)層二次污染和井筒堵塞。這種情況在塔里木油田庫(kù)車(chē)山前區(qū)域的高壓氣井中(如克深10井、克深134井等井)普遍存在，是目前急迫需要解決的生產(chǎn)問(wèn)題。

2 可溶篩管二次完井工藝

為了解決二次完井工藝替漿不徹底，造成儲(chǔ)層污染和井筒堵塞的問(wèn)題，開(kāi)展了可溶篩管二次完井工藝技術(shù)研究。

2.1 關(guān)鍵部件

2.1.1 結(jié)構(gòu)可溶篩管采用超級(jí)13Cr 油管作為管體，管體上鉆取M16×1的細(xì)牙螺紋孔，孔密16孔/m，篩管兩端為直連型雙級(jí)扣，入井前篩管孔眼中安裝可溶孔塞(圖3)，完井時(shí)替出井底重漿，改造前擠入酸性液體將篩管安裝的可溶孔塞全部溶解，與產(chǎn)層連通。同時(shí)，為避免可溶篩管后期砂埋修井打撈的難題，在5根篩管之間設(shè)計(jì)一個(gè)直聯(lián)型提拉式丟手接頭，在后期修井作業(yè)起管柱遇卡時(shí)，可將直聯(lián)型提拉式丟手接頭提開(kāi)，然后采用套銑打撈一體化技術(shù)分段打撈出尾管。

圖3可溶篩管結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic structure of soluble screen

2.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)可溶篩管二次完井工藝關(guān)鍵技術(shù)包括篩管管體、可溶孔塞和丟手接頭。

(1)篩管管體。篩管管體外徑88.9 mm，篩管孔密度16孔/m，孔徑為16 mm 的密封型螺紋孔。為保證篩管的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，孔眼之間的距離為62 mm，相位角為90°。

(2)可溶孔塞。可溶孔塞采用酸溶材料加工而成，直徑16 mm，厚度7 mm，安裝在螺紋孔中。在可溶孔塞上安裝耐高溫密封件，與可溶篩管本體實(shí)現(xiàn)密封。

(3)丟手接頭。丟手接頭外徑88.9 mm，內(nèi)徑70 mm，總長(zhǎng)1.96 m，接頭為機(jī)械提拉式，銷(xiāo)釘繞圓周4等分，三排12只，每只銷(xiāo)釘承重21 kN，共252 kN。可根據(jù)下入井下深度所掛篩管的重量及設(shè)計(jì)的安全系數(shù)調(diào)整脫手銷(xiāo)釘?shù)臄?shù)量。

2.1.3 技術(shù)參數(shù)通過(guò)篩管抗壓、抗拉及腐蝕實(shí)驗(yàn)，測(cè)試出了可溶篩管的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：

(1)可溶篩管的孔塞抗內(nèi)壓17 MPa，滿足15 MPa的密封設(shè)計(jì)要求，雙級(jí)扣的強(qiáng)度密封為50 MPa。

(2)篩管試驗(yàn)抗拉載荷為650 kN，測(cè)量篩管的密封孔徑為16.1 mm，無(wú)變形。

(3)在12%HCl+3%HF+5.1%酸化緩蝕劑(3.4%緩蝕劑A+1.7%緩蝕劑B)酸液中，溫度超過(guò)110℃時(shí)，30 min 內(nèi)，可溶孔塞能夠完全溶解，見(jiàn)圖4。

圖4可溶材料酸溶實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Acid soluble experimental result of soluble material

2.2 施工工藝

先采用鉆桿傳輸射孔；射孔完后下入帶可溶篩管的完井管柱(完井管柱自上而下：井下安全閥+油管+永久式封隔器+球座+可溶篩管+丟手接頭+打孔油管)，將可溶篩管下至射孔段底部；采用無(wú)固相完井液替出全井重鉆井液；投球打壓，坐封封隔器；然后擠注酸液將可溶篩管上的可溶孔塞溶解，形成流動(dòng)通道，避免管柱砂埋；放噴、投產(chǎn)(見(jiàn)圖5)。

2.3 應(yīng)用效果分析

可溶篩管二次完井工藝在迪那22井開(kāi)展了先導(dǎo)試驗(yàn)。該井于2019年5月進(jìn)行大修作業(yè)，下入?88.9 mm×4.39 m 可溶篩管10根。修井作業(yè)完成后，放噴求產(chǎn)成功，采用?6 mm 油嘴試油，油壓41.43 MPa，折日產(chǎn)氣19.82×104m3，折日產(chǎn)油18.43 m3；采用?8 mm 油嘴生產(chǎn)，油壓57 MPa，日產(chǎn)氣48.6×104m3，日產(chǎn)油46.66 t，產(chǎn)能恢復(fù)率為89%。相對(duì)于同區(qū)域其他井修井情況，迪那22井的產(chǎn)能恢復(fù)率大幅提高(圖6)，說(shuō)明可溶篩管二次完井工藝能夠?qū)崿F(xiàn)全井筒替漿，避免替漿不徹底造成的儲(chǔ)層傷害。

圖5帶可溶篩管的二次完井工藝技術(shù)原理Fig.5 Technological principle of two-stage well completion process with soluble screen

圖6庫(kù)車(chē)山前氣井修井后產(chǎn)能恢復(fù)率Fig.6 Productivity recovery rate of the gas wells in the Kuqa piedmont zone after workover

3 結(jié)論與建議

(1)一次完井工藝具有減少起下管柱作業(yè)、降低儲(chǔ)層污染等優(yōu)點(diǎn)，在塔里木油田早期氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)用廣泛，但是，一次完井工藝射孔槍的耐溫耐壓性能滿足不了克深13區(qū)塊工況要求，并且存在井筒堵塞、射孔槍砂埋、生產(chǎn)測(cè)試受限、壓裂改造受限等問(wèn)題，建議開(kāi)展耐溫耐壓級(jí)別更高的全通徑射孔工藝。

(2)二次完井工藝是目前塔里木油田超深、超高壓、高溫氣藏的主體完井工藝，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在井筒替漿不徹底，導(dǎo)致儲(chǔ)層污染和井筒堵塞的問(wèn)題。

(3)為滿足二次完井高效替漿的要求，開(kāi)展了可溶篩管二次完井工藝研究。該工藝可滿足全井筒替漿、儲(chǔ)層改造、生產(chǎn)測(cè)試的要求，同時(shí)避免井筒堵塞和管柱砂埋，并且有利于后期修井打撈。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，可溶篩管的強(qiáng)度和酸溶時(shí)間滿足作業(yè)要求；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該工藝具有良好的替漿效果。