付太森 腰世哲 紀(jì)成學(xué) 李 偉

（中國石化天然氣榆濟管道分公司，河南濮陽 457001）

文96地下儲氣庫注采井完井技術(shù)

付太森 腰世哲 紀(jì)成學(xué) 李 偉

（中國石化天然氣榆濟管道分公司，河南濮陽 457001）

文96地下儲氣庫屬于典型的枯竭氣藏儲氣庫，儲層壓力較低且層間壓力差異大，射孔層位厚、層段多、跨度大，儲層保護和安全投產(chǎn)難度很大。針對文96地下儲氣庫儲層特點以及儲氣庫注采井強注強采要求，通過合理設(shè)計注采井完井管柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化射孔工藝參數(shù)，采用油管傳輸多級起爆負壓射孔技術(shù)，同時配合低傷害完井液體系等措施，解決了儲氣庫氣藏儲層保護以及井控安全矛盾突出的問題?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該技術(shù)能有效保護儲層，縮短作業(yè)周期，注采井達到產(chǎn)能設(shè)計要求。

枯竭氣藏；地下儲氣庫；注采井；射孔完井一體化；完井液

天然氣地下儲氣庫具有安全可靠、存儲量大、調(diào)節(jié)范圍寬、運行成本低等優(yōu)點，已經(jīng)成為各國儲存、調(diào)配天然氣的基礎(chǔ)設(shè)施，是大型輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)不可缺少的配套部分［1］。文96儲氣庫為典型的枯竭氣藏儲氣庫，是由原中原油田文96氣藏改建而成，它的主要作用是為滿足季節(jié)調(diào)峰、突發(fā)事件應(yīng)急供氣需要，保證榆林—濟南輸氣管線安全、平穩(wěn)供氣。

枯竭氣藏儲氣庫注采井與常規(guī)天然氣井存在明顯區(qū)別［2］。一般情況下儲氣庫井設(shè)計為注采合一井，既是注氣井，又是采氣井，具有雙重功能［3-4］，所以儲氣庫注采井要承載交變載荷的變化；其次，儲氣庫的運行特點是采氣速度高、強度大，注采井始終處于強注強采、多周期、大排量吞吐的周期運行過程之中［5］。因此，儲氣庫注采井要求氣密封性好，服役時間長，對其完井質(zhì)量提出了更高的要求；同時，在儲層保護方面，要最大程度地減少儲氣層損害，否則將對后期儲氣庫的運行效率產(chǎn)生顯著影響。

1 概況

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，內(nèi)部構(gòu)造簡單，僅有一條斷距為8～12 m的小斷層。氣藏埋深2 330～2 660 m，氣藏類型為弱邊水、低含凝析油的凝析氣藏，含氣層位為沙二下1-8砂組和沙三上1-3砂組。儲層巖性以長石石英粉砂巖為主，膠結(jié)類型為孔隙—基質(zhì)膠結(jié)。

儲層天然氣相對密度為0.659～0.751，地面原油相對密度為0.831～0.869，地層水為CaCl2型，總礦化度為（2.5～2.8）×10?5mg/L。氣藏地層原始壓力為25.60～27.14 MPa之間，壓力系數(shù)為1.02～1.11左右，為正常壓力系統(tǒng)；地層溫度在93～98 ℃之間，為正常溫度系統(tǒng)。據(jù)2005年以來的靜壓資料統(tǒng)計表明，沙二下1-4層系的壓力已低于3.16 MPa，接近廢棄壓力；沙二下5-7、沙二下8至沙三上3層系地層壓力為5.0 MPa左右。根據(jù)文96地下儲氣庫工程方案設(shè)計及地面環(huán)境的限制，儲氣庫新鉆注采井14口，采用叢式定向井，井眼選擇三段式軌道，井眼軌道的井斜角控制在15°～30°之間，井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 注采井井身結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)表

2 完井方式選擇

注采井完井方式的選擇取決于儲層的地質(zhì)情況、鉆井技術(shù)水平和注采氣工程技術(shù)的需要［6］。文96儲氣庫氣藏類型為中高孔、中高滲砂巖氣藏，存在邊水，根據(jù)地質(zhì)方案要求確定利用文96氣藏主塊內(nèi)沙二下1-4, 8、沙三上1-3層系，不動用沙二下5-7油環(huán)。為實現(xiàn)氣庫各層系之間的可靠密封，滿足井壁的穩(wěn)定性及有效防止邊水錐進，選擇合理的完井方式。為此，根據(jù)文96氣藏儲層特征、流體性質(zhì)及增產(chǎn)措施、安全生產(chǎn)等方面考慮，同時參考該區(qū)塊完井方式經(jīng)驗，確定新鉆注采井采用射孔完井方式。

3 完井方案設(shè)計

文96儲氣庫新鉆注采井現(xiàn)場RFT測試結(jié)果顯示，儲層地層壓力整體較低，14口井235個測壓點壓力系數(shù)普遍在0.12～0.30之間，但仍存在部分層段壓力明顯偏高的問題，個別層位壓力高達24.68 MPa，儲層保護及井控安全矛盾突出。同時，射孔厚度大，跨度大，給儲層保護和安全投產(chǎn)帶來了極大的難度。為最大限度滿足投產(chǎn)要求，設(shè)計采用射孔完井一體化作業(yè)實現(xiàn)投產(chǎn)［7］。

3.1 井口及安全控制系統(tǒng)

儲氣庫注采井具有注采雙重功能，其井口裝置須承受強注強采、高壓、高產(chǎn)的周期變化［6］，因此井口裝置不僅要滿足最大注采能力的需要，而且要求井口設(shè)備具有高氣密封性，長期安全可靠。針對文96儲氣庫工況特點、鉆完井結(jié)構(gòu)、流體特點及功能要求，進行注采井口結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)設(shè)計。根據(jù)注氣采氣不同月份井口及井筒壓力溫度模擬結(jié)果，依據(jù)文96儲氣庫設(shè)計指標(biāo)及自然環(huán)境指標(biāo)，確定了井口裝置性能參數(shù)：額定壓力34.5 MPa；溫度級別P-U（?29～121℃）；材料級別BB；規(guī)范級別PSL-3G；性能級別PR2。從技術(shù)適應(yīng)性、安裝維護方便、安全可靠、成本費用低等方面綜合考慮，注采井口采用十字型、雙翼單閥結(jié)構(gòu)。配套的新型閘板閥更加安全可靠，可實現(xiàn)帶壓狀態(tài)下更換維修，成本低。注采井采氣樹如圖1所示。

圖1 注采井采氣樹示意圖

井口安全控制主要實現(xiàn)氣源的及時切斷。設(shè)計采用地面和井下二級雙重安全控制系統(tǒng)，通過井下和井口安裝的壓力傳感器和易熔塞，將異常高壓、低壓和火災(zāi)信息傳遞給控制面板，由其發(fā)出報警信號和快速反應(yīng)，自動關(guān)閉井下和井口安全閥。系統(tǒng)也可實現(xiàn)就地手動控制，對開關(guān)井所需的各種功能和狀態(tài)進行自動監(jiān)控，監(jiān)控信號可實現(xiàn)遠傳（圖2）。

圖2 注采井井口安全控制系統(tǒng)示意圖

3.2 射孔完井一體化管柱

注采井管柱設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際工作環(huán)境，考慮強注強采、井下腐蝕、使用壽命等情況進行綜合設(shè)計。目前國內(nèi)外儲氣庫注采井管柱常用的井下工具包括井下安全閥、永久或可取式封隔器、循環(huán)滑套、坐放短節(jié)及球座等［8］。針對文96儲氣庫特點，其設(shè)計管柱結(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。

封隔器要求具有液壓坐封、雙向錨定、一次管柱下入即可完成管柱安裝的特點，操作、作業(yè)簡單［9］。從性能上來看，可取式封隔器耐壓性能不如永久式，不適合強注強采、油套環(huán)空保護液長期承壓條件下的壓力變化；另一方面，可取式封隔器長期處于井筒內(nèi)，要取出時反而困難。永久式封隔器的優(yōu)勢在于管柱密封更好，有效期更長，檢修上部管柱作業(yè)，下堵塞器可不壓井作業(yè)，易于鉆銑。因此文96儲氣庫注采管柱均選擇永久式封隔器。

井下安全閥設(shè)置在井口以下100 m左右，其上、下配流動短節(jié)（壁厚大于油管），以減緩開、關(guān)時瞬間產(chǎn)生的紊流沖蝕影響。安全閥采用液控管線和地面控制系統(tǒng)相連，用于氣井在緊急狀況下安全關(guān)井。采用自平衡式，全金屬密封（氣密封），性能可靠，額定工作壓力為34.5 MPa。

循環(huán)滑套安裝于封隔器上部。封隔器坐封后，通過鋼絲作業(yè)實現(xiàn)滑套的開、關(guān)，頂替環(huán)空或油管中的鉆井液或完井液［10］，亦可在緊急情況下或需回收管柱時進行循環(huán)壓井，保證安全施工。循環(huán)滑套在下井時處于關(guān)閉狀態(tài)，可通過鋼絲工具進行開關(guān)操作。

3.3 高孔密復(fù)合射孔技術(shù)

3.3.1 射孔方式選擇 從實現(xiàn)產(chǎn)能考慮，采用深穿透射孔器、較高孔密射孔［11］；為降低射孔液對儲層污染，采用負壓射孔。鑒于沙二下1-4，8、沙三上1-3壓力系數(shù)只有0.18，從安全性和經(jīng)濟性考慮采用電纜輸送即可滿足施工要求，但是電纜輸送127射孔槍最長2 m，對于文96射孔層位厚、層段多、跨度大的情況只能采用多次下射孔槍射孔，保持不了必要的負壓，工藝實施復(fù)雜。為有效保護儲層，儲氣庫新投井采用油管傳輸負壓射孔方式。

3.3.2 高孔密復(fù)合射孔技術(shù)設(shè)計 射孔孔眼參數(shù)的合理設(shè)計影響著注采井的注采能力［7］。射孔敏感性因素主要包括射孔孔徑、孔深、孔密及射孔相位，孔深、孔密是影響注采產(chǎn)率比的主要因素，其中孔深對產(chǎn)率比的影響最大［12-14］。根據(jù)國內(nèi)儲氣庫的經(jīng)驗［6-7］，采用大孔徑和高孔密射孔工藝可以降低地層流體入井流速，減緩地層出砂趨勢。為此，根據(jù)文96氣藏和井筒條件，結(jié)合射孔完井對產(chǎn)能的需求，進行了注采井射孔參數(shù)優(yōu)化計算，計算結(jié)果見表2。按照滿足產(chǎn)率比相對較大、兼顧防砂需要的原則，依據(jù)射孔參數(shù)計算結(jié)果，確定了最佳射孔參數(shù)，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6 m。

表2 文96氣藏注采井射孔參數(shù)優(yōu)化計算

3.3.3 分段延時起爆技術(shù) 油管傳輸負壓射孔方式是射孔瞬間地層壓力高于井筒壓力，利用地層壓力沖擊清洗孔眼內(nèi)的碎屑和殘渣，并可防止壓井液進入地層造成污染，從而達到提高油氣產(chǎn)量的目的［15］。在采用油管傳輸射孔時，由于炸藥傳爆的自然衰減特性和節(jié)點多的原因，存在長井段傳爆失敗的風(fēng)險，導(dǎo)致炸槍或降低射孔成功率；同時，射孔槍引爆時會產(chǎn)生強烈的爆炸沖擊波和爆炸震動效應(yīng)，可對油管、套管和水泥環(huán)產(chǎn)生不同程度的破壞和損傷。為此，文96儲氣庫注采井采用分段延時起爆技術(shù)，即采用井口環(huán)空加壓，在每級起爆單元射孔器串首尾各安裝一套雙效壓力起爆器和延時裝置，當(dāng)某套主起爆裝置瞎火，輔助起爆裝置（底部起爆器）可保證這一級起爆單元正常起爆，確保了起爆的可靠性。

3.4 低傷害完井液體系

3.4.1 新型氟碳低傷害射孔保護液 采用負壓射孔，射孔液用量少，射孔保護液設(shè)計以降低表面張力為主。經(jīng)室內(nèi)實驗開發(fā)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。實驗結(jié)果表明：開發(fā)出的氟碳低傷害射孔液，當(dāng)FP-2黏土穩(wěn)定劑使用量大于1.0%時，黏土防膨率大于85%，防膨效果顯著，能夠最大程度降低射孔液濾失造成的黏土膨脹傷害，其室內(nèi)性能評價結(jié)果見表3。

表3 氟碳低傷害射孔液體系性能評價（室溫）

3.4.2 環(huán)空保護液 為了保護封隔器以上套管，綜合考慮腐蝕介質(zhì)和經(jīng)濟成本，環(huán)空保護液體系采用緩蝕劑+腐蝕抑制劑+其他助劑組成，具有殺菌、防垢、除氧和緩蝕等功能。室內(nèi)采用BG80-3Cr合金鋼與N80鋼片，對不同配方的環(huán)空保護液體系進行了高溫掛片腐蝕失重實驗。實驗結(jié)果表明，采用此環(huán)空保護液對N80鋼片在常壓、90 ℃、實驗周期7 d條件下測得的平均腐蝕速率≤0.016 4 mm/a，BG80-3Cr同等條件下測得的平均腐蝕速率≤0.005 mm/a，均遠低于0.076 mm/a的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以確保儲氣庫長期運行需要。

4 現(xiàn)場實施

將上述完井技術(shù)在文96地下儲氣庫注采井中進行了應(yīng)用，完井作業(yè)施工順利?，F(xiàn)場采用油管傳輸深穿透復(fù)合射孔工藝，負壓射孔，液壓起爆一次射開全部層位。

文96儲氣庫注采井完井之后直接投產(chǎn)，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(jié)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(shè)計產(chǎn)能要求，充分說明完井施工過程儲層保護效果良好，有力證明了現(xiàn)場所采用完井技術(shù)的科學(xué)性和實用性。

5 結(jié)論與認識

（1）根據(jù)儲氣庫注采特點，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)，采用油管傳輸深穿透復(fù)合射孔工藝負壓射孔，分段延時起爆，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)。

（2）注采井射孔完井一體化管柱技術(shù)先進、成熟，能夠滿足儲氣庫長期安全生產(chǎn)的需要，同時避免了壓井作業(yè)對儲層的二次污染，較好地保護了儲氣層，對有效解除近井污染帶、擴大單井注采能力和提高油氣井完善程度起到了很好作用。

（3）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，鑒于枯竭油氣藏儲層特點及注采井特殊要求，應(yīng)加強儲氣庫注采井完井工藝技術(shù)研究，盡快形成枯竭油氣藏地下儲氣庫完井配套技術(shù)，以期指導(dǎo)后期建庫實踐。

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（修改稿收到日期 2013-10-22）

〔編輯 朱 偉〕

Injecting-producing well completion technique in Wen96 underground gas storage

FU Taisen, YAO Shizhe, JI Chengxue, LI Wei
（Yuji Pipe Branch of Gas Company, Sinopec, Puyang 457001, China）

The Wen96 underground gas storage is a typical depleted gas reservoir storage, which has a low reservoir pressure and large interlayer pressure difference. Simultaneously, the large thickness, big numbers and long span of perforated intervals also bring on many issues for reservoir protection and safety production. Based on the reservoir characteristics of Wen96 underground gas storage and the requirement of intensive injection and production for the injection-production well, the injection-production well completion pipe string structure was properly designed and the perforation parameters were optimized. The negative pressure multistage detonating Tubing Conveyed Perforation (TCP) technique cooperating with the low damage completion fluid systems was used to solve conflicting issues between reservoir protection and well control safety. Field application shows that this technique can effectively protect reservoir, shorten the work period and achieve the capacity design requirement of injection - production well.

depleted gas reservoir; underground gas storage; injection-production well; perforating and completing integrated technology; completion fluid

付太森，腰世哲，紀(jì)成學(xué)，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.

TE257

B

1000 – 7393（ 2013 ） 06 – 0044 – 04

中國石油化工股份有限公司科研項目“中原文96枯竭氣藏儲氣庫注采技術(shù)研究”（編號：310013）。

付太森，1962年生。1984年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事天然氣地下儲氣庫建設(shè)與運行管理工作，高級工程師。電話：0393-5562019。E-mail：ftss99@163.com。