工艺技术_高压高产气井试油及完井工艺技术

高压高产气井试油及完井工艺技术2010 10 技术交流材料 高压高产气井试油及完井工艺技术 高压高产气井筒评价高压深井射孔高压高产气井井下测试管柱高压高产气井地面测试流程高压气井排液方式高压高产气井电子压力计地面直度试井高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析高压气井井下封堵工艺高压高产气井现场测试管理 高压高产气井井筒评价 井身结构对测试管柱的影响评价套管抗外挤评价套管抗内压评价射孔套管剩余强度评价套管悬挂器评价套管腐蚀性评价固井质量评价井口密封性评价漏失评价人工井底评价 井身结构对测试管柱的影响评价 塔里木油田部分高压高产气井井身结构和管柱情况 高压高产气井井筒评价 影响 产量数据 后续作业 校深 测压等油管内作业 套管抗外挤评价 井斜较大的拐点部位 钻头或磨鞋在处理事故或钻水泥塞期间对套管的磨损 井口不正的情况下钻具对井口套管的磨损 井口对正 防磨套 关键词 旋转 起下钻 钻具接头的直观判断 高压高产气井井筒评价 套管抗内压评价 套管抗内压评价是对套管丝扣密封性及套管本体抗内压强度评价 为验证套管的抗内压能力 常规作法是做全井筒试压 试压值的确定应综合考虑当前的泥浆密度 钻井循环时的井口泵压和管外磨阻 钻井期间已有的试压数据 套管实际抗内压强度分析结果等多种因素并结合测试过程中对环空压力的要求而定 高压高产气井井筒评价 射孔套管剩余强度评价 由于射孔孔眼的存在 与未射孔套管相比 射孔段套管的承载能力会有所降低 根据壳体力学理论 可以计算套管承载能力降低系数 这个系数与射孔孔眼直径 相位 管径 壁厚 管材屈服强度等参数有关 高压高产气井井筒评价 套管悬挂器评价 套管悬挂器的评价主要是悬挂器的密封性评价 由于固井工艺或其它原因 在固井质量测井图上往往反映出双层套管的固井质量不好 因此 必须对悬挂器的密封性有一个可靠的判断 如克拉203和迪那202井通过对5 套管悬挂器的测试 验证了悬挂器的密封性 保证了替入低密度压井液时该部位密封的可靠性 另外 套管悬挂器由于多次起下钻的原因 钻头或钻具会对它造成损害 使悬挂器喇叭口不规则 影响了管柱起下 塔里木油田曾多次出现过这种情况 为解决这一问题 一般要做好两方面的工作 一是用标准铣锥对悬挂器进行磨铣 二是在管柱底部连接圆头引鞋 高压高产气井井筒评价 套管腐蚀性评价 高压高产气井井筒评价 判断方式 MIT MTT MIDK 内径测量及壁厚测量 固井质量评价 良好的固井质量非常重要 既要保证高压储层的流体或气体不会窜至可能并不密封的悬挂器部位 又要确保良好的气水隔离效果 避免底水上窜对测试工作造成麻烦 克拉203井通过对主力气层下部低产层的测试结果表明 低产层与上部主力气层在管外不连通性 表明管外固井质量良好 同样 克拉205井的固井质量从测井曲线上来看很差 仅在主力气层以下4000米处有10米水泥 测试后发现下限层为干层 证明了10米水泥对上部主力气层起到了良好的隔离作用 在迪那201井和迪那202井也都出现了类似的情况 并采用同样的方法有效判断了管外固井质量情况 由此可见 高压高产气井的固井质量不能简单地用测井资料来判断 即使测井曲线反映固井质量不好也不能盲目封窜 以免给后面的测试工作带来不便 当然 也不能因为测井曲线反映固井效果好而忽视可能存在的问题 应综合考虑各方面的因素 高压高产气井井筒评价 井口密封性评价 一般采油井口的密封件多采用橡胶件 由于外部环境温度的变化以及某些介质对橡胶性能的影响 加速了橡胶的老化 在长期承压的情况下 这种密封并不可靠 措施采用金属密封的采油井口分析介质 CO2 H2S CL 等 在不同温度条件下对金属腐蚀性作业结束后环空用N2填充 高压高产气井井筒评价 金属密封井口 高压高产气井井筒评价 漏失评价 在高压高产气井的风险因素中 排污是主要的风险之一 流体或气体中的固相成分在经过油嘴后的高速流期间会给地面设备造成很大的风险 由于在完井测试中液垫多采用无固相 因此 在排液初期 固相含量较少 压差相对较小 流速相对较低 风险因此较小 而在排污末期 由于地层低密度流体或气体进入井筒 油嘴前后的压差随着增大 封隔器以下少量的泥浆尤其是钻井或固井期间漏失的泥浆或水泥浆与低密度流体或气体一起排出 这时低压区的流速可能达到300m s以上 破坏力非常强 风险也非常大 因此 在高压高产气井测试前 对井筒的漏失情况进行全面分析十分必要 迪那11 迪那202等井均出现了不同程度的钻井泥浆或固井水泥浆的漏失 地面设备被刺严重 迪那11井地面油嘴管汇刺坏两套 分离器旁通管线严重被刺 分离器出口弯头刺穿两个 高压高产气井井筒评价 人工井底评价 人工井底水泥塞的预留高度同样应引起重视 既要满足测试工艺要求 又要确保人工井底密封可靠 以柯深101井为例 该井完井套管下深6850 00m 钻灰塞至钻井深度6841 00m 预设水泥塞9m 以满足高压封堵和工程要求 通过管柱校深结合固井质量测井图及套管记录得到的真实水泥塞厚度只有2 37m 这就大大增加了替轻泥浆的风险 分析原因为 套管深度 钻具深度 测井深度的误差所致 高压高产气井井筒评价 高压深井射孔技术 压力因素 射孔枪和起爆器的承压性能温度因素 火工器材的耐温性能减震措施 射孔瞬间对封隔器的冲击泥浆因素 泥浆性能对射孔起爆器的影响激动压力 起下射孔测试联作管柱对起爆器的影响操作压力变化 管柱在循环或相关作业时的压力变化对射孔的影响异常压力变化 可能的异常动作引起的压力变化对射孔的影响校深仪器 校深仪器耐温耐压性能对联作管柱校深工作的影响 压力因素 射孔器材的承压主要体现在射孔枪和起爆器 如果承压级别不够 可能造成井下事故 塔里木油田在早期的射孔作业中就发生过射孔枪压扁的情况 从2000年开始 逐步规范了射孔器材的检验要求 规定射孔器材额定压力比试验压力高35Mpa 以89型射孔枪为例 将原来的非标准压力指标可靠提高到105Mpa 又再次提高到140Mpa 高压深井射孔技术 温度因素 温度不仅影响起爆器销钉的剪切强度枪体密封件 更重要的是对火工材料的影响 较高的温度会使次级速爆炸药释放气体 使爆炸威力降低 鉴于塔里木油田井深 4000m 6500m 而温度不是很高 100 160 的特点 较多地采用HMX炸药的火工件 其指标可以满足140 200h的施工要求 当然 对井下温度较低的井如克拉205井采用了RDX 107 200h 对井下温度较高的井如深达7200m 159 的塔参1井采用了PYX 250 200h 高压深井射孔技术 温度因素 高压深井射孔技术 减震措施 射孔瞬间产生的冲击震动对联作管柱的影响不容忽视 其主要影响对象是封隔器 在高压深井的测试方案中 塔里木油田较多地采用轻重两套泥浆体系 在进行射孔测试联作时 考虑到测试工具的承压及泥浆沉淀因素 多采用轻泥浆 因此 一旦射孔后封隔器失封 将会对后面的工作造成很多困难 在克拉203井联作管柱减震措施中 不仅有4个减震器和6根油管 还在封隔器上方增加了4柱钻铤 以确保200m射孔枪射孔瞬间封隔器的可靠性 加压点火时地面几乎没有感觉 当然 从后来一些井的施工情况来看 对5 RTTS封隔器 射孔测试联作中不加钻铤是可以的 高压深井射孔技术 泥浆因素 泥浆沉淀可能造成不能有效传压 导致不能点火 泥浆密度误差最终造成起爆压力的设计误差 轻则不能点火 重则误射孔 柯深101井两个射孔段四支起爆器的起爆压力计算 高压深井射孔技术 激动压力 下钻对起爆器的影响 油管加压射孔联作管柱 起钻对起爆器的影响 环空加压射孔联作管柱 高压深井射孔技术 操作压力变化 高压深井射孔技术 异常压力变化 有些异常因素也可能导致井下压力变化 如在迪那202井射孔酸化测试施工中 在低替完前置液后 坐封 换井口 装采油树 连接地面管线 由于在此期间采油树主阀处于关闭状态 前置液中的甲醇受热膨胀 使油管内压力达到射孔点火所须的44Mpa的点火压力 自动射孔 对于带压坐封联作管柱 加压坐封时可能导致活塞作用的产生 应该有足够的预防措施 高压深井射孔技术 校深仪器 联作管柱的校深作业是在油管或钻杆内完成的 仪器外径较小 塔里木油田由于深井钻井作业的要求 2 3 8 钻杆应用较多 因此 比较常用的校深仪器是 38mm的Gr CCL组合测井仪 这种仪器由于外径较小 在耐温耐压设计方面当时存在一定的难度 塔里木油田早期使用的该类型测井仪承压只有70Mpa 也存在仪器的技术指标不明确或不规范的情况 仪器被压扁或耐温指标不够从而影响正常测试作业的情况在部分井的施工中有所发生 经过多年的努力 目前 已将该仪器的耐压指标提高到120Mpa甚至140Mpa以上 温度指标也提高到150 以上 满足了高压深井射孔校深工作的要求 高压深井射孔技术 校深方法简介 高压深井射孔技术 高压深井射孔技术 校深方法简介 近年来塔里木油田部分高压深井射孔作业技术数据 高压深井射孔技术 高压气井井下测试管柱 高压气井中途测试管柱坐套测裸中途测试管柱裸眼支撑中途测试管柱裸眼跨隔中途测试管柱高压气井测试管柱第一阶段测试管柱第二阶段测试管柱第三阶段测试管柱 高压气井中途测试管柱 坐套测裸中途测试管柱 管柱构成 1采油树 气密封油管 RD阀 RTTS封隔器 管柱特点封隔器以上至井口的接头工具全部为气密封 安全性高 在重泥浆中完成坐封和换装井口 正替测试液垫 投球关E型阀 关井时关闭RD安全循环阀 节流循环出管柱内天然气 开RD循环阀正挤一定量的泥浆以便于压井起管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井中途测试管柱 坐套测裸中途测试管柱 管柱构成 2控制头 钻杆 RD阀 RTTS封隔器 管柱特点由于采用钻杆 安全性差 井口一般控制在35Mpa以内 压力较高时应避免井口关井 施工时先正替测试液垫 带压坐封封隔器 再开井测试 静液柱压力较低时可使用MFE以实现井下多次开关井的要求 高压气井井下测试管柱 高压气井中途测试管柱 坐套测裸中途测试管柱 管柱构成 3控制头 钻杆 RD阀 MFE RTTS封隔器 管柱特点该管柱采用两级井下关井 可实现多次开关井操作 由于有MFE测试阀 开井前可对管柱试压 正装的RD循环阀和RD安全循环阀使测试阀以上压井更加可靠 由于测试阀以下气柱的存在 给压井解封带来困难 高压气井井下测试管柱 裸眼支撑中途测试管柱 管柱构成 1控制头 钻杆 泵反 断反 MFE 裸眼双封隔器 管柱特点是常用的深井裸眼测试管柱 采用双裸眼封隔器以提高封隔器的可靠性 高压气井井下测试管柱 裸眼支撑中途测试管柱 管柱构成 2控制头 钻杆 断反 RD安全循环阀 MFE 压力分配器 裸眼封隔器 管柱特点RD安全循环阀和MFE可实现两级井下关井 与图4相比 安全性高 采用压力分配器以提高裸眼封隔器承压差能力 高压气井井下测试管柱 深井中途测试管柱 裸眼跨隔中途测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第一阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第二阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第二阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第二阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第三阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压气井完井测试管柱 第三阶段测试管柱 高压气井井下测试管柱 几口典型井测试管柱 高压气井井下测试管柱 高压高产气井地面测试流程 流程类型测试流程排液流程环空保护流程压井流程组合流程15K 120地面流程组合15K 240地面流程15K 360地面流程 高压高产气井地面测试流程 流程类型 测试流程基本类型 高压高产气井地面测试流程 流程类型 测试流程15K 120 高压高产气井地面测试流程 流程类型 测试流程15K 240 高压高产气井地面测试流程 流程类型 测试流程15K 360 高压高产气井地面测试流程 流程类型 排液流程 高压高产气井地面测试流程 流程类型 环空保护流程 高压高产气井地面测试流程 流程类型 压井流程 高压高产气井地面测试流程 组合流程15K 120 高压高产气井地面测试流程 组合流程15K 240 高压高产气井地面测试流程 组合流程15K 360 高压高产气井地面测试流程 测试流程 实例 高压高产气井地面测试流程 高压气井测试地面流程安全控制系统 在测试流程中 分高低压两套安全系统 高压区的控制措施是在异常情况下通过安全阀实现瞬间关井 中低压区则通过自动卸压阀实现快速卸压以保护热交换器 分离器等低压测试设备 高压区的控制一般采用三级安全阀控制 即采油树主安全阀 翼安全阀和连接在高压管线上的安全阀 地面安全阀 在使用中 一般采用由外到内的原则 尽量使用地面安全阀 中压区采用两级自动卸压 在单油嘴管汇测试流程中 采用MSRV阀和热交换器自备卸压阀 或采用双级油嘴管汇替代MSRV阀的作用 低压区主要是指分离器 卸压系统为分离器自备 采油树手动阀门 油嘴管汇等也是安全控制系统的重要组成部分 高压气井排液方式 摘要目前常用的排液方式及存在问题高压高产气井地面设备冲蚀分析结论与建议 高压气井排液方式 流体中的固体颗粒 流动速度和流动方式是造成高压高产气井排液期间地面设备损坏的三大关键因素 尽量减少流体中的固相含量 降低流动速度并采用合适的流动方式将有助于降低或避免地面设备的损害和风险 高压气井排液方式 目前常用的排液方式及存在问题 多级节流阀互助排液 除砂器配合排液 高压气井排液方式 目前常用的排液方式及存在问题 风险例证在克拉203井30分钟排液期内 油压40 45Mpa 地面针阀刺坏了六个 克拉205井从除砂器排液时油嘴被刺 下游压力突然增大 克拉204井地面放喷管线从弯头处刺穿 压井时 可调油嘴刺坏 油嘴管汇本体刺坏 大北1井酸后排液期间 地层严重出砂 高压管线的壁厚不足2mm 迪那11井分离器出口弯头刺穿两个 另有两套油嘴管汇刺坏 迪那22井仅10分钟时间两个液控笼式针阀被刺 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 产生冲蚀损害的主要因素固体颗粒流动速度流动方式 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 固体颗粒固体颗粒来源于两方面 一方面来源于井筒 即未被完全替出的井底泥浆或低比重固相测试液垫 以及射孔产生的铁屑 另一方面是来源于储层的固体颗粒 即地层砂及钻井或固井期间漏失的泥浆或水泥 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 流动速度颗粒的运动速度越快 产生的冲蚀作用越大 压差越大 流速越高 含有固体颗粒的流体经油嘴节流后的速度比高压区的流速高出几倍甚至几十倍 在从几十兆帕到一个大气压流动过程中 压力以近视台阶的方式下降 流速则以类似的方式上升 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 流动方式经过油嘴经过弯头 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 减缓冲蚀作用的几种思路减少固体颗粒降低井筒内的固体颗粒尽量减少储层排出的固相颗粒控制流速多级节流降压排液线性降压排液改变流动方式或设备内部结构改变流动方式改造设备内部结构 高压气井排液方式 高压高产气井地面设备冲蚀分析 减缓冲蚀作用的几种思路 高压气井排液方式 结论与建议 在高压气井在排液期间 尽量减少流体中的固相含量 降低流动速度并采用合适的流动方式将有助于降低或避免地面设备的损害和风险 采用多级节流降压排液或线性降压排液将有助于降低排液风险 设备研制方面应尽量避免高速流情况下在设备内部产生的局部真空 采用合适的流动方式尽量避免高速颗粒对设备某部位的集中作用 建议深入研究油井生产系统的节点分析 尤其是高压气井流动过程中的流体力学特性 科学指导现场工作 高压高产气井电子压力计地面直度试井 地面直读试井工艺关键环节 电子压力计在高压高产中最好使用由石英作为压力传感器的压力计 相对于应变压力计来说 石英压力计具有更好的稳定性 井口防喷系统密封油的选择阻流管长度注入设备井下加重杆流体对压力计的作用 高压高产气井电子压力计地面直度试井 地面直读试井现场应用情况 塔里木油田克拉205井基本数据井深 4033 64m套管 7 X4050m油管 4 1 2 FOX气密封油管 内径95mm管柱最小内径 70mm压力计可下入的最大深度 3776 32m井口关井压力 63 8MPa井底关井压力 73 95MPa求产范围 60 300万方 日 高压高产气井电子压力计地面直度试井 井口气产量与电缆张力的关系 高压高产气井电子压力计地面直度试井 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 内容摘要高压高产气井测试求产时 井下管柱或地面流程的内径对产能评价有很大影响 因此 从钻井设计开始 就应该充分考虑完井测试管柱的选择对产能的影响 并且在完井测试准备期间 应认真分析采油树和地面流程可能产生的节流 情况说明克拉203和克拉205井同是克拉2构造上的两口评价井 塔里木油田在2000年和2001年先后对这两口井的同一层位进行了完井测试 克拉203井用21 36mm油嘴求产 井口压力21 70Mpa 日产天然气201万方 克拉205井用20 32mm油嘴求产 井口压力达46 30Mpa 日产天然气达300万方 从压力和产量方面都出现了巨大差异 可以说 克拉205井的高产测试 为西气东输上游开发建设 实现稀井高产提供了可靠的产能依据 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 KL203 KL205 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 KL203 KL205 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 管柱节流摩阻分析结论由于两口井的深度基本相同 为了有效计算两口井节流摩阻的差异 取相同产量下的数据 克拉203井在201万方时的井口流压为26 70Mpa 克拉205井在206 71万方时的井口流压为54 21Mpa 两者相差27 51Map 在深度 产量几乎相同的条件下 井口流压的差别主要来源于管柱 对克拉203井 主要来源于150米内径38mm的钻铤和上部27 8 油管及31 2 油管 钻铤的节流压力可以近似计算为68 933 54 056 14 877Map 这一结果与通过试井分析得到的数据14Map很接近 另外 可以得出克拉203的油管摩阻比克拉205井高27 51 14 877 12 633Map 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 地面流程节流磨阻分析 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 克拉205井在不同制度下的采油树和油嘴管汇压力 高压高产气井井下管柱和地面流程节流磨阻分析 数据结论油嘴越大 产量越高 则采油树和地面高压管汇的节流摩阻越高 表中采油树和油嘴管汇的压力差基本反应了这一规律 在两翼管汇油嘴相同的情况下 2 1 2 管汇的摩阻明显高与3 1 2 管汇的摩阻 如在用12 7mm油嘴求产时 3 1 2 管汇的摩阻为3 23Mpa 而2 1 2 管汇的摩阻为4 62Mpa 后者