中國成功應(yīng)用 “抗三高”完井技術(shù)
時(shí)間：2016-08-04 15:51
來源：
作者:邵立民 / 中石化東
目前，國內(nèi)天然氣需求 急劇增多，天然氣的 開發(fā)力度逐年加大。 近些年高溫高壓酸性 氣藏相繼發(fā)現(xiàn)并投入開發(fā)，同時(shí)也 暴露出一些問題。由于地層壓力、 溫度高，對(duì)完井管柱及配套工具的 耐溫、耐壓要求也相應(yīng)提高，要求 井口及井下工具具備耐腐蝕性的同 時(shí)還要密封可靠。開采過程中，若 在井口采用節(jié)流措施，由于井底到 地面溫度和壓力變化較大，節(jié)流效 應(yīng)往往造成水合物的產(chǎn)生而堵塞管 柱， 影響生產(chǎn)。 同時(shí)由于腐蝕的原因， 使得氣井需要的例行修井次數(shù)增多， 造成產(chǎn)層污染， 嚴(yán)重影響氣井生產(chǎn)， 套管的腐蝕還將嚴(yán)重影響氣井的使 用壽命。頻繁的氣井維護(hù)將導(dǎo)致油 氣生產(chǎn)成本、勞動(dòng)強(qiáng)度顯著增加， 極大地影響了油氣生產(chǎn)效益。 因此， 研究人員針對(duì)高溫高壓酸性氣藏的 特點(diǎn)，研發(fā)出新的高溫高壓酸性氣 藏完井技術(shù)，以下簡稱“抗三高” 完井技術(shù)。
腐蝕因素及影響
鋼材在酸性環(huán)境中的腐蝕主要 包 括 電 化 學(xué) 腐 蝕， 以 及 在 H 2 S 環(huán) 境中的應(yīng)力腐蝕。地層水和天然氣 中的凝析水與油管接觸在油管內(nèi)壁 形成一層很薄的水膜，天然氣中的 CO 2 溶解水膜中使水膜的 pH 值下 降，呈酸性，于是腐蝕從油管內(nèi)壁 開始發(fā)生。溫度是影響 CO 2 腐蝕的 重要參數(shù)，在低于 60℃時(shí)，不能形 成保護(hù)性膜層，腐蝕產(chǎn)物膜軟而無 附著力，表現(xiàn)為均勻腐蝕，且腐蝕 速率大；150℃以上時(shí)，腐蝕產(chǎn)物 為細(xì)致、緊密、附著力強(qiáng)的 FeCO 3 和 Fe 3 O 4 膜，腐蝕速率降低；在溫 度小于 60℃時(shí)，鋼的腐蝕速率隨 CO 2 分壓增加而增大；在溫度大于 60℃及在實(shí)際中，只能用經(jīng)驗(yàn)公式 估算沒有膜的裸鋼在最壞情況下的 腐蝕速率。 在 H 2 S 環(huán)境下主要存在兩種腐 蝕，即電化學(xué)腐蝕以及應(yīng)力腐蝕。 應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）是金屬在含 硫天然氣和應(yīng)力兩者作用下產(chǎn)生的 破裂，應(yīng)力開裂往往造成災(zāi)難性事 故。發(fā)生 SSCC 的應(yīng)力值通常遠(yuǎn)低 于鋼材的抗拉強(qiáng)度，引起 SSCC 的 主要因素為環(huán)境因素（H 2 S 濃度、 pH 值、溫度及作用的應(yīng)力）。
“抗三高”完井技術(shù)應(yīng)用
酸性氣藏完井技術(shù)對(duì)入井材質(zhì) 的防腐性能以及絲扣的密封性能提 出了更高的要求，因此酸性氣藏完 井作業(yè)需根據(jù)酸性氣藏類型、巖石 性質(zhì)、巖石應(yīng)力敏感性及腐蝕性氣 體含量等，確定合理的完井方式。 對(duì)于高溫高壓酸性氣井，完井管柱 設(shè)計(jì)時(shí)考慮到防腐的同時(shí)，還必須 保證管柱耐高溫高壓，防止管柱及 工具泄漏，因此要求材質(zhì)防腐、扣 型密封。 管徑大小與完井工藝方面， 應(yīng)要求更好地利用地層能量，盡量 使用大管徑油管提高采氣速度，減 少酸性氣井開采周期，縮短酸性氣 田高投資的回收期，提高開采期井 下和地面安全性。采用各種工具的 最小通徑能滿足完井及后續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān) 測(cè)的要求，達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)、安全 開發(fā)之目的。
目前， 高 溫、 高 壓、 高 腐 蝕 條 件 下 的 完 井 技 術(shù) 已 應(yīng) 用 了 4 口 井， 在 松 南 氣 田 應(yīng) 用 了 3 口 井， 川 東 北 河 壩 區(qū) 塊 應(yīng) 用 了 1 口 井。 松南火山巖氣田是高含 CO 2 的酸 性氣藏，三口井的目的層都在營城 組， 地 層 條 件 相 似，CO 2 含 量 為 18.1%~27.41%。 根 據(jù) CO 2 分 壓， 管柱材質(zhì)選擇的是抗 CO 2 腐蝕 SM 13Cr80。根據(jù)配產(chǎn)要求，并通過節(jié) 點(diǎn)分析，油管尺寸選擇 Φ73mm， 滿足生產(chǎn)要求。 為了保護(hù)上部套管， 避免上部套管與腐蝕性氣體接觸而 降低套管的使用壽命，完井投產(chǎn)管 柱采用永久封隔器完井管柱，管柱 上部采用井下安全閥及伸縮補(bǔ)償器； 為了保證油管及井下工具可靠密封， 采用 FOX 扣，3 口井都投產(chǎn)以來已 連續(xù)生產(chǎn)超過三年。 川 東 北 河 壩 區(qū) 塊 是 一 口 用 于 開 發(fā) 試 驗(yàn) 的 水 平 井， 設(shè) 計(jì) 垂 深 4,610m， 該 井 預(yù) 測(cè) 地 層 最 大 壓 力 87.6MPa， 井 口 最 大 關(guān) 井 壓 力 為 73.85 MPa，預(yù)測(cè)目的層溫度為 114 ℃，H 2 S 含 量 0.65%，CO 2 含 量在 1% 左右，計(jì)算井底 H 2 S 分壓 為 0.57MPa， CO 2 分壓為 0.88MPa， 為典型高溫高壓酸性氣井。對(duì)該井 進(jìn)行了選擇性襯管完井作業(yè)。
完井投產(chǎn)管柱同樣采用的是永久封隔器 完井管柱，管柱上部采用井下安全 閥及伸縮補(bǔ)償器。根據(jù) H 2 S、CO 2 分壓選擇 SM2535 系列油管作為生 產(chǎn)油管，滿足防腐要求，扣型選擇 VAM TOP 氣密扣，滿足密封要求。 油管尺寸選擇主要通過節(jié)點(diǎn)分析， 同時(shí)考慮到抗沖蝕及攜液要求，完 井管柱采用外徑 Φ89mm 油管。 套管及襯管材質(zhì)及尺寸選擇根 據(jù)油套匹配關(guān)系，為了保護(hù)套管， 封 隔 器 上 部 采 用 Φ177.8mm110S 材 質(zhì) 的 套 管， 封 隔 器 座 封 位 置 以 上 100m 及 以 下 20m 井 段 采 用 Φ 1 7 7 . 8 m m S M 2 5 3 5 - 1 1 0 材 質(zhì) 套 管， 以 下 剩 余 套 管 選 用 Φ177.8mm110SS 材質(zhì)，襯管采用 Φ139.7mm110SS 材質(zhì)。該管柱結(jié) 構(gòu)滿足安全生產(chǎn)及防腐要求。
“抗三高”完井技術(shù)優(yōu)勢(shì)
高溫高壓酸性氣藏完井技術(shù)的 管柱及配套工具耐溫、耐壓及防腐 要求的提高，井口及井下工具需選 用耐酸氣腐蝕的材質(zhì)，同時(shí)還要求 密封可靠。完井管柱優(yōu)化主要根據(jù) 油管對(duì)產(chǎn)量的敏感性，油管摩阻于 產(chǎn)量的關(guān)系， 氣井的流入流出特征， 以及抗氣流沖蝕、井筒攜液要求， 選擇最佳的油套管尺寸。對(duì)于高溫 高壓含 H 2 S、CO 2 氣井，為保證可 靠密封，管柱應(yīng)采用氣密封特殊扣 油管；為了保護(hù)上部套管及井口， 管柱下部應(yīng)接耐高溫高壓封隔器； 為避免油管伸縮對(duì)油管及封隔器造 成破壞及保證安全生產(chǎn)，管柱上部 采用耐高溫高壓伸縮補(bǔ)償器以及井 下安全閥。
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