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(yáng)457001）

文96地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(yáng)457001）

儲(chǔ)氣庫(kù)注采井須承受強(qiáng)注強(qiáng)采的工況，對(duì)套管柱的密封和層間封隔提出了更高的要求；枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層壓力系數(shù)低，鉆井施工過(guò)程易發(fā)生漏失、儲(chǔ)層保護(hù)難度大。針對(duì)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(chǔ)層保護(hù)技術(shù)等方面開(kāi)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(duì)儲(chǔ)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(chǔ)氣庫(kù)的注采井鉆井配套技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)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(chǔ)氣庫(kù)工程按期投產(chǎn)。

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

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是將從氣田開(kāi)采出來(lái)的天然氣重新注入到地下可以?xún)?chǔ)存氣體的空間而形成的一種人工氣藏[1]。文96地下儲(chǔ)氣庫(kù)為典型的枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)，是由原中原油田文96氣藏改建而成，它的主要目的是為滿(mǎn)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(zhǎng)輸管道安全、平穩(wěn)供氣。國(guó)內(nèi)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚，各種技術(shù)處于摸索階段，隨著近年來(lái)天然氣行業(yè)的快速發(fā)展，亟待研究地下儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)相關(guān)配套技術(shù)[2-3]。

1 文96氣藏簡(jiǎn)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(yíng)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(lái)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(guò)程易發(fā)生漏失，增加了鉆井施工難度。

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

（3）儲(chǔ)氣庫(kù)注采井與常規(guī)油氣井相比，其運(yùn)行周期更長(zhǎng)（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(guó)內(nèi)已建儲(chǔ)氣庫(kù)部分注采井井筒環(huán)空帶壓，對(duì)井筒完整性帶來(lái)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(chǔ)氣庫(kù)地處油區(qū)，為了實(shí)施井口集中管理，滿(mǎn)足后期生產(chǎn)頻繁操作的要求，減少土地占用，通過(guò)綜合對(duì)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(duì)氣庫(kù)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(chǎng)施工過(guò)程順利，地層比較穩(wěn)定，沒(méi)有異常壓力和異常巖性地層。定向井鉆井過(guò)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(kāi)技術(shù)套管座在欠壓地層的頂部，為三開(kāi)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(kāi)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(duì)儲(chǔ)層壓力低的特點(diǎn)，優(yōu)化水泥漿體系，經(jīng)過(guò)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(kāi)上部環(huán)空封固及承壓能力過(guò)低的尾管上部封固；非滲透無(wú)氯彈性尾漿用于二開(kāi)下部、三開(kāi)尾管固井。

水泥漿性能見(jiàn)表2。

表2 水泥漿性能評(píng)價(jià)表

（2）固井工藝。二開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(chǔ)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(duì)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(mǎn)足產(chǎn)率比相對(duì)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(chǔ)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(rùn)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(kāi)轉(zhuǎn)化為水包油乳化鉆井液，進(jìn)一步減少對(duì)儲(chǔ)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(duì)油氣層的浸泡；根據(jù)儲(chǔ)層物性特征，采取相應(yīng)的屏蔽暫堵保護(hù)儲(chǔ)層措施。

（2）固井過(guò)程防漏工藝。下套管前，模擬固井施工壓力，做好地層動(dòng)態(tài)承壓實(shí)驗(yàn)；嚴(yán)格控制套管下放速度，防止激動(dòng)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(guò)程儲(chǔ)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(kāi)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(rùn)濕角，降低毛管阻力，減少液體對(duì)儲(chǔ)層傷害，其室內(nèi)性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。現(xiàn)場(chǎng)采用射孔完井一體化管柱，施工過(guò)程減少一次起下鉆，儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

4 現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)施工順利，沒(méi)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(píng)價(jià)

4.2 固井質(zhì)量合格

固井施工過(guò)程順利，各層套管水泥漿均安全返至地面。除儲(chǔ)14井因換介質(zhì)導(dǎo)致測(cè)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(mǎn)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(chǔ)層保護(hù)效果良好

現(xiàn)場(chǎng)采用油管傳輸、負(fù)壓射孔，一次射開(kāi)全部層位，施工過(guò)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(duì)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(shuō)明鉆完井施工過(guò)程儲(chǔ)層保護(hù)效果良好。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）通過(guò)對(duì)注采井鉆井技術(shù)的研究，形成了適合文96儲(chǔ)氣庫(kù)的鉆井技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，為今后同類(lèi)型儲(chǔ)氣庫(kù)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(kù)生產(chǎn)安全。

（3）根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)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(kāi)全部層位，從而確保了長(zhǎng)井段、大跨度、超低壓枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的安全投產(chǎn)。

（4）目前，利用枯竭油氣藏建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)是我國(guó)首選的建庫(kù)類(lèi)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(chǔ)氣庫(kù)鉆井配套技術(shù)，為后期建庫(kù)提供技術(shù)支撐。

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TE82

B

1004-5716（2015）01-0045-03

2014-02-20

2014-02-24

中國(guó)石化“中原文96枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采技術(shù)研究”項(xiàng)目（編號(hào)：310013）。

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