高含硫气田水平井试井工艺技术

一、 水平气井试井的难度与风险
硫化氢含量高, 井口防喷系统复杂 , 防喷管立管 高度 高, 测试工 具串长而重 , 且根据不同 的测试目 的, 需要多次进行钢丝起下和防喷管的安装、 拆卸和 保养 , 井口操作人员还要背负 10 余公斤重的防中毒 设备 , 工作量大 , 试井作业时间长, 难度高。 由于测试产量大、 井斜大 , 利用钢丝和测试工具 的自重将压力计送至入靶点附近难度非常大。 受井口防喷系统的高度和加重杆的重量及长度 的限制, 在测流压过程中 , 井下测试工具串除受井筒 天然气浮力作用外, 还受地层流体 ( 天然气、 残酸液、 砂粒 ) 高速流动时上冲力的影响 , 可能导致压力计受 损或钢丝疲劳甚至上冲打绞。 井场附近居民密集, 不允许长时间放喷, 要求在 最短时间测得最准确的资料。
104 m 3 / d, 表皮系数为- 2. 01, 储层垂向渗 10- 3 m 2 , 水平渗透 率为 170. 572
透率为 2. 40 m 。
五、 结 论
高含硫水 平气井试 井是一个 高风险的 系统工 程 , 是一个将系统风险逐步消减的过程。罗家 11 水 平气井试井开创了国内用钢丝下测试工具在高含硫 水平井中进行大产量试井的先河。现场实践表明, 通过垂直气井试井摸索出的大产量、 高含硫水平气 井试井工艺技术能够满足试井资料录取要求, 能够 确保测试作业的连续性和测试数据的准确性, 能够 保障操作人员和设备的安全, 试井施工作业安全、 可 行、 可靠。
施工前进行安全防护和应急抢险救助学习和演 练 , 成立事故应急小组和医疗救护小组 , 统一指挥, 各岗分工合作( 见图 1) 。
图 1 安全防护各岗位分 工图
每个现场操作人员配备一套空气呼吸器和硫化 氢报警器, 安排救护车辆和医疗救护人员值班 , 配足 硫化氢中毒现场医疗急救药品和设施。 作业前首先测风向, 立风向标, 确定逃生路线和 紧急集合地点。作业车摆放在距井口 30 m 以外的 上风口, 并将 2 台大功率排风扇摆放在上风口对着 井口吹。同时在卸压放喷管口、 出脂管口、 井口附近 低洼区域和不良通风区域布置硫化氢报警仪。作业 区用警示带隔离 , 非作业人员禁止进入作业区域。 采用地面 注脂系统 确保井 口放喷 装置的 动密 封 , 放喷软管和出脂管口离井口 60 m, 并用地矛固 定。 2. 测试作业 根据不同的作业内容和现场具体情况召开安全
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三、 水平气井试井工艺技术
1. 设备和材质选择 井口压力控制设备和材质的选择需根据高酸性 气藏 H 2 S 和 CO 2 的含量、 最高井口关井压力 , 基于 抗硫 化 物 应 力 开 裂 和 腐 蚀, 参 考 NACE 标 准 MR0175 有关设备和材料选择的推荐作法。 井下测试仪器的外壳材质须具有高抗硫、 二氧 化碳等酸性气体特征, 一般选用 inco nel718 材质 , 且 应具备精度高、 技术性能稳定、 安全可靠、 抗震和使 用维修方便的特点。 为保证测试工具串的重量, 加重杆内应灌装钨 , 外壳用 inconel718 材质铠装。 选择的非金属密封件应能承受所测气井的工作 压力、 温度和硫化氢环境。 试井钢丝宜选择含碳量低、 镍铬含量高的高抗 硫镍合金钢丝, 如 GD31M O, GD50N, MP 35N 等。 2. 技术准备 根据试井地质设计编制试井施工方案和安全应 急预案。依据最大测试产量、 井内油管串及井斜数 据和现场实际情况 , 设计计算试井工具串长度和最 大下入深度, 制定施工作业程序和相应的安全应急 98
式中: 为气体密度, kg/ m 3 ; r g 为天然气相对密度 ; R 为通用气体常数 , 取 8315 Pa m 3 / ( kmo l K) ; T 为 温度, K; Z 为气体偏差系数。 在测流压中, 井下工具串受井筒天然气浮力和 天然气高速流动时的冲击力作用。由于工具的存在 减小了油管的过流面积, 使流速大大增加, 按照公式 ( 3) 的不同截面气体流速 , 同时压力计工具串受到的 上顶力随流量的增大而增大。对于大斜度、 水平气 井 , 还需考虑井斜角增大而减少了工具的重力。
总结 了罗家 6、 7 两口高 含硫垂直气井的现场先导性试井试验取得的经验 , 通 过精心设 计 、 精心 准备 、 精心组织和 精 心施 工 , 克服了水平气井硫化氢含量高 、 测试产量大和井 口防喷 系统复 杂 、 防 喷管立 管高度 高 、 测 试工具 串长而 重 以及井斜角大 、 压力计下入难度高和大产量下地 层流体高速 流动时 上冲力的 影响等 困难 , 摸索出 了一套 适合高 含 硫水平气井的试井工艺技术和方法 , 确保了测试 作业的连续 性和测 试数据录 取的准 确性 , 保障了 操作人 员和设 备 的安全 , 并在罗家 11 水平气井的稳定试井和一系列试井 测试试 验中取 得成功 , 填补 了高含 硫化氢 、 大产 量水平 气 井钢丝试井技术在国内的空白 。 主题词 硫化氢 气井 定向井 试井 工艺 四川盆地 东北
第 25 卷第 8 期
天
然
气
工
业
开发及开 采
v=
q sc T 101. 325 Z 4 1 86400 293 p 1 d2
( 3)
井下测试工具串为满足大产量测试的要求, 采用 10 根加重杆带两只存储式电子压力计 , 同时为便于仪 器的起下和通过造斜井段, 每两根加重杆之间采用 了可以任意转角的万向短节, 并根据不同试井目的 对压力计组合采用优势互补搭配, 资料录取程序伸 缩灵活的方法, 既确保了作业人员和测试设备的安 全 , 又保障了测试作业的连续性和测试数据录取的 准确性。 罗家 11H 井是国内首次采用钢丝下测试工具 在高含硫水平气井中进行大产量试井 , 通过稳定试 井和一系列的试井测试试验, 取全取准了各项资料, 获得的压力、 温度资料准确可靠 , 试井工艺成功。经 试井分析解释: 井筒静压力梯度为 0. 00274 M Pa/ m; 60 104 m 3 / d 下的流动压力梯 度为 0. 00278 MP a/ m; 地层压力为 40. 3764 M Pa; 地热增温率为 51. 23 m/ ; 地层温度为 87. 02 ; 计算二项 式绝对无阻 流量 1026. 77 104 m 3 / d, 指 数式绝 对无 阻流 量为 1734. 53 10
二、 垂直气井试井安全操作技术
1. 测试前的准备工作 检查维护保养所有试井设 备和工具, 重点是井 口压力控制设备、 试井钢丝、 井下测试仪器以及安全 防护设备 , 确保各种设备工况良好, 能满足试井设计 方案和工作环境的要求。
作者简介 : 刘华强 , 1966 年生 , 高级工程师 ; 1990 年毕业于西南石油学院油藏工程专业 ; 现一直从事试井与试井解释工作。 地址 : ( 618300) 四川省广汉市中山大道南二段。电话 : ( 0838) 5151051 。 E - mail: liuhq@ petro china. com. cn
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2005 年 8 月
技术交底会议, 责任落实到人。 井口岗人员穿戴好防护设 施、 开启硫化氢报警 仪, 并经安全监督岗检查后才能进入作业区操作。 测试期间, 距井场周边 500 m 范围的各路口须 有专人看守, 任何车辆行人均不得入内 , 救护车辆和 医疗救护人员随时作好急救准备。 井口压力控制系统安装好后按井口最高关井压 力的 1. 5 倍试压验封 , 试井测试过程中每隔半小时 进行安全巡检, 并用肥皂水查验井口防喷系统是否 有漏。 实时监测工具入井过程中 钢丝悬重的变化, 分 析钢丝张力与井深 ( 产量) 实际变化曲线 , 确保施工 安全。 3. 测试结束 测试结束后在上起井下工 具前, 用清水在地滑 轮处连续冲洗钢丝的同时给钢丝涂抹一层保护油 , 并用排风扇对着绞车滚筒向外吹散钢丝上可能残留 的 H 2 S。 防喷管泄压不能直接放空 , 须采用地面放喷管 线或高压软管泄压, 并点火燃烧。 井口操作人员确认防喷管 内无压力后, 才能进 行防喷管的拆卸作业。
参 1 2 3 4 5 考 文 献
预案。 试井设备和测试仪器的准备。检查、 维护、 保养 所有上井试井设备和测试仪器, 模拟高含硫化氢气 体组分和地层压力、 温度环境对试井钢丝进行腐蚀 检测和拉伸试验, 确认入井工具能够满足所测气井 的工作条件。检查地面安全控制系统的工作性能, 确保在紧急情况下能够实现自动报警和整个测试系 统的紧急关闭。 安全防护设备的选择及人 员培训和安全演练。 对高含硫化氢气井应选择使用全面罩自给式正压空 气呼 吸器, 不 能使用防毒面具 或负压空气呼 吸器。 选择使用的便携式和固定式硫化氢报警仪的报警灵 敏度应达到 7. 5 mg/ m 3 。并根据试井作业程序和应 急预案内容将各岗位落实到人, 在室内进行技术练 兵和安全防护与应急抢险演练。 确定安全撤离路线 , 积极配合当地政府对周边 群众进行硫化氢气体的危害及安全防护学习, 并妥 善安置距井场周边 500 m 范围内居民的日常生活。 3. 水平气井试井工艺技术 ( 1) 井下工具串允许长度和下入深度设计分析 1) 井下工具串允许长度分析 对于大斜度、 水平气井, 试井工具串的长度受水 平井眼几何形状的限制 , 为便于试井仪器顺利通过 造斜段 , 安全起下, 需计算井下工具串的最大允许长 度 , 利用公式( 1) 可计算最大允许长度。 L max = 2 ( D + R) - ( R + d)
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然气工来自业开发及开 采
高含硫气田水平井试井工艺技术
刘华强 罗邦林
( 中国石油西南油气田分公司采气工程研究院 )
刘华强等 . 高含硫气田水平井试井工艺技术 . 天然气工业 , 2005; 25( 8) : 97~ 99 摘 要 目前高含硫水平气井试井国内还没有成熟的试井测试工艺技术 , 文章针对川 东北罗家 寨飞仙关鲕 滩 104 m 3 的特点 , 气藏天然气中 H 2 S 含量 高达 13. 74% 、 CO 2 含量高达 10. 41% 、 气井测 试日产 量达到 ( 100~ 300)
( 1)
式中: L m ax 为工 具串最大允许长 度, m ; D 为 油管内 径 , m ; R 为曲率半径, m ; d 为工具串外径 , m 。 2) 井下工具串下入深度分析 在测静压力过程中 , 压力计两端基本处于同一 压力系统, 工具仅受井筒天然气的浮力作用。井底 天然气密度由公式( 2) 计算。 = 28. 97r g p R TZ ( 2)
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式中 : v 为气体平均流速 , m/ s; p 为压力 , kPa; q sc 为 标准状态 下气体 流量 , m 3 / d; p s c 为 地面 大气 压力 , 101. 325 kP a; T sc 为地面温度 , 293 K; d 为油管内径 , m; Z 为气体偏差系数。 ( 2) 试井工艺技术 由于井口防喷管高度高, 安装时须用 4 根钢丝 绳绷紧, 顶端用风动绞车或吊车轻微上提, 使防喷管 柱稳固。 根据最大测试产量 , 利用公式 ( 2) 和 ( 3) 确定压 力计下入深度。同时为便于仪器的起下和通过造斜 井段 , 需要对井下工具串的段长进行设计分析。 为确保资料录取质量 , 至少下入两只压力计。 试井测试期间应保证注脂密封系统连续正常工 作, 合理控制注 脂压力。同时 , 保持 储能瓶 正常压 力, 确保防喷管泄漏等紧急情况下液压防喷器能实 现快速关闭。 实时监测测试工具进入大斜度井段过程中钢丝 悬重的变化, 分析测试工具串在井筒中的受力状态 及钢丝张力与井深( 产量 ) 变化关系 , 确保施工安全。 大产量测试时应 台阶式地 逐步 提高到 设计产 量, 同时密切监视井下测试工具串的悬重变化情况 , 如有异常须立即停止操作。 入井工具起出后 , 如需重新入井测试, 应对整套 井口压力控制设备和入井工具进行清洗和检查, 并 更换所有橡胶密封件 , 进行试压。