自流注氣鉆完井關鍵技術及其在潿洲油田的應用*

郭永賓 管 申 任冠龍 彭 巍 鄭浩鵬

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

自流注氣技術源于自流注水井概念[1-5]，目前國內在其開采方式論證、室內實驗和數值模擬等方面開展了一系列研究，但未見應用報道。

潿洲油田位于南海北部灣海域，該油田已處于開發中后期，同時存在異常高壓、原始地層壓力和異常低壓儲層，主力油組為潿二段和潿三段。其中，AX-5井對W2I油組進行注水時測得靜壓壓力系數為0.90，與鄰井AX-2注氣井測試壓力系數0.55相差較大，分析認為位于構造高部位的AX-3井在W2I油組生產時打開的潿三段封堵不嚴密導致潿三段水竄流至W2I油組，從而使其壓力回升、提前見水，導致該井增油量降低，經濟效益變差。此外，AX-2注氣井經PLT測試發現注氣管柱存在竄漏，亟需修井，因此擬對AX-3采油井進行側鉆改為自流注氣井AX-S3井，將高壓潿三段氣頂氣自流至上部低壓潿二段主力油層，實現天然氣人工運移，達到補充地層能量和恢復油氣增產的目的。為此，針對潿洲組泥巖井壁失穩、儲層壓力衰竭等諸多困難和挑戰，結合天然氣人工運移及復雜壓力梯度鉆完井關鍵技術優化完井工藝，設計并成功實施了潿洲油田首口自流注氣井，從而為類似油氣田的開發提供了重要的指導意義。

1 AX-S3井井身結構及鉆完井難點

AX-S3井設計為一口大斜度定向井，由老井AX-3井側鉆而成，側鉆點井深539 m，設計井深3 688 m，最終完鉆井深3 938 m，φ215.9 mm井段長達約1 168 m，最大井斜56°，設計井身結構如圖1所示。結合AX-S3井井身結構特點，該井鉆完井作業存在以下難點：

圖1 AX-S3井設計井身結構示意圖Fig .1 Structure schematic diagram of Well AX-S3

1)φ215.9 mm井段長達1 168 m，根據鉆井地質預測，該井將鉆遇9套以上儲層，且儲層孔隙壓力系數不明確，表明φ215.9 mm井段可能面臨著異常低壓、異常高壓儲層和易坍塌的潿洲組泥巖等諸多極端工況，井漏、井控、壓差卡鉆和井壁失穩風險極高。

2)下部高壓潿三段氣頂氣距上部低壓潿二段主力油層射孔跨距達492.6 m，自流注氣完井作業需要同時打開高、低壓儲層，安全屏障多、井控風險高，同時該井段前期使用油基鉆井液鉆進，井筒清洗要求高，且復雜壓力梯度儲層完井清噴困難[6-9]。

3) 自流注氣鉆完井工藝在業界尚無先例和相關規范標準，如何建立具有可實施性的技術方案、保障井筒完整性極具技術挑戰。

2 自流注氣鉆完井關鍵技術

2.1 復雜壓力梯度鉆井液技術

AX-S3井φ215.9mm井段以大井斜角穿越潿二段，且距離斷層較近，存在較大的井壁失穩和漏失風險，同時壓力梯度復雜。現場作業采用油基鉆井液體系，通過復配封堵承壓類處理劑提高泥餅質量和承壓強度，并根據地層條件允許的最高鉆井壓差和鉆井液侵入深度進行模擬實驗，優化油基鉆井液性能，合理控制鉆進參數和鉆井液流變性，確保井眼清潔。實鉆采用鉆井液密度1.44 g/cm3，最大循環當量密度1.68 g/cm3，最高鉆井壓差高達25 MPa，有效控制鉆井液濾餅厚度在井壁1～2 cm范圍內，保障了復雜壓力梯度儲層段安全鉆進。AX-S3井油基鉆井液性能見表1。

表1 AX-S3井油基鉆井液性能數據Table 1 OBM drill fluid performance of Well AX-S3

2.2 復雜壓力梯度隨鉆測壓技術

AX-S3井鉆遇潿二段易垮塌層，且要實現自流注氣，關鍵是要確保鉆遇的儲層具有一定的壓差[10]。鉆前預測該井最低孔隙壓力系數為0.55,最高孔隙壓力系數為1.11，復雜壓力梯度儲層保護困難，鉆井作業中存在井漏、井控、壓差卡鉆等風險。現場作業期間該定向井在潿洲組鉆遇24套儲層，累計厚度達330余米，面對高壓差和高低壓同井段分布的情況，采用StethoScope隨鉆測壓工具，經過深度校正、粘卡測試、測壓、休眠等程序，代替傳統的電纜傳輸測壓，對21個主要儲層點進行隨鉆測壓作業，成功率100%，獲取了預完井的諸多層位實際壓力數據，且測壓質量均顯示為優良，泵抽僅10 s壓力即恢復，證明儲層保護效果優異。測壓結果顯示，低壓儲層壓力系數實測0.87，高壓儲層實測1.02，證明存在自流注氣流動壓差。2.3 多級屏障單元分層完井技術

針對AX-S3井完井作業存在漏失和井控的雙重風險，建立了三級屏障單元鉆完井工藝：

1) 鉆井期間通過優化鉆井液流變性能，使泥餅承受最高鉆井壓差高達25 MPa，有效控制濾餅厚度在井壁1～2 cm范圍內，建立一級屏障單元。

2) 在油基鉆井液高效潤滑性能和良好井況的支持下，采用雙凝水泥漿結構和高效沖洗液，優化固井頂替參數，實現國產旋轉尾管固井最長裸眼段記錄，建立二級屏障單元。

3) 用能隔絕上下儲層、反復溝通油管和油套環空的分層完井管柱，配合暫堵型完井液體系，合理確定完井液密度，滿足高壓力儲層井控要求，并控制低壓力儲層漏失性能，避免層間干擾和井筒不平穩；同時，優化自流注氣管柱結構：鋼絲引鞋+φ73.025 mm倒角油管+扶正器+分層封隔器+φ73.025 mm倒角油管+滑套+φ73.025 mm倒角油管+扶正器+分層封隔器+φ73.025 mm油管，封隔上下產層，實現不同壓力系數儲層清噴，建立三級屏障單元。AX-S3井分層完井管柱如圖2所示，其主要井下工具部分技術參數見表2。

圖2 AX-S3井自流注氣管柱示意Fig .2 Schematic diagram of artesian gas injection string of Well AX-S3表2 AX-S3井主要井下工具技術參數Table 2 Main technical parameters of some downhole tools in Well AX-S3

工具名稱工作壓力/MPa最大外徑/mm最小內徑/mm分層封隔器3.4515162扶正器3.4515162滑套3.4511669.85

2.4 油管內注氮氣舉清噴技術

常規誘噴方式主要有連續油管氮氣氣舉誘噴、環空注氮氣舉誘噴等，但針對海上平臺作業存在各種限制[11]。AX-S3井從提高作業時效和安全控制方面考慮，改變誘噴程序，配合使用鋼絲設備從油管內部注入氮氣，環空排液后直接造負壓至設計要求時進行清噴。清噴作業流程主要為：鋼絲作業打開滑套，油管內正注入氮氣至設計要求，保持注氮壓力鋼絲作業關閉上部滑套，釋放注氮氣壓力，清噴下部儲層；鋼絲作業投工作筒堵塞器封隔下層，打開上部滑套清噴上部儲層至符合要求，撈出堵塞器，關閉采油樹所有閥門實現自流注氣(圖2)。

3 現場應用

3.1 φ215.9 mm井段鉆進

AX-S3井φ215.9 mm井段采用PD+扭沖工具鉆具組合：φ215.9 mm PDC鉆頭+φ171.45 mm扭沖工具+PD+ARC+非磁加重鉆桿+浮閥短節+震擊器+加重鉆桿+鉆桿，扭沖工具通過提供圓周方向的高頻沖擊扭矩，并配合使用破巖性較強的5刀翼鉆頭，有效降低了鉆井扭矩,并保持了扭矩平穩；同時配合使用優化后的油基鉆井液，一趟鉆僅40 h即完成1 168 m井段鉆井作業，現場作業安全高效。對比井深、軌跡及地層情況類似的AX-S6和AX-S2井的鉆井參數(表3)可以看出，AX-S3井井段更長，平均扭矩較AX-S6井降低48%，較AX-S2井降低36%，平均鉆壓較AX-S6和AX-S2井降低37%，平均機械鉆速較AX-S6和AX-S2井提高60%。

表3 類似井鉆井參數對比Table 3 Drilling parameters comparative analysis with similar wells

3.2 完井作業

AX-S3井完井作業采用了自主研發的超長跨距多級負壓射孔工藝和分層完井工藝，最大程度地釋放了地層產能，并通過優化清洗液配方，精細化洗井作業程序，保證了洗井返出液NTU值連續30 min小于5；通過加裝扶正器等合理優化自流注氣管柱設計，提前預裝采油樹等準備作業，保證了自流注氣管柱順利、安全、及時到位；自流注氣管柱到位后利用油管內注氮氣舉作業，高效完成了不同壓力系數儲層清噴作業，獲取了優質的儲層保護效果，最終該井清噴順利高產，下部高壓氣頂氣清噴產氣量10×104m3/d，上部低壓油層平均產氣量0.26×104m3/d，產液36 m3/d。

3.3 自流注氣效果

完井作業結束后對AX-S3井進行關井，實施井下高壓氣層自動向低壓油層自流注氣。2017年初對該井進行產能測試和壓恢試井，測試油組W2I層位平均產液90 m3/d，平均產氣0.43×104m3/d，較完井初期產能有所提高；2017年3月底對該井進行產能測試和PLT測試，計算W2I層位日吸氣6.9×104m3/d，累計運移氣量0.037×108m3，吸入壓差自3.0 MPa至2.1 MPa穩定，折算吸氣指數0.06×104m3/(d·MPa2)，預測壓力系數通過自流注氣自由恢復至0.99，基本達到了預期目的。

4 結論

1) 潿洲油田AX-S3井復雜壓力梯度鉆井液技術可承受最高鉆井壓差達25 MPa，有效控制鉆井液濾餅在井壁1～2 cm范圍內，保障了復雜壓力梯度儲層安全鉆進；復雜壓力梯度隨鉆測壓和多級屏障單元分層完井技術是實施AX-S3井自流注氣完井作業成功的關鍵，油管內注氮氣舉清噴工藝的創新為自流注氣效果提供了保障。

2) 自流注氣井AX-S3井的成功實施建立了不同儲層之間的安全流動通道，通過建立三級屏障單元、應用油管內注氮氣舉清噴等技術，實現了下部高壓氣頂氣清噴產氣量10×104m3/d ，上部低壓油層平均產氣量0.26×104m3/d，產液36 m3/d的投產效果，最終自流注氣效果監測低壓儲層壓力系數自由恢復穩定至0.99。

[1] 伍軼鳴．吉拉克凝析氣田自流注氣提高采收率方案研究[J].天然氣工業，1999,19(2)：58-62． WU Yiming.A research on the plan of enhancing recovery in Jilake condensate gas field by artesian gas injection[J].Natural Gas Industry,1999,19(2):58-62.

[2] 田平，陳月明，蘇慶申，等．凝析氣田自流注氣的數值模擬研究[J]．石油大學學報(自然科學版)，1998,22(4)：45-48． TIAN Ping,CHEN Yueming,SU Qingshen,et al.Reservoir simulation of artesian gas injection in condensate gas field[J].Journal of the University of Petroleum,China,1998,22(4):45-48.

[3] 盧宇，李海濤，唐英才，等．疏松砂巖氣藏自流注氣井射孔工藝研究[J]．油氣井測試，2016,25(1)：42-45． LU Yu,LI Haitao,TANG Yingcai,et al.Artesian well perforating technology research in weakly consolidated sand formation reservoir[J].Well Testing,2016,25(1):42-45.

[4] HOSSAIN M M,RAHMAN M K ,RAHMANS S S.Hydraulic fracture initiation and propagation:roles of the wellbore trajectory,perforation and stress regimes[J].Journal of Petroleum Science & Engineering,2007,23(7):129-149.

[5] 周俊昌，羅勇，嚴維鋒．國內第一口自流注水井鉆井實踐[J].中國海上油氣，2011,23(1)：43-45,52． ZHOU Junchang,LUO Yong,YAN Weifeng.Drilling practice of the domestic first water dumping well[J].China Offshore Oil and Gas,2011,23(1):43-45,52.

[6] PAPAMICHOS E,FURUI K.Sand production initiation criteria and their validation[C].ARMA300-304,2013.

[7] 曾春珉，韋龍貴，黃亮，等．超長跨距多點起爆負壓射孔技術在海上油田的應用[J].石油鉆采工藝，2016,38(2)：181-185． ZENG Chunmin,WEI Longgui,HUANG Liang,et al.Application of negative-pressure perforation technique with multiple igniters over super-long span in offshore oilfields[J].Oil Drilling & Production Technology,2016,38(2):181-185.

[8] 夏宏南，陶謙，王小建，等．深井長裸眼復雜壓力層系堵漏技術研究與應用[J].斷塊油氣田，2006,13(3)：61-63． XIA Hongnan,TAO Qian,WANG Xiaojian,et al.Sealing technical research and application in complex pressure strata of long open hole in deep well[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2006,13(3):61-63.

[9] 張宏軍，張偉，楊亞馨，等.復雜地層多套壓力層系尾管完井固井新工藝[J].石油鉆探技術，2004,32(3)：50-52． ZHANG Hongjun,ZHANG Wei,YANG Yaxin,et al.New cementing and completion techniques with liners under plural pressure systems[J].Petroleum Drilling Techniques,2004,32(3):50-52.

[10] 管申，譚強，黃熠，等．海上復雜壓力體系油田鉆井安全密度窗口研究[J].天然氣與石油，2015,33(5)：52-55． GUAN Shen,TAN Qiang,HUANG Yi,et al.Study on safe drilling density window in offshore oilfield with complex pressure system [J].Natural Gas and Oil,2015,33(5):52-55.

[11] 吳晗，吳曉東，付豪，等．海上氣田氣舉誘噴排液一體化技術[J].中國海上油氣，2011,23(4)：263-266． WU Han,WU Xiaodong,FU Hao,et al.Gas lift induced flow and clean-up integrated technology for offshore gas field[J].China Offshore Oil and Gas,2011,23(4):263-266.