深層含硫氣井井下解堵措施研究及應(yīng)用

朱 慶，曾 誠(chéng)，謝 波，唐 聰，梁幫治，黃 全

中國(guó)石油西南油氣田分公司蜀南氣礦

1 概述

1. 1 區(qū)塊特征

安岳氣田高石梯區(qū)塊燈四氣藏屬于高溫中含硫氣藏［1］，其埋藏深度超過5 000 m，產(chǎn)層中部壓力57.0 MPa，壓力系數(shù)1.12，氣藏中部溫度155.7 ℃，天然氣中硫化氫含量1%，二氧化碳含量6%。氣井在鉆井、試油和生產(chǎn)過程中均未發(fā)現(xiàn)地層水跡象，產(chǎn)出液主要是凝析水和入井工作液的混合液體。

氣藏儲(chǔ)層巖性主要為藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖，因此主要采用膠凝酸、自生酸、轉(zhuǎn)向酸酸壓增產(chǎn)工藝［2］，施工液量1 500 ～ 2 000 m3/井次。氣井完井時(shí)采用酸化—生產(chǎn)一體化管柱［3］，不開展井下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的井采用井下節(jié)流工藝生產(chǎn)。

1. 2 返排物堵塞情況

自2012年投入試采以來，至2020年6月，區(qū)塊投產(chǎn)氣井28口，年產(chǎn)氣能力20.0×108m3。高石梯區(qū)塊氣井生產(chǎn)過程中普遍返排出堵塞物，多次發(fā)生井下管柱堵塞（表1）或井下繩索作業(yè)遇阻（卡）。這些堵塞不僅制約了氣井天然氣產(chǎn)量發(fā)揮，還增加了生產(chǎn)操作及檢維修作業(yè)工作量，對(duì)區(qū)塊的安全平穩(wěn)生產(chǎn)帶來風(fēng)險(xiǎn)。

表1 高石梯區(qū)塊氣井堵塞情況統(tǒng)計(jì)表

2 堵塞原因分析

2. 1 堵塞物成分分析

對(duì)堵塞物開展萃取、灼燒、酸溶、能譜電鏡、X射線衍射、紅外光譜分析、氣相色譜—質(zhì)譜分析等手段，明確了堵塞物成分，可將堵塞物分為兩類：

一類以無機(jī)物為主。其中無機(jī)物占80% ～90%，稀鹽酸溶解性為28.06%，溶解后鐵元素占樣品質(zhì)量的11.64%，經(jīng)SEM、 EDS 與 XRD 分析檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)固體物的主要成分為FeS、SiO2、CaCO3與CrSi2有機(jī)物占比不超過20%，多為烴、芳香烴及酯類。該類堵塞物無機(jī)物占比大、有機(jī)物為“黏合劑”，其特點(diǎn)是流動(dòng)性差，多在井下及井口造成堵塞，經(jīng)分離器分離后多數(shù)留存在分離器下部，少部分進(jìn)入排污管線。此類堵塞物在投產(chǎn)時(shí)間較短的井較為常見。

另一類以有機(jī)物為主。有機(jī)物占60%以上，主要有長(zhǎng)鏈脂肪酸與脂肪酸酯、飽和烷烴、含硫化合物等;無機(jī)物多為Fe 的硫化物和氧化物、Ca和 Mg碳酸鹽等;該類堵塞物的特點(diǎn)是有機(jī)物占比大、黏度較大，在地層及井筒條件下具有一定的流動(dòng)性，在繩索作業(yè)過程中易在防噴器或密封盒處積聚，造成鋼絲卡阻。

2. 2 堵塞原因分析

2. 2. 1 堵塞物來源

根據(jù)堵塞物成分分析結(jié)果，可分為自身來源和外加來源兩類。

（1）地層自身來源。高石梯區(qū)塊燈四段儲(chǔ)層形成時(shí)間長(zhǎng)、埋藏深度大，儲(chǔ)集空間內(nèi)存在瀝青等有機(jī)物；開采過程中溫度和壓力的變化，流體中析出硫的有機(jī)化合物；酸化后地層巖石的反應(yīng)殘余物。這些都是產(chǎn)層自身帶出的物質(zhì)。

（2）外加來源。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高石梯區(qū)塊氣井鉆井、試油、酸化、生產(chǎn)過程中入井液體使用的添加劑有40余種，其中主要的類別有多元聚合物、瀝青樹脂、聚丙烯酰胺、有機(jī)酸酯、表面活性劑等。另外，入井酸液、地層流體對(duì)井下油套管柱和工具鋼材產(chǎn)生腐蝕，形成Fe的硫化物和氧化物。

2. 2. 2 原因分析

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)堵塞情況及堵塞物成分分析，認(rèn)為堵塞原因是：入井添加劑中的聚合物、有機(jī)脂類物質(zhì)在地層高溫高壓條件下生成具有一定黏度的長(zhǎng)鏈脂肪酸、飽和烷烴等有機(jī)物［4］，并隨氣井生產(chǎn)過程中逐漸返排，這些黏性物質(zhì)與酸化后地層巖石的反應(yīng)殘余物和井下鋼材腐蝕產(chǎn)物等無機(jī)物膠結(jié)［5］，形成大量堵塞物。這些堵塞物中無機(jī)物是主要成分、有機(jī)物是“黏合劑”。它們?cè)诮貛Ш陀凸軆?nèi)壁沉積，或是直接堵塞油管，或是造成井下工具串遇阻（卡）。

綜合分析氣井堵塞和鉆完井施工情況，表明鉆完井過程中漏失的工作液越多、酸液用量越大、測(cè)試返排率越低、測(cè)試后投產(chǎn)時(shí)間間隔越長(zhǎng)的井，生產(chǎn)過程中返排出的堵塞物越多。

3 解堵工藝選擇及解堵劑優(yōu)選

3. 1 解堵工藝選擇

常用的油管解堵工藝有機(jī)械解堵和化學(xué)解堵兩類。

機(jī)械解堵一般是在油管內(nèi)下入連續(xù)油管，直接對(duì)堵塞物進(jìn)行沖洗或鉆磨，從而解堵堵塞［6］。鑒于高石梯區(qū)塊氣井完井油管均安裝有井下安全閥和化學(xué)劑注入閥，連續(xù)油管操作不當(dāng)可能會(huì)對(duì)井下關(guān)鍵工具造成損傷［7］，且連續(xù)油管施工費(fèi)用較高。因此一般不采用該方式。

通過對(duì)堵塞物的成因分析可知，黏度高的有機(jī)物是黏合劑，對(duì)堵塞物的強(qiáng)度起著重要影響。因此，可以采用化學(xué)解堵方式，向油管注入化學(xué)藥劑，將堵塞物中的有機(jī)物分散、溶解［8］，使其失去黏合作用，從而將強(qiáng)度較大的堵塞物瓦解為粒徑較小的無機(jī)物顆粒［9］，達(dá)到解除堵塞的目的。化學(xué)解堵工藝僅需要藥劑和泵注設(shè)備，施工周期短、費(fèi)用低，對(duì)油管和關(guān)鍵工具無損傷［10］。因此，主要選擇化學(xué)解堵為高石梯區(qū)塊井下解堵的主體工藝。

3. 2 解堵劑優(yōu)選

通過對(duì)兩類堵塞物成分和成因分析，有機(jī)物對(duì)形成堵塞物起關(guān)鍵作用［11］。利用相似相溶原理，優(yōu)選以有機(jī)溶劑為主要成分的解堵劑，通過室內(nèi)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)選出A、B兩種解堵劑［12］。解堵劑A為飽和烴類化合物，針對(duì)酰胺類有機(jī)污物的溶解、分散效果較好，垢物樣塊靜置浸泡1 h溶解率達(dá)95%。解堵劑B為植物提取+分散劑+溶脂洗劑的復(fù)配藥劑，對(duì)脂類有機(jī)堵塞物有較好的增溶、懸浮和分散作用［13］，靜置浸泡5 min后無明顯固體顆粒，瓶底殘留無機(jī)物砂礫。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及工藝優(yōu)化

4. 1 油管堵塞后解堵

高石梯區(qū)塊GS110井完鉆層位燈四段，人工井底6 586.24 m，采用膠凝酸+轉(zhuǎn)向酸改造后測(cè)試獲氣65.77×104m3/d。2019年5月17日投產(chǎn)，開井后瞬產(chǎn)15×104m3/d，油壓迅速下降，30 min后平輸壓，無氣無水關(guān)井，關(guān)井后油壓無變化。分析原因是酸化測(cè)試后關(guān)井時(shí)間14個(gè)月，地層巖石顆粒與黏性有機(jī)物在井下管柱投球球座縮徑處堆積形成堵塞［14］。

5月18日 ～ 21日，采用泵車向油管內(nèi)注解堵劑5 m3、頂替清水25 m3，最高泵壓19.5 MPa后壓力突降。22日開井后恢復(fù)正常生產(chǎn)，井口生產(chǎn)油壓21.8 MPa，日產(chǎn)氣14.5×104m3，日產(chǎn)水8.5 m3（圖1）。

圖1 GS110井2019年5月油管堵塞前后壓力曲線圖

4. 2 入井工具串遇卡后解堵

高石梯區(qū)塊GS001-X3井正常時(shí)日產(chǎn)氣15×104～ 20×104m3，日產(chǎn)水4 m3。2017年7月16日至9月30日共開展3次通井作業(yè)，在井深16 m、568 m、245 m處遇阻。取樣分析堵塞物主要成分為有機(jī)酸、飽和烷烴、含硫化合物、無機(jī)物。

2017年11月17日開展第四次通井作業(yè) （?45 mm通井工具串），于井深3 358 m鋼絲卡阻嚴(yán)重，停止作業(yè)。11月22日通過壓裂車向井下管柱加注油溶性解堵劑18 m3，解除井下卡堵，順利將工具串起出。

4. 3 解堵劑加注工藝優(yōu)化

在確保解堵效果的同時(shí)，持續(xù)優(yōu)化加注工藝，將全油管加注解堵劑優(yōu)化為解堵劑液柱+清水頂替［15］，解堵劑用量下降3 ～ 5倍。針對(duì)通井正常、但井下節(jié)流器打撈頭被埋的情況，自主研制井下解堵劑定點(diǎn)加注工具。利用繩索作業(yè)將工具送至節(jié)流器上部，通過快速下放打開工具，定點(diǎn)釋放解堵劑，浸泡后再實(shí)施打撈作業(yè)。

形成解堵劑清洗井筒—開井排液［16］—繩索作業(yè)一體化施工程序。根據(jù)氣井投產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)過程中地面集輸系統(tǒng)堵塞情況、歷次井下作業(yè)遇阻情況，在作業(yè)設(shè)計(jì)中預(yù)測(cè)井下堵塞風(fēng)險(xiǎn)，提前準(zhǔn)備解堵劑和泵注設(shè)備，一旦井下遇阻（卡）立即加注解堵劑，并根據(jù)情況開井排液，解除堵塞［17］。在地面防噴器增加化學(xué)劑注入短節(jié)，上提工具時(shí)小排量加注解堵劑清洗鋼絲，防止鋼絲在防噴盒卡阻。

針對(duì)生產(chǎn)和井下作業(yè)過程中出現(xiàn)的堵塞，實(shí)施周期性加注解堵劑清洗井筒—開井排液—繩索作業(yè)一體化作業(yè)8井次，均有效解除了堵塞。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）高石梯區(qū)塊氣井堵塞物來源分為自身來源和外加來源兩類。入井添加劑中的聚合物、有機(jī)脂類物質(zhì)在地層高溫高壓條件下生成具有一定黏度的長(zhǎng)鏈脂肪酸、飽和烷烴等有機(jī)物，并隨氣井生產(chǎn)過程中逐漸返排，這些黏性物質(zhì)與酸化后地層巖石的反應(yīng)殘余物和井下鋼材腐蝕產(chǎn)物等無機(jī)物膠結(jié)，形成大量堵塞物。

（2）鉆完井過程中漏失的工作液越多、酸液用量越大、測(cè)試返排率越低、測(cè)試后投產(chǎn)時(shí)間間隔越長(zhǎng)的井，生產(chǎn)過程中排出的堵塞物越多。

（3）采用化學(xué)解堵方式，向油管注入化學(xué)藥劑，將堵塞物中的有機(jī)物分散、溶解，使其失去黏合作用，從而將強(qiáng)度較大的堵塞物瓦解為粒徑較小的無機(jī)物顆粒，達(dá)到解除堵塞的目的。該工藝施工周期短、費(fèi)用低，對(duì)油管和關(guān)鍵工具無損傷。

（4）針對(duì)堵塞物中有機(jī)物成分，利用相似相溶原理，優(yōu)選出兩種以有機(jī)溶劑為主要成分的高性能解堵劑。

（5）形成解堵劑清洗井筒—開井排液—繩索作業(yè)一體化施工程序，在高石梯區(qū)塊實(shí)施一體化作業(yè)8井次，均有效解除了堵塞。同時(shí)通過優(yōu)化加注工藝，解堵劑用量下降3 ～ 5倍，提質(zhì)增效成效顯著。