文96地下储气库注采井完井技术

付太森 腰世哲 纪成学 李 伟

（中国石化天然气榆济管道分公司，河南濮阳 457001）

文96地下储气库注采井完井技术

付太森 腰世哲 纪成学 李 伟

（中国石化天然气榆济管道分公司，河南濮阳 457001）

文96地下储气库属于典型的枯竭气藏储气库，储层压力较低且层间压力差异大，射孔层位厚、层段多、跨度大，储层保护和安全投产难度很大。针对文96地下储气库储层特点以及储气库注采井强注强采要求，通过合理设计注采井完井管柱结构，优化射孔工艺参数，采用油管传输多级起爆负压射孔技术，同时配合低伤害完井液体系等措施，解决了储气库气藏储层保护以及井控安全矛盾突出的问题。现场应用表明，该技术能有效保护储层，缩短作业周期，注采井达到产能设计要求。

枯竭气藏；地下储气库；注采井；射孔完井一体化；完井液

天然气地下储气库具有安全可靠、存储量大、调节范围宽、运行成本低等优点，已经成为各国储存、调配天然气的基础设施，是大型输气管网系统不可缺少的配套部分［1］。文96储气库为典型的枯竭气藏储气库，是由原中原油田文96气藏改建而成，它的主要作用是为满足季节调峰、突发事件应急供气需要，保证榆林—济南输气管线安全、平稳供气。

枯竭气藏储气库注采井与常规天然气井存在明显区别［2］。一般情况下储气库井设计为注采合一井，既是注气井，又是采气井，具有双重功能［3-4］，所以储气库注采井要承载交变载荷的变化；其次，储气库的运行特点是采气速度高、强度大，注采井始终处于强注强采、多周期、大排量吞吐的周期运行过程之中［5］。因此，储气库注采井要求气密封性好，服役时间长，对其完井质量提出了更高的要求；同时，在储层保护方面，要最大程度地减少储气层损害，否则将对后期储气库的运行效率产生显著影响。

1 概况

文96气藏构造位置属于东濮凹陷中央隆起带文留构造的东翼，内部构造简单，仅有一条断距为8～12 m的小断层。气藏埋深2 330～2 660 m，气藏类型为弱边水、低含凝析油的凝析气藏，含气层位为沙二下1-8砂组和沙三上1-3砂组。储层岩性以长石石英粉砂岩为主，胶结类型为孔隙—基质胶结。

储层天然气相对密度为0.659～0.751，地面原油相对密度为0.831～0.869，地层水为CaCl2型，总矿化度为（2.5～2.8）×10−5mg/L。气藏地层原始压力为25.60～27.14 MPa之间，压力系数为1.02～1.11左右，为正常压力系统；地层温度在93～98 ℃之间，为正常温度系统。据2005年以来的静压资料统计表明，沙二下1-4层系的压力已低于3.16 MPa，接近废弃压力；沙二下5-7、沙二下8至沙三上3层系地层压力为5.0 MPa左右。根据文96地下储气库工程方案设计及地面环境的限制，储气库新钻注采井14口，采用丛式定向井，井眼选择三段式轨道，井眼轨道的井斜角控制在15°～30°之间，井身结构如表1所示。

表1 注采井井身结构基本数据表

2 完井方式选择

注采井完井方式的选择取决于储层的地质情况、钻井技术水平和注采气工程技术的需要［6］。文96储气库气藏类型为中高孔、中高渗砂岩气藏，存在边水，根据地质方案要求确定利用文96气藏主块内沙二下1-4, 8、沙三上1-3层系，不动用沙二下5-7油环。为实现气库各层系之间的可靠密封，满足井壁的稳定性及有效防止边水锥进，选择合理的完井方式。为此，根据文96气藏储层特征、流体性质及增产措施、安全生产等方面考虑，同时参考该区块完井方式经验，确定新钻注采井采用射孔完井方式。

3 完井方案设计

文96储气库新钻注采井现场RFT测试结果显示，储层地层压力整体较低，14口井235个测压点压力系数普遍在0.12～0.30之间，但仍存在部分层段压力明显偏高的问题，个别层位压力高达24.68 MPa，储层保护及井控安全矛盾突出。同时，射孔厚度大，跨度大，给储层保护和安全投产带来了极大的难度。为最大限度满足投产要求，设计采用射孔完井一体化作业实现投产［7］。

3.1 井口及安全控制系统

储气库注采井具有注采双重功能，其井口装置须承受强注强采、高压、高产的周期变化［6］，因此井口装置不仅要满足最大注采能力的需要，而且要求井口设备具有高气密封性，长期安全可靠。针对文96储气库工况特点、钻完井结构、流体特点及功能要求，进行注采井口结构及性能参数设计。根据注气采气不同月份井口及井筒压力温度模拟结果，依据文96储气库设计指标及自然环境指标，确定了井口装置性能参数：额定压力34.5 MPa；温度级别P-U（−29～121℃）；材料级别BB；规范级别PSL-3G；性能级别PR2。从技术适应性、安装维护方便、安全可靠、成本费用低等方面综合考虑，注采井口采用十字型、双翼单阀结构。配套的新型闸板阀更加安全可靠，可实现带压状态下更换维修，成本低。注采井采气树如图1所示。

图1 注采井采气树示意图

井口安全控制主要实现气源的及时切断。设计采用地面和井下二级双重安全控制系统，通过井下和井口安装的压力传感器和易熔塞，将异常高压、低压和火灾信息传递给控制面板，由其发出报警信号和快速反应，自动关闭井下和井口安全阀。系统也可实现就地手动控制，对开关井所需的各种功能和状态进行自动监控，监控信号可实现远传（图2）。

图2 注采井井口安全控制系统示意图

3.2 射孔完井一体化管柱

注采井管柱设计应根据实际工作环境，考虑强注强采、井下腐蚀、使用寿命等情况进行综合设计。目前国内外储气库注采井管柱常用的井下工具包括井下安全阀、永久或可取式封隔器、循环滑套、坐放短节及球座等［8］。针对文96储气库特点，其设计管柱结构自上而下为：井下安全阀、滑套、坐落球座、永久式封隔器、坐落球座、筛管、减震器、射孔枪串。

封隔器要求具有液压坐封、双向锚定、一次管柱下入即可完成管柱安装的特点，操作、作业简单［9］。从性能上来看，可取式封隔器耐压性能不如永久式，不适合强注强采、油套环空保护液长期承压条件下的压力变化；另一方面，可取式封隔器长期处于井筒内，要取出时反而困难。永久式封隔器的优势在于管柱密封更好，有效期更长，检修上部管柱作业，下堵塞器可不压井作业，易于钻铣。因此文96储气库注采管柱均选择永久式封隔器。

井下安全阀设置在井口以下100 m左右，其上、下配流动短节（壁厚大于油管），以减缓开、关时瞬间产生的紊流冲蚀影响。安全阀采用液控管线和地面控制系统相连，用于气井在紧急状况下安全关井。采用自平衡式，全金属密封（气密封），性能可靠，额定工作压力为34.5 MPa。

循环滑套安装于封隔器上部。封隔器坐封后，通过钢丝作业实现滑套的开、关，顶替环空或油管中的钻井液或完井液［10］，亦可在紧急情况下或需回收管柱时进行循环压井，保证安全施工。循环滑套在下井时处于关闭状态，可通过钢丝工具进行开关操作。

3.3 高孔密复合射孔技术

3.3.1 射孔方式选择 从实现产能考虑，采用深穿透射孔器、较高孔密射孔［11］；为降低射孔液对储层污染，采用负压射孔。鉴于沙二下1-4，8、沙三上1-3压力系数只有0.18，从安全性和经济性考虑采用电缆输送即可满足施工要求，但是电缆输送127射孔枪最长2 m，对于文96射孔层位厚、层段多、跨度大的情况只能采用多次下射孔枪射孔，保持不了必要的负压，工艺实施复杂。为有效保护储层，储气库新投井采用油管传输负压射孔方式。

3.3.2 高孔密复合射孔技术设计 射孔孔眼参数的合理设计影响着注采井的注采能力［7］。射孔敏感性因素主要包括射孔孔径、孔深、孔密及射孔相位，孔深、孔密是影响注采产率比的主要因素，其中孔深对产率比的影响最大［12-14］。根据国内储气库的经验［6-7］，采用大孔径和高孔密射孔工艺可以降低地层流体入井流速，减缓地层出砂趋势。为此，根据文96气藏和井筒条件，结合射孔完井对产能的需求，进行了注采井射孔参数优化计算，计算结果见表2。按照满足产率比相对较大、兼顾防砂需要的原则，依据射孔参数计算结果，确定了最佳射孔参数，即射孔枪弹采用127复合枪与DP44RDX38-1弹组合，孔密为20孔/ m，相位为90°，布孔方式采用螺旋布孔，孔缝结合穿深大于6 m。

表2 文96气藏注采井射孔参数优化计算

3.3.3 分段延时起爆技术 油管传输负压射孔方式是射孔瞬间地层压力高于井筒压力，利用地层压力冲击清洗孔眼内的碎屑和残渣，并可防止压井液进入地层造成污染，从而达到提高油气产量的目的［15］。在采用油管传输射孔时，由于炸药传爆的自然衰减特性和节点多的原因，存在长井段传爆失败的风险，导致炸枪或降低射孔成功率；同时，射孔枪引爆时会产生强烈的爆炸冲击波和爆炸震动效应，可对油管、套管和水泥环产生不同程度的破坏和损伤。为此，文96储气库注采井采用分段延时起爆技术，即采用井口环空加压，在每级起爆单元射孔器串首尾各安装一套双效压力起爆器和延时装置，当某套主起爆装置瞎火，辅助起爆装置（底部起爆器）可保证这一级起爆单元正常起爆，确保了起爆的可靠性。

3.4 低伤害完井液体系

3.4.1 新型氟碳低伤害射孔保护液 采用负压射孔，射孔液用量少，射孔保护液设计以降低表面张力为主。经室内实验开发出的新型氟碳低伤害射孔保护液体系，可显著降低气/液两相表面张力，增大润湿角，降低毛管阻力，减少液体对储层伤害。实验结果表明：开发出的氟碳低伤害射孔液，当FP-2黏土稳定剂使用量大于1.0%时，黏土防膨率大于85%，防膨效果显著，能够最大程度降低射孔液滤失造成的黏土膨胀伤害，其室内性能评价结果见表3。

表3 氟碳低伤害射孔液体系性能评价（室温）

3.4.2 环空保护液 为了保护封隔器以上套管，综合考虑腐蚀介质和经济成本，环空保护液体系采用缓蚀剂+腐蚀抑制剂+其他助剂组成，具有杀菌、防垢、除氧和缓蚀等功能。室内采用BG80-3Cr合金钢与N80钢片，对不同配方的环空保护液体系进行了高温挂片腐蚀失重实验。实验结果表明，采用此环空保护液对N80钢片在常压、90 ℃、实验周期7 d条件下测得的平均腐蚀速率≤0.016 4 mm/a，BG80-3Cr同等条件下测得的平均腐蚀速率≤0.005 mm/a，均远低于0.076 mm/a的行业标准，可以确保储气库长期运行需要。

4 现场实施

将上述完井技术在文96地下储气库注采井中进行了应用，完井作业施工顺利。现场采用油管传输深穿透复合射孔工艺，负压射孔，液压起爆一次射开全部层位。

文96储气库注采井完井之后直接投产，先后对14口注采井实施注气，单井日注气量最低为23.2×104m3，最高可达59.6×104m3；注采井试采气结果显示，单井日采气量最低为18.5×104m3，最高达56.3×104m3，注采井达到设计产能要求，充分说明完井施工过程储层保护效果良好，有力证明了现场所采用完井技术的科学性和实用性。

5 结论与认识

（1）根据储气库注采特点，采用射孔完井一体化管柱配置，结合气层及井筒条件优化射孔参数，采用油管传输深穿透复合射孔工艺负压射孔，分段延时起爆，一次射开全部层位，从而确保了长井段、大跨度、超低压枯竭气藏储气库的安全投产。

（2）注采井射孔完井一体化管柱技术先进、成熟，能够满足储气库长期安全生产的需要，同时避免了压井作业对储层的二次污染，较好地保护了储气层，对有效解除近井污染带、扩大单井注采能力和提高油气井完善程度起到了很好作用。

（3）目前，利用枯竭油气藏建设地下储气库是我国首选的建库类型，鉴于枯竭油气藏储层特点及注采井特殊要求，应加强储气库注采井完井工艺技术研究，尽快形成枯竭油气藏地下储气库完井配套技术，以期指导后期建库实践。

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（修改稿收到日期 2013-10-22）

〔编辑 朱 伟〕

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，纪成学，等. 文96地下储气库注采井完井技术［J］. 石油钻采工艺，2013，35（6）：44-47.

TE257

B

1000 – 7393（ 2013 ） 06 – 0044 – 04

中国石油化工股份有限公司科研项目“中原文96枯竭气藏储气库注采技术研究”（编号：310013）。

付太森，1962年生。1984年毕业于大庆石油学院石油工程专业，现从事天然气地下储气库建设与运行管理工作，高级工程师。电话：0393-5562019。E-mail：ftss99@163.com。