文96地下儲氣庫注采井鉆井技術(shù)

腰世哲，張延斌，紀(jì)成學(xué)，龐 楓，李敬忠

（中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，河南濮陽457001）

文96地下儲氣庫注采井鉆井技術(shù)

腰世哲*，張延斌，紀(jì)成學(xué)，龐 楓，李敬忠

（中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，河南濮陽457001）

儲氣庫注采井須承受強(qiáng)注強(qiáng)采的工況，對套管柱的密封和層間封隔提出了更高的要求；枯竭氣藏儲氣庫儲層壓力系數(shù)低，鉆井施工過程易發(fā)生漏失、儲層保護(hù)難度大。針對文96區(qū)塊地質(zhì)特征及注采井特殊要求，從井身結(jié)構(gòu)、固井設(shè)計(jì)、完井設(shè)計(jì)、儲層保護(hù)技術(shù)等方面開展了詳細(xì)研究，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選水泥漿體系，針對儲層特點(diǎn)優(yōu)化固井工藝；設(shè)計(jì)射孔完井一體化管柱，研究射孔完井一體化投產(chǎn)施工技術(shù)，形成了適合文96地下儲氣庫的注采井鉆井配套技術(shù)。現(xiàn)場鉆井實(shí)踐顯示，注采井鉆井周期明顯縮短、井身質(zhì)量合格、固井優(yōu)良率高、完井及儲層保護(hù)效果好，達(dá)到了工程設(shè)計(jì)要求，充分證明了所研究鉆井技術(shù)的科學(xué)性和實(shí)用性，從而保障了文96地下儲氣庫工程按期投產(chǎn)。

地下儲氣庫；注采井；定向井；井身結(jié)構(gòu)；固井工藝；完井管柱

地下儲氣庫是將從氣田開采出來的天然氣重新注入到地下可以儲存氣體的空間而形成的一種人工氣藏[1]。文96地下儲氣庫為典型的枯竭氣藏型儲氣庫，是由原中原油田文96氣藏改建而成，它的主要目的是為滿足季節(jié)調(diào)峰及突發(fā)事件應(yīng)急供氣需要，保證榆林至濟(jì)南長輸管道安全、平穩(wěn)供氣。國內(nèi)地下儲氣庫建設(shè)起步較晚，各種技術(shù)處于摸索階段，隨著近年來天然氣行業(yè)的快速發(fā)展，亟待研究地下儲氣庫建庫相關(guān)配套技術(shù)[2-3]。

1 文96氣藏簡況

文96氣藏構(gòu)造位置屬于東濮凹陷中央隆起帶文留構(gòu)造的東翼，構(gòu)造地層自上到下有第四系平原組、明化鎮(zhèn)組、上第三系館陶組、東營組、下第三系沙河街組。氣藏沙二下1～4，8、沙三上1～3砂組為層狀邊水氣藏，沙二下5～7為帶油環(huán)的氣頂氣藏；蓋層為沙二上亞段和沙一段，厚度大，巖性純，密封性好。

根據(jù)2005年以來的文96氣藏7口井8井次的靜壓資料，沙二下1～4層系的壓力已經(jīng)降到3.16MPa，接近廢棄壓力；沙二下5～7、沙二下8—沙三上3層系的地層壓力在3.82～6.97MPa。

2 鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）地層壓力系數(shù)低，施工過程易發(fā)生漏失，增加了鉆井施工難度。

（2）儲氣層位壓力低，打開氣層后鉆進(jìn)、電測、固井及完井施工過程中儲層易受工作液污染，儲層保護(hù)技術(shù)要求高。

（3）儲氣庫注采井與常規(guī)油氣井相比，其運(yùn)行周期更長（30～50年）、應(yīng)力變化更頻繁（周期性強(qiáng)注、強(qiáng)采），要求氣密封性好[4-6]。國內(nèi)已建儲氣庫部分注采井井筒環(huán)空帶壓，對井筒完整性帶來安全隱患[7]，因此，注采井固井及完井質(zhì)量要求更高。

3 鉆井工藝技術(shù)

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文96儲氣庫地處油區(qū)，為了實(shí)施井口集中管理，滿足后期生產(chǎn)頻繁操作的要求，減少土地占用，通過綜合對比分析，注采井采用叢式井組布井。新井均部署在構(gòu)造高部位，全部采用雙靶定向井的方式，這樣，既能鉆全氣層，又能減少邊水對氣庫運(yùn)行產(chǎn)生的不良影響[8]。

文留區(qū)塊鉆井歷史資料顯示現(xiàn)場施工過程順利，地層比較穩(wěn)定，沒有異常壓力和異常巖性地層。定向井鉆井過程需多次更換鉆具組合，因此，必須保證淺層井眼的穩(wěn)定，設(shè)計(jì)表層套管下深300m，封平原組流砂層及松軟地層。由于沙二下、沙三上地層壓力系數(shù)為0.18～0.63，為嚴(yán)重欠壓地層，二開技術(shù)套管座在欠壓地層的頂部，為三開正常鉆進(jìn)提供保障，同時(shí)鉆遇井下復(fù)雜情況便于處理，有利于三開安全鉆進(jìn)。

綜合考慮文96氣藏情況、注采要求和鉆井施工安全等因素，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 注采井井身結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)表

3.2 固井工程設(shè)計(jì)

（1）水泥漿體系。針對儲層壓力低的特點(diǎn)，優(yōu)化水泥漿體系，經(jīng)過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究出非滲透高強(qiáng)度低密度領(lǐng)漿用于二開上部環(huán)空封固及承壓能力過低的尾管上部封固；非滲透無氯彈性尾漿用于二開下部、三開尾管固井。

水泥漿性能見表2。

表2 水泥漿性能評價(jià)表

（2）固井工藝。二開采用雙密度固井技術(shù)，根據(jù)地層承壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定尾漿的返高，若承壓允許，二開固井尾漿返高不少于1000m，如不允許最低也應(yīng)在鹽層頂部以上100m，保證鹽層段封固質(zhì)量。采用紊流+塞流頂替，提高頂替效率，同時(shí)保持井壁穩(wěn)定。

由于三開采用水包油鉆井液，固井時(shí)采用性能良好的沖洗型隔離液HRD-Ⅲ，接觸時(shí)間不小于10min。三開采用尾管回接至井口的固井方式[9]，降低施工壓力，避免壓漏地層；懸掛器位置進(jìn)入技術(shù)套管250m以上，保證重疊段的質(zhì)量。高壓層頂部或技術(shù)套管內(nèi)加1～2只管外封隔器，形成永久性封隔，防止后期氣竄[10]。

3.3 完井工程設(shè)計(jì)

根據(jù)文96氣藏儲層特征、流體性質(zhì)、增產(chǎn)措施及安全生產(chǎn)等方面考慮，同時(shí)參考該區(qū)塊完井方式經(jīng)驗(yàn)，注采井采用射孔完井方式，設(shè)計(jì)采用射孔完井一體化作業(yè)實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)[11]。

設(shè)計(jì)完井管柱結(jié)構(gòu)自上而下為：井下安全閥、滑套、坐落球座、永久式封隔器、坐落球座、篩管、減震器、射孔槍串。根據(jù)氣藏和井筒條件，結(jié)合射孔完井對產(chǎn)能的需求，進(jìn)行注采井射孔參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。按照滿足產(chǎn)率比相對較大、兼顧防砂需要的原則[12-13]，依據(jù)射孔參數(shù)計(jì)算結(jié)果，確定了最佳射孔參數(shù)[14]，即射孔槍彈采用127復(fù)合槍與DP44RDX38-1彈組合，孔密為20孔/m，相位為90°，布孔方式采用螺旋布孔，孔縫結(jié)合穿深大于6m。

3.4 儲層保護(hù)技術(shù)

（1）優(yōu)選鉆井液體系，保持性能穩(wěn)定。上部地層采用低固相聚合物鉆井液；造斜前逐步混原油至10%，以提高鉆井液的潤滑性；進(jìn)入鹽層前進(jìn)行預(yù)處理，降低固相、粘切，以提高鉆井液的抗污染能力；三開轉(zhuǎn)化為水包油乳化鉆井液，進(jìn)一步減少對儲層的傷害。進(jìn)入油氣層前嚴(yán)格控制失水；加快鉆井速度，減輕鉆井液對油氣層的浸泡；根據(jù)儲層物性特征，采取相應(yīng)的屏蔽暫堵保護(hù)儲層措施。

（2）固井過程防漏工藝。下套管前，模擬固井施工壓力，做好地層動態(tài)承壓實(shí)驗(yàn)；嚴(yán)格控制套管下放速度，防止激動壓力壓漏地層；采用尾管懸掛固井方式，降低施工壓力，避免壓漏地層。

（3）完井過程儲層保護(hù)技術(shù)。設(shè)計(jì)采用負(fù)壓射孔，射孔液用量少，射孔保護(hù)液以降低表面張力為主。經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)開發(fā)出的新型氟碳低傷害射孔保護(hù)液體系，可顯著降低氣/液兩相表面張力，增大潤濕角，降低毛管阻力，減少液體對儲層傷害，其室內(nèi)性能評價(jià)結(jié)果見表3?，F(xiàn)場采用射孔完井一體化管柱，施工過程減少一次起下鉆，儲層保護(hù)效果好。

4 現(xiàn)場實(shí)施效果

4.1 鉆井施工順利

14口注采井鉆井機(jī)械鉆速較高，現(xiàn)場施工順利，沒有出現(xiàn)井下復(fù)雜與事故，大大地縮短了鉆井周期，與同區(qū)老井相比鉆井周期大約縮短55%。

表3 氟碳低傷害射孔液體系性能評價(jià)

4.2 固井質(zhì)量合格

固井施工過程順利，各層套管水泥漿均安全返至地面。除儲14井因換介質(zhì)導(dǎo)致測井質(zhì)量為合格外，其余全部為優(yōu)良，合格率為100%，優(yōu)良率為92.9%。目前，注采氣系統(tǒng)均已正常生產(chǎn)，注采井能夠滿足安全生產(chǎn)要求，有力地證明井筒質(zhì)量完全合格。

4.3 完井及儲層保護(hù)效果良好

現(xiàn)場采用油管傳輸、負(fù)壓射孔，一次射開全部層位，施工過程正常，有效避免了壓井起下管柱可能造成的二次污染。完井之后直接投產(chǎn)，先后對14口注采井實(shí)施注氣，單井日注氣量最低為23.2×104m3，最高可達(dá)59.6× 104m3；注采井試采氣結(jié)果顯示，單井日采氣量最低為18.5×104m3，最高達(dá)56.3×104m3，注采井達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求，充分說明鉆完井施工過程儲層保護(hù)效果良好。

5 結(jié)論與認(rèn)識

（1）通過對注采井鉆井技術(shù)的研究，形成了適合文96儲氣庫的鉆井技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，為今后同類型儲氣庫鉆井設(shè)計(jì)及施工提供了參考依據(jù)。

（2）尾管回接固井可降低施工壓力，減小發(fā)生固井漏失的風(fēng)險(xiǎn)，并在氣藏蓋層形成雙水泥環(huán)封固，提高耐沖擊性及密封性，確保氣庫生產(chǎn)安全。

（3）根據(jù)儲氣庫注采特點(diǎn)，采用射孔完井一體化管柱配置，結(jié)合氣層及井筒條件優(yōu)化射孔參數(shù)，負(fù)壓射孔，一次射開全部層位，從而確保了長井段、大跨度、超低壓枯竭氣藏儲氣庫的安全投產(chǎn)。

（4）目前，利用枯竭油氣藏建設(shè)地下儲氣庫是我國首選的建庫類型，其鉆井技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的課題，應(yīng)進(jìn)一步深入研究與探討，盡快形成枯竭油氣藏地下儲氣庫鉆井配套技術(shù)，為后期建庫提供技術(shù)支撐。

[1]華愛剛,李建中,盧從生.天然氣地下儲氣庫[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[2]丁國生,王皆明.枯竭氣藏改建儲氣庫需要關(guān)注的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].天然氣工業(yè),2011,31（5）:87-89.

[3]陽小平,程林松,何學(xué)良,等.地下儲氣庫技術(shù)斷層的完整性評價(jià)[J].油氣儲運(yùn),2013,32（6）:578-581.

[4]趙春林,溫慶和,宋桂華,等.枯竭氣藏新鉆儲氣庫注采井完井工藝[J].天然氣工業(yè),2003,23（2）:93-95.

[5]李朝霞,何愛國.砂巖儲氣庫注采井完井工藝技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2008,36（1）:16-19.

[6]楊再葆,張香云,王建國,等.蘇橋潛山地下儲氣庫完井工藝配套技術(shù)研究[J].油氣井測試,2012,21（6）:57-59.

[7]鐘福海,鐘德華.蘇橋深潛山儲氣庫固井難點(diǎn)及對策[J].石油鉆采工藝,2012,34（5）:118-121.

[8]董德仁,于成水,何衛(wèi)濱,等.枯竭油氣藏儲氣庫鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2004,24（9）:148-152.

[9]王秀玲.中原油田文96儲氣庫固井技術(shù)[J].鉆井液與完井液, 2013,30（4）:56-58.

[10]趙常青,曾凡坤,劉世彬,等.相國寺儲氣庫注采井固井技術(shù)[J].天然氣勘探與開發(fā),2012,35（2）:65-69.

[11]何漢平,吳俊霞,黃健林,等.伊朗雅達(dá)油田完井工藝[J].石油鉆采工藝,2012,34（4）:26-30.

[12]陳平,唐海軍,徐貴春,等.水平井射孔完井產(chǎn)能預(yù)測研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2010,32（3）:27-32.

[13]郭祥波,郭昭學(xué),朱忠偉,等.低壓油氣藏改建地下儲氣庫射孔工藝優(yōu)化[J].斷塊油氣田,2013,20（2）:255-257.

[14]付太森,紀(jì)成學(xué),腰世哲,等.文96地下儲氣庫注采井完井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2013,35（6）:44-47.

TE82

B

1004-5716（2015）01-0045-03

2014-02-20

2014-02-24

中國石化“中原文96枯竭氣藏儲氣庫注采技術(shù)研究”項(xiàng)目（編號：310013）。

腰世哲（1985-），男（漢族），河北邢臺人，助理工程師，現(xiàn)從事天然氣地下儲氣庫建設(shè)與運(yùn)行管理工作。