川东北地区“三高”气井开采关键技术*

孙天礼 黄仕林 梁中红 姚华弟

(中国石化西南油气分公司川东北采气厂)

1 基本情况

河坝1井位于四川盆地东北部通南巴构造河坝场高点，该井于2004年11月完钻，完井测试，在三叠系飞仙关组三段获得无阻流量400×104m3/d以上的高产天然气流。地层压力111.1MPa，地层温度151℃，微含H2S。

河坝1井飞三段于2007年4月中旬投入试采，试采方案设计合理产能为80×104m3/d。正常开井井口油压86 MPa～89MPa，井口温度72℃～80℃，最高关井压力94.5MPa。由此可见，河坝1井属高温、高压、高产气井(简称“三高”气井)，也是目前国内投入开发的井口压力最高的气井之一。

2 关键技术

2.1 井口及井下安全装置选择

(1)对于井口压力超过80MPa和井口温度超过70℃的气井工矿条件下应采用140MPa的进口采气树。河坝1井在首次测试时采用了国产的KQ105采气树，均出现法兰盘处或盘根处泄漏等危险情况。之后该井井口采用了美国WOM公司的FF级140MPa采气树和美国EEC公司的EE级105高压管汇台，生产半年时间无异常事件发生。

(2)采气树选择具有远程控制功能的液动或启动闸阀，实现井口自动操作和安全应急关井。河坝1井采气树4号总阀采用远程控制液动安全阀，两翼10、11号阀门采用远程控制液动平板阀，两翼节流阀采用笼式节流阀(图1)，实现了地面四起异常事件的紧急关井，保证了气井安全生产。

(3)采用贝克休斯公司生产的117MPa的井下安全阀，实行液动控制。河坝1井投产初期由于控制管线故障和操作失误，造成两次异常关井，并且每次打开井下安全阀难度逐次加大；在开关井过程中，控制管线由于井筒温度影响导致压力变化异常；日常生产过程中控制管线长期处于高压状态(达到123MPa以上)，控制管线及各连接点存在泄漏风险。通过实践认为，在气井完井状况良好和井口套管头及采气树压力级别满足工矿的条件下，可采用不安装井下安全阀的方法，从而降低异常关井的风险。

2.2 高压节流工艺装置优化及设备选择

(1)高压平板闸阀的选择

在河坝1井测试和投产初期，采用了国产的EE级105MPa平板闸阀组，在高压、高温工矿环境下，发生了闸阀盘根老化、盘根刺坏、密封钢圈泄露、阀门内漏等多起故障或生产事故，现场操作工作强度大、风险大，职工思想压力也大。分析原因就是国产105MPa闸阀在高压、高温环境下密封盘根材料不过关，易老化、易破损；闸门加工精度不够或材质问题，闸阀内漏严重且密封钢圈密封不严。

经过矿场实践，选用进口美国EEC公司生产的EE级105MPa金属密封平板闸阀，并按照高压区尽可能少使用闸阀的原则对高压区工艺流程进行了优化设计(如图1所示)，在高压区使用进口金属密封闸阀，国产闸阀用于三级截流后(压力低于20MPa，温度低于50℃)的工矿条件，这样很好的解决了高压区易发生故障的难题。

注：图中A为美国WOM公司FF级140采气树，4号总阀门为液动平板阀，两翼节流阀为笼式节流阀；B虚线内所用闸阀为美国EEC公司EE级105平板闸阀，其余均为国产EE级105组件；油1路所列数据为按35×104m3/d配产下的生产数据，油2路所列数据为按38×104m3/d进行直接开井时的生产数据。

图1河坝1井井口采气树及高压管汇区生产工艺流程图

(2)节流阀和节流级数选择

经过实践认为一般气井采用固定式节流方式(通常所说的油嘴节流方式)比可调式节流方式(通常所说的针型阀)节流效果更稳定、更耐用。对于“三高”气井，采用普通油嘴(采用B35CrMo合金钢)同样容易被刺坏，特别是气井测试初期，井内带有大量泥浆等杂质时，对油嘴的损坏更为严重。主要破坏形式表现为：油嘴内孔被刺扩大、油嘴丝扣刺坏脱扣、油嘴套丝扣刺坏、油嘴套内壁冲蚀槽、油嘴堵头冲蚀坑等。另外合理的节流压差也是保护油嘴的重要因素。

经过河坝1井生产的实践，总结出对于井口压力高于80MPa的气井，至少应采用三级以上的节流方式，并合理分配各级节流压差(如图1中油1路所列的生产数据)，使每级节流压差控制在35MPa以内；对普通油嘴进行改进，使油嘴堵头增加一定厚度(大于1cm)的G8材质的硬质合金衬面，在油嘴和油嘴套之间采用外加铜垫的端面密封方式，从而成功地解决了油嘴易刺坏的难题。

(3)高压管段连接方式选择

河坝1井高压工艺流程全部采用国产EE级105MPa高压管，高压管件采用法兰连接方式，对使用的连接弯头内部流体接触面都进行了圆度处理，较好地消除了高压焊接管线易产生应力集中的问题，且法兰连接密封性好，同时也有利于生产过程中的设备检修。经过半年时间的使用，河坝1井所用105MPa国产高压管、高压管件并没有出现异常情况，能够满足高压工艺流程安全生产的要求。

2.3 开井方式选择

高压气井开井不同于普通气井开井：①高压工矿条件下井口闸阀无法人工开启；②开井瞬间高速气流会对节流部位、高压管段及其连接部位产生强大的瞬间冲击力；③节流效应容易形成水合物，导致冰堵发生。较为稳妥的开井方式是采用压裂车先向井内泵注清水，降低井口压力后再开井。经过河坝1井的生产实践，摸索出了一套直接开井方式[1]，如图1中油2路所列数据就是采用38×104m3/d的工作制度直接开井的生产数据，其直接开井方式取得了成功应用。

3 结论与建议

(1)对于井口压力超过80MPa和井口温度超过70℃的气井工矿条件下应采用140MPa的进口采气树。采气树应选择具有远程控制功能的液动或气动闸阀，以实现井口自动操作和安全应急关井。对于完井状况良好且套管头及采气树压力级别满足工矿条件的气井，建议不安装井下安全阀，以降低异常关井风险。

(2)按照高压区尽可能少使用闸阀的原则进行高压区工艺设计，并在高温高压段选用进口金属密封平板闸阀。对于井口压力高于80MPa的气井，应采用至少三级以上的节流方式，且每级节流压差应控制在35MPa以内。对于高压气井应采用固定式节流阀节流，通过增加硬质合金内衬、油嘴堵头端面硬质处理，以及增加铜垫进行油嘴端面密封等措施可有效解决油嘴刺坏问题。国产法兰连接方式的105MPa高压管和高压管件能满足高压区安全生产要求。

(3)高压气井开井不同于普通气井开井。通过河坝1井生产实践，摸索出一套针对“三高”气井开井的直接开井方式，并取得了成功。

1 孙天礼，胡常忠 川东北高压、高温、高产气井开井方式优化[J]. 石油地质与工程，2007，(5):78-79.