致密氣井連續(xù)管完井一體化技術(shù)*

白曉弘，趙彬彬，楊旭東，常永峰，韓強輝，馬海賓，王曉榮

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018）

0 前 言

目前，長慶氣田致密氣井主體采用Φ114.3 mm、Φ139.7 mm套管固井，投產(chǎn)時一般下入Φ60.3 mm EU N80油管作為生產(chǎn)管柱[1-3]，生產(chǎn)初期利用井下節(jié)流技術(shù)實現(xiàn)節(jié)流降壓，中后期采用泡沫排水、速度管柱、柱塞氣舉為主的排水采氣技術(shù)排除井筒積液。Φ60.3 mm油管完井采用接單根方式，施工工藝復(fù)雜、效率低，產(chǎn)建任務(wù)緊急時無法滿足完井需求，且后期修井起管費用高[4-5]。同時，油管管徑較大，攜液能力有限，無法滿足中后期生產(chǎn)需求，雖然排水采氣主體工藝配套成熟，但工藝措施分段實施效果差、成本高。氣田形成的Φ38.1 mm 為主的連續(xù)管速度管柱排水采氣技術(shù)，相對Φ60.3 mm油管有較強的攜液能力，但其管徑小，配套井下節(jié)流及柱塞氣舉等井下工具困難，也無法滿足氣井全生命周期生產(chǎn)需求。本研究選用Φ50.8 mm 連續(xù)管開發(fā)了連續(xù)管完井一體化技術(shù)，可實現(xiàn)致密氣井全生命周期生產(chǎn)，顯著提高了作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本。

1 連續(xù)管完井技術(shù)思路

以降本增效并實現(xiàn)氣井全生命周期生產(chǎn)為目標(biāo)，通過管柱優(yōu)選、關(guān)鍵工具研發(fā)及現(xiàn)場應(yīng)用，形成“連續(xù)管柱+井下節(jié)流+柱塞氣舉”為核心的連續(xù)管完井與采氣一體化技術(shù)思路，實現(xiàn)氣井高壓期節(jié)流降壓、低壓期速度管柱連續(xù)排液生產(chǎn)、間歇期柱塞氣舉的全生命周期生產(chǎn)。

1.1 連續(xù)管尺寸優(yōu)選

1.1.1 敏感性分析

按 照 無 阻 流 量4×104m3/d、10×104m3/d、15×104m3/d、20×104m3/d 四種情況，應(yīng)用節(jié)點分析技術(shù)對不同規(guī)格油管的氣井進行產(chǎn)量敏感性分析，見表1。長慶氣田致密氣井直井/定向井配產(chǎn)1×104m3/d，水平井配產(chǎn)（3～5）×104m3/d，采用Φ50.8 mm連續(xù)管（內(nèi)徑42.8 mm）最大產(chǎn)量區(qū)間為（3.787～13.117）×104m3/d，能夠滿足氣井開發(fā)初期最大配產(chǎn)要求。

表1 不同產(chǎn)能條件下不同規(guī)格油管協(xié)調(diào)點產(chǎn)量表

1.1.2 攜液能力分析

對不同內(nèi)徑油管在不同井口壓力下氣井臨界攜液流量進行計算分析，結(jié)果如圖1 所示。在井口壓力2 MPa 條件下，Φ50.8 mm 連續(xù)管（內(nèi)徑42.8 mm）相比Φ60.3 mm 油管（內(nèi)徑50.7 mm）攜液流量降低，而攜液能力提高30%，故選擇Φ50.8 mm 連續(xù)管完井可使低產(chǎn)井連續(xù)生產(chǎn)時間延長。

圖1 不同尺寸油管臨界攜液流量計算結(jié)果

1.1.3 沖蝕流量分析

根據(jù)文獻，當(dāng)氣流速度大于21.3 m/s時，對油管產(chǎn)生顯著沖蝕作用。圖2所示為不同油管尺寸、不同井口壓力條件下氣體臨界沖蝕流量。長慶氣田致密氣井直井/定向井配產(chǎn)1×104m3/d、水平井配產(chǎn)（3～5）×104m3/d，選擇Φ50.8 mm連續(xù)管（內(nèi)徑42.8 mm）完井生產(chǎn)時不會發(fā)生沖蝕。

圖2 不同尺寸、不同井口壓力下油管沖蝕流量

1.2 連續(xù)管強度分析

一般而言，連續(xù)管的屈服強度和抗內(nèi)壓性能較強，作為完井管柱的連續(xù)管強度校核時主要考慮抗拉強度，長慶氣田致密氣井直井/定向井深度2 800～3 700 m，水平井深度一般4 500 m，不考慮摩擦力和浮力影響，連續(xù)管下入深度計算公式[6]為

式中：σmax——連續(xù)管能承受的最大許用應(yīng)力，Pa；

W——連續(xù)管重力，N；

S——連續(xù)管橫截面積，m2；

[σ]——連續(xù)管許用應(yīng)力，Pa；

λ——安全系數(shù)，取1.50；

q——連續(xù)管單位長度的重量，N/m；

ri、ro——連續(xù)管內(nèi)、外徑，m；

l——連續(xù)管下入深度，m。

按照公式（2）計算CT70 鋼級Φ50.8 mm連續(xù)管最大下入深度4 580 m，滿足氣田下入深度要求。

2 關(guān)鍵工具研究

2.1 一體化節(jié)流堵塞器設(shè)計

不同于速度管柱管尾預(yù)置的常規(guī)堵塞器[7-8]，Φ50.8 mm 連續(xù)管完井時管尾必須預(yù)置專門的堵塞器才能滿足帶壓下管、井下節(jié)流降壓、速度管柱攜液、柱塞氣舉的氣井全生命周期生產(chǎn)需求。為此，研發(fā)了一體化節(jié)流堵塞器，如圖3 所示。該工具采用滾壓式連接方式，連接強度可達20 t 以上；采用割縫篩管設(shè)計，且篩縫有效過流面積不小于節(jié)流器最小過流面積，既能防止壓裂砂和地層砂堵塞節(jié)流嘴，又能防止過度節(jié)流。

圖3 一體化節(jié)流堵塞器示意圖

2.2 直座式懸掛器設(shè)計

針對Φ50.8 mm 連續(xù)管載荷大的難題，借鑒常規(guī)油管的井口蘿卜頭懸掛方式，設(shè)計了井口直座式懸掛器和配套的雙卡瓦重載連接器、轉(zhuǎn)換接頭，實現(xiàn)了Φ50.8 mm 連續(xù)管直接連接與懸掛密封，直座式懸掛器如圖4 所示。直座式懸掛器懸掛載荷達28 t，懸掛CT70 鋼級Φ50.8 mm 連續(xù)管長度達6 110 m，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場要求。

圖4 直座式懸掛器示意圖

2.3 柱塞氣舉井口裝置設(shè)計

針對常規(guī)采氣井口與連續(xù)管內(nèi)通徑不一致的問題，設(shè)計了柱塞襯管，完井時將柱塞襯管與直座式懸掛器通過絲扣相連接，如圖5所示，保障了柱塞在井口的順利往復(fù)運動。氣井生產(chǎn)過程中，當(dāng)產(chǎn)量低于Φ50.8 mm連續(xù)管臨界攜液流量時，氣井無法自主攜液，在連續(xù)管內(nèi)部投放柱塞，輔助柱塞氣舉排水采氣工藝，能夠排除井筒積液，提高氣井的采收率。

圖5 直座式懸掛器與柱塞襯管連接示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

Φ50.8 mm連續(xù)管完井與采氣一體化技術(shù)已在長慶氣田致密氣井規(guī)模應(yīng)用300余口，平均油壓3.0 MPa，套壓10.0 MPa，單井平均產(chǎn)氣量1.2×104m3/d，總體生產(chǎn)情況穩(wěn)定，實現(xiàn)了早期帶壓下管、高壓期井下節(jié)流降壓、低壓期速度管柱全通徑生產(chǎn)、間歇期柱塞氣舉的全生命周期生產(chǎn)。經(jīng)測算分析，較常規(guī)Φ60.3 mm油管帶壓完井，作業(yè)周期縮短50%以上，自然連續(xù)生產(chǎn)期可延長1.5 年，預(yù)計15 年采氣綜合成本可降低14.5%，且便于后期氣井帶壓作業(yè)。

4 結(jié) 論

（1）優(yōu)選出Φ50.8 mm 連續(xù)管作為完井管柱，滿足長慶氣田致密氣井最大配產(chǎn)、攜液能力、沖蝕流量、管柱強度等四方面的要求。

（2）創(chuàng)新設(shè)計的Φ50.8 mm連續(xù)管一體化節(jié)流堵塞器，兼有節(jié)流、堵塞、承接柱塞等三重功能，保障了致密氣井全生命周期生產(chǎn)。

（3）創(chuàng)新設(shè)計的井口直座式懸掛器配套雙卡瓦重載連接器和轉(zhuǎn)換接頭，實現(xiàn)了Φ50.8 mm連續(xù)管與采氣樹直接連接及懸掛密封。

（4）致密氣井連續(xù)管完井與采氣一體化技術(shù)實現(xiàn)了早期帶壓下管、高壓期井下節(jié)流、低壓期速度管柱排水采氣、間歇期柱塞氣舉的全生命周期生產(chǎn)，顯著提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性和效率，對于國內(nèi)致密氣、頁巖氣開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。