文96地下儲氣庫注采井鉆井技術

腰世哲，張延斌，紀成學，龐 楓，李敬忠

（中石化天然氣榆濟管道分公司，河南濮陽457001）

文96地下儲氣庫注采井鉆井技術

腰世哲*，張延斌，紀成學，龐 楓，李敬忠

（中石化天然氣榆濟管道分公司，河南濮陽457001）

儲氣庫注采井須承受強注強采的工況，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低，鉆井施工過程易發生漏失、儲層保護難度大。針對文96區塊地質特征及注采井特殊要求，從井身結構、固井設計、完井設計、儲層保護技術等方面開展了詳細研究，優化井身結構設計；室內實驗優選水泥漿體系，針對儲層特點優化固井工藝；設計射孔完井一體化管柱，研究射孔完井一體化投產施工技術，形成了適合文96地下儲氣庫的注采井鉆井配套技術。現場鉆井實踐顯示，注采井鉆井周期明顯縮短、井身質量合格、固井優良率高、完井及儲層保護效果好，達到了工程設計要求，充分證明了所研究鉆井技術的科學性和實用性，從而保障了文96地下儲氣庫工程按期投產。

地下儲氣庫；注采井；定向井；井身結構；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調峰及突發事件應急供氣需要，保證榆林至濟南長輸管道安全、平穩供氣。國內地下儲氣庫建設起步較晚，各種技術處于摸索階段，隨著近年來天然氣行業的快速發展，亟待研究地下儲氣庫建庫相關配套技術[2-3]。

1 文96氣藏簡況

文96氣藏構造位置屬于東濮凹陷中央隆起帶文留構造的東翼，構造地層自上到下有第四系平原組、明化鎮組、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 鉆井技術難點分析

（1）地層壓力系數低，施工過程易發生漏失，增加了鉆井施工難度。

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

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

3 鉆井工藝技術

3.1 井身結構設計

文96儲氣庫地處油區，為了實施井口集中管理，滿足后期生產頻繁操作的要求，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行產生的不良影響[8]。

文留區塊鉆井歷史資料顯示現場施工過程順利，地層比較穩定，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定，設計表層套管下深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為0.18～0.63，為嚴重欠壓地層，二開技術套管座在欠壓地層的頂部，為三開正常鉆進提供保障，同時鉆遇井下復雜情況便于處理，有利于三開安全鉆進。

綜合考慮文96氣藏情況、注采要求和鉆井施工安全等因素，井身結構設計如表1所示。

表1 注采井井身結構基本數據表

3.2 固井工程設計

（1）水泥漿體系。針對儲層壓力低的特點，優化水泥漿體系，經過室內實驗研究出非滲透高強度低密度領漿用于二開上部環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 水泥漿性能評價表

（2）固井工藝。二開采用雙密度固井技術，根據地層承壓實驗結果確定尾漿的返高，若承壓允許，二開固井尾漿返高不少于1000m，如不允許最低也應在鹽層頂部以上100m，保證鹽層段封固質量。采用紊流+塞流頂替，提高頂替效率，同時保持井壁穩定。

由于三開采用水包油鉆井液，固井時采用性能良好的沖洗型隔離液HRD-Ⅲ，接觸時間不小于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；懸掛器位置進入技術套管250m以上，保證重疊段的質量。高壓層頂部或技術套管內加1～2只管外封隔器，形成永久性封隔，防止后期氣竄[10]。

3.3 完井工程設計

根據文96氣藏儲層特征、流體性質、增產措施及安全生產等方面考慮，同時參考該區塊完井方式經驗，注采井采用射孔完井方式，設計采用射孔完井一體化作業實現投產[11]。

設計完井管柱結構自上而下為：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。根據氣藏和井筒條件，結合射孔完井對產能的需求，進行注采井射孔參數優化計算。按照滿足產率比相對較大、兼顧防砂需要的原則[12-13]，依據射孔參數計算結果，確定了最佳射孔參數[14]，即射孔槍彈采用127復合槍與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，孔縫結合穿深大于6m。

3.4 儲層保護技術

（1）優選鉆井液體系，保持性能穩定。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；進入鹽層前進行預處理，降低固相、粘切，以提高鉆井液的抗污染能力；三開轉化為水包油乳化鉆井液，進一步減少對儲層的傷害。進入油氣層前嚴格控制失水；加快鉆井速度，減輕鉆井液對油氣層的浸泡；根據儲層物性特征，采取相應的屏蔽暫堵保護儲層措施。

（2）固井過程防漏工藝。下套管前，模擬固井施工壓力，做好地層動態承壓實驗；嚴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）完井過程儲層保護技術。設計采用負壓射孔，射孔液用量少，射孔保護液以降低表面張力為主。經室內實驗開發出的新型氟碳低傷害射孔保護液體系，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，其室內性能評價結果見表3。現場采用射孔完井一體化管柱，施工過程減少一次起下鉆，儲層保護效果好。

4 現場實施效果

4.1 鉆井施工順利

14口注采井鉆井機械鉆速較高，現場施工順利，沒有出現井下復雜與事故，大大地縮短了鉆井周期，與同區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

4.2 固井質量合格

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井因換介質導致測井質量為合格外，其余全部為優良，合格率為100%，優良率為92.9%。目前，注采氣系統均已正常生產，注采井能夠滿足安全生產要求，有力地證明井筒質量完全合格。

4.3 完井及儲層保護效果良好

現場采用油管傳輸、負壓射孔，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，先后對14口注采井實施注氣，單井日注氣量最低為23.2×104m3，最高可達59.6× 104m3；注采井試采氣結果顯示，單井日采氣量最低為18.5×104m3，最高達56.3×104m3，注采井達到設計產能要求，充分說明鉆完井施工過程儲層保護效果良好。

5 結論與認識

（1）通過對注采井鉆井技術的研究，形成了適合文96儲氣庫的鉆井技術，現場應用效果良好，為今后同類型儲氣庫鉆井設計及施工提供了參考依據。

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

（3）根據儲氣庫注采特點，采用射孔完井一體化管柱配置，結合氣層及井筒條件優化射孔參數，負壓射孔，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。

（4）目前，利用枯竭油氣藏建設地下儲氣庫是我國首選的建庫類型，其鉆井技術是一項復雜的課題，應進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，為后期建庫提供技術支撐。

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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研究”項目（編號：310013）。

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