世界首次海域水合物生产测试的完井系统

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吴西顺 译 张炜、卢运虎、代金友 审

日本石油天然气和金属矿物资源机构(JOGMEC)负责规划和管理该项目,日本石油勘探公司(JAPEX)作为作业方。日本钻探公司(JDC)在JOGMEC 的指导下设计并整合完井系统。贝克休斯公司设计所需设备并运营完井系统。于2013 年3 月成功实施了生产测试。本文工程中的完井系统利用电潜泵(ESP)结合井下实时监测,同时综合运用自然分离和人工分离的方法将产出的气液流体分别输送至地表。本文旨在介绍完井系统在降压法天然气水合物生产井中的应用,总结完井系统、关键生产管线部件,以及从生产测试中获得的经验。

1 引言

世界首次海底天然气水合物完井系统在日本东海岸的东部近海南海海槽的东部海域安装并于2013年3月成功实施了生产测试。本文工程中的完井系统利用电潜泵(ESP)结合井下实时监测,同时综合运用自然分离和人工分离的方法将产出的气液流体分别输送至地表。本文旨在介绍完井系统在降压法天然气水合物生产井中的应用,总结完井系统、关键生产管线部件,以及从生产测试中获得的经验。

2 设计标准

(1)在水深大于1000米的环境下在地球号深海钻探船(D/V)实施完井系统。
(2)适合在海底地表以下300米实施上部和下部完井。
(3)井底压力降至3兆帕。
(4)考虑浅海海床地层条件下的温压状况。
(5)在测试时采集高质量的井下数据以评价井底压力和地层响应之间的关系。
(6)提供最大的流量保障和预防钻具中水合物二次生成。
(7)安全作业。

3 技术性挑战

3.1 完井系统的尺寸

钻井立管和和海底防喷器(BOP)的内径分别是19.5"和18.75"。ESP封隔器(Packer)和砾石充填封隔器能够安装在9 5/8"生产套管之上,所选的套管内径(ID)为8.681"。滤砂网底管的内径为4.894"。

3.2 优化流量保障

(1)完井系统配备的感应加热器在井内加热生产流体;
(2)尽最大可能从水通路中分离气体;
(3)完井系统中安装有化学品注入管线以注入甲醇。

3.3 缆线铺设

电缆、水力管线和分布式温度感应(DTS)电缆需要从地面与完井系统进行连接。完井设备各段的电缆防护套和缆线夹钳要基于触点和缆线强度分析仔细设计,以适合在有限的空间内安装。

4 完井设计概述

图1
图1 井下生产系统概览

5 关键部件

5.1 带气体分离器的ESP反向护罩(Inverse Shroud)装置

图2
图2 ESP 反向护罩装置概览

5.2 封隔器组合(双孔ESP封隔器、SAF阀门、球形阀、双流头(DFH)、缆线旁路)

图3
图3 ESP 封隔器装置概览
图4
图4 ESP 封隔器组合内部的流通路径

5.3 (SureSENS、WellLIFT、DTS、带存储的温压计)

温压计被策略性地安装在完井系统中,以在测试期间收集“实时”信息。
SureSENS单点温压测量仪位于下部完井系统,但位于尾管系统下部的射孔接头的上方。SureSENS双点温压测量仪位于尾管系统上,紧贴套管柱(landing string)的下方。

5.4 field 衬套(提高热效率)

图5
图5 anfield 轴衬(贯穿式密封设备)

6 准备工作(鉴定测试、功能测试、整体测试)

6.1 整体测试

整体测试的目标包括:
(1)在钻井台确认完井系统设备的组配、安装和入井程序。
(2)在钻井台上确认完井系统的组配、安装和入井程序中的设备操作。
(3)在钻井台上确认每一个步骤的工时。
(4)在钻井台熟悉完井系统的操作程序。
(5)针对完井系统的安装,确认电缆卷筒的位置和布局。
(6)确认所购设备的尺寸和对接。
(7)团队建设。

6.2 ESP封隔器鉴定测试

51A4尺寸的ESP封隔器成功通过测试,以适合低温应用。

6.3 封隔器组合的功能测试

该功能测试证明完井系统可以顺利运转、安装和收回。

7 生产测试行动

7.1 2012年测试地的准备工作

首次近海海底生产测试的准备工作于2012年的第一季度实施。利用“地球号深海钻探船(D/V)”总共钻出了3口无立管井(riserless)。在钻井过程中,2012年初在渥美港近海的Daini Atsumi Knoll(第二渥美海丘)北坡完钻了生产井(AT1-P)和带温度传感器的温度监测井(AT1-MC,AT1-MT1),同时实施了密集的数据采集计划。生产井(AT1-P)位于日本南海海槽的东部,水深为平均海平面(MSL)以下1000米。

(未完待续)

资料来源:Maki Matsuzawa et al. A Completion System Application for the World’s First Marine Hydrate Production Test. Offshore Technology Conference, OTC-25310-MS (2014), 1~22.

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