枯竭型油氣藏儲氣庫射孔完井技術

施興建，呂世杰，彭 昕，李 凱

（中國石油化工集團公司中原石油工程有限公司地球物理測井公司，河南濮陽 457001）

枯竭型油氣藏儲氣庫射孔完井技術

施興建，呂世杰，彭 昕，李 凱

（中國石油化工集團公司中原石油工程有限公司地球物理測井公司，河南濮陽 457001）

枯竭型油氣藏儲氣庫一般采用套管射孔完井方式，注、采氣需要“緩進大出”，要求儲層與井筒良好溝通。針對枯竭型油氣藏儲氣庫射孔完井工藝復雜、要求高、地層保護難度大等特點，闡述了射孔方式及工藝優(yōu)選、射孔參數(shù)優(yōu)化、射孔壓實帶改造技術、多級負壓起爆技術等內(nèi)容。該項射孔完井技術在中石化文96儲氣庫13口井成功應用，取得了良好的效果。

儲氣庫；枯竭型；射孔；復合射孔；負壓起爆

利用枯竭型油氣藏建設的地下儲氣庫，一般采用新鉆井套管固井射孔完井技術。油氣藏經(jīng)長時間開發(fā)，地層壓力很低，在鉆井和完井過程中，不可避免對地層造成污染，嚴重降低氣體的注、采效率。射孔是儲氣庫投產(chǎn)中關鍵一環(huán)，是溝通地層和井筒流體流動通道的過程?？萁咝陀蜌獠貎鈳炀淇坠に嚰皡?shù)設計須滿足解除鉆井及固井過程對地層的污染、最大程度減少射孔過程中對地層的二次污染的要求；滿足地質(zhì)配產(chǎn)需要，兼顧儲層防砂要求[1-5]。

1 射孔方式及工藝優(yōu)選

對于枯竭型油氣藏儲氣庫井較為理想的射孔工藝有：過油管張開式射孔、油管輸送射孔。

1.1 過油管張開式射孔

井口密封狀態(tài)下射孔槍穿過生產(chǎn)油管在套管內(nèi)射孔，可以在帶壓狀態(tài)下進行負壓射孔，不但大幅減少射孔液對地層的二次污染，而且可以在一定程度上解除鉆井污染。此項工藝施工過程較為復雜，對于儲氣庫長井段射孔，起下電纜次數(shù)多，作業(yè)時間長，不宜選用此項工藝；但對于射孔層段短的補孔井，可考慮采用此項工藝[5]。

1.2 油管輸送射孔

油管輸送射孔可一次輸送數(shù)百米甚至上千米射孔槍串，將儲層全部射開，作業(yè)過程中可有效防止井噴，施工安全；可選用大直徑的射孔槍，選擇合理的射孔參數(shù)，在負壓狀態(tài)下射開儲層，最大程度解除枯竭低壓油氣藏鉆、完井后地層污染；工藝技術成熟，安全可靠，為枯竭型油氣藏儲氣庫完井最主要的射孔工藝。

油管輸送射孔工藝可以選用射孔后不動管柱直接投產(chǎn)（射孔/生產(chǎn)一體化管柱）、提出射孔槍后再下生產(chǎn)管柱兩種方案[5]。

（1）射孔后不動管柱直接投產(chǎn)

根據(jù)射孔槍在井下的三種狀態(tài)（油管懸掛非全通徑射孔槍，射孔后自動丟槍，使用全通徑射孔槍）分析射孔后不動管柱直接投產(chǎn)的可行性。

①油管懸掛非全通徑射孔槍直接投產(chǎn)：油管懸掛非全通徑射孔槍射孔后直接投產(chǎn)的管柱結構如圖1所示，就射孔工序來說，從工藝和技術上較容易實現(xiàn)，但后期無法進行生產(chǎn)測井。

②射孔后丟槍：射孔后丟槍的射孔/生產(chǎn)一體化管柱結構與圖1相似，在起爆器上部安裝一套丟槍裝置，可以在射孔器起爆的同時使射孔槍串和油管脫離，也可以地面控制丟槍，射孔后射孔槍串落入井底，氣體從油管鞋進入油管生產(chǎn)。使用射孔后丟槍的方案，需要井底有幾百米甚至更長的口袋。

③使用全通徑射孔槍：全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作（管柱結構見圖2），不需提出管柱或丟槍作業(yè)，可直接作為完井生產(chǎn)管柱，還可完成壓裂酸化以及生產(chǎn)測井等后續(xù)作業(yè)。避免了反復起下管柱對地層的傷害，提高了生產(chǎn)能力，同時縮短了作業(yè)時間，提高了作業(yè)安全性。如果儲氣庫射孔井段跨度較大，長井段全通徑射孔成功率就偏低，則不宜采用全通徑射孔后直接投產(chǎn)方式。如果射孔井段跨度不超過100 m，且井斜不大于45°，可考慮選用全通徑射孔。

圖1 非全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作管柱結構示意圖

（2）射孔、投產(chǎn)分步實施

射孔后壓井提出射孔槍串，然后再下生產(chǎn)管柱。壓井提槍的作業(yè)周期長，壓井液對儲層造成不同程度污染，但井控風險小 ；射孔管柱結構簡單，施工成功率高；可以直觀檢查射孔彈發(fā)射率。所以對于射孔跨度較大、地層壓力較低但具有一定井噴風險的井，射孔后壓井提槍方式是較理想的選擇。

2 射孔參數(shù)優(yōu)化[6-7]

主要包括孔深、孔密、相位、孔徑、射孔槍和射孔彈等參數(shù)的優(yōu)選組合。

2.1 孔深、孔密、相位

為最大限度地減小近井污染帶造成的影響，應采用深穿透射孔工藝以增加孔深，經(jīng)模擬計算，合理的孔深應不小于950 mm。

儲氣庫注采井須滿足緩注強采要求。由于采氣強度大，容易造成地層出砂，高孔密射孔對防止或減少出砂有明顯的效果，但孔密過大會由于單間干擾導致孔深降低。經(jīng)模擬計算，孔密在16～ 25孔/m比較合理；對非均質(zhì)嚴重的井，考慮變密度射孔。相位角60°或90°螺旋布孔為較理想的選擇。

圖2 全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作管柱結構示意圖

2.2 孔徑

從圖3整體變化趨勢看，它雖然也是一條減速遞增曲線，但孔徑對產(chǎn)率比的影響較小。目前所用彈型的孔徑的變化范圍較小，由于射孔彈的能量是一定的，故一般傾向于犧牲孔徑來換取較大的孔深?？讖酱笥?0 mm即可，適當提高孔密以防砂。

圖3 產(chǎn)率比隨孔徑變化曲線

2.3 射孔槍型

為增大孔深、孔徑，射孔槍盡可能選用大尺寸型號，裝配相應的深穿透型射孔彈，以增加穿透能力；但射孔槍型號過大則會大增加作業(yè)風險?？萁咝陀蜌獠貎鈳炀淇讟屝偷倪x擇應考慮：第一盡量增加天然氣流通孔道，滿足采氣高峰的要求；第二考慮施工安全，防止槍身膨脹造成遇卡等工程事故。綜合考慮，射孔槍型號與常用套管型號較為合理的匹配范圍如表1 所示。

表1 射孔槍型號與套管型號匹配范圍

根據(jù)儲氣庫井井斜來優(yōu)選射孔槍型。井斜小于45°，選用大尺寸型號射孔槍，水平井、井斜45°以上的井選用較小尺寸型號的射孔槍。

3 射孔壓實帶改造

聚能射孔彈穿孔后會在孔道周圍形成壓實帶，壓實厚度一般1.2 ～ 1.3 cm，孔隙度下降幅度13.06% ～ 21.79%，滲透率下降幅度71.98% ～78.10%。壓實帶側面受到的損害遠遠大于頭部損害，軸向流動效率高于徑向流動效率。

研究表明，射孔孔道壓實帶對氣井產(chǎn)能的影響大于對油井產(chǎn)能的影響，可以使氣井產(chǎn)能降低20% ～ 30%。所以，對射孔壓實帶的改造至關重要。負壓射孔可部分解除地層污染，并使孔眼得到一定程度清洗，但對壓實帶的改造效果甚微。目前，廣泛使用的復合射孔器（聚能射孔器和高能火藥組合）可在一定程度上改造孔道壓實帶，使孔道壓實帶破碎，并在近井地層形成多條不受地應力控制的微裂縫，進一步降低地層污染的影響。儲氣庫井射孔時，應當運用以改造孔道壓實帶和降低地層污染為主要目的的復合射孔工藝。

3.1 復合射孔槍結構設計

（1）射孔槍內(nèi)盲孔結構設計

將盲孔設計在射孔槍內(nèi)壁，提高槍內(nèi)炸高，從而提高射孔孔深。

（2）射孔槍泄壓孔結構優(yōu)化設計

通過“單孔道周向不同位置流體數(shù)值模擬分析”可知：當泄壓孔正對射孔孔眼時，火藥燃氣壓力進入孔道的時間最短，壓力上升速率最大，對孔道沖擊力最大，壓裂效果最好。為保護射孔槍管不被炸裂、提高氣體的泄流速率，將泄壓孔的直徑設計為射孔孔徑的2倍。

3.2 多脈沖火藥壓裂

將高、低兩種燃速的抗沖擊感度高的火藥合理組合搭配，可獲得較理想的“壓力—時間”曲線形態(tài)，使壓力峰值、壓力上升速率、有效壓力作用時間實現(xiàn)可控，進一步提高復合射孔壓裂效果。

4 多級負壓起爆技術

枯竭型油氣藏儲氣庫地層經(jīng)過長期開采，孔隙壓力很低，為減輕射孔時對儲層的污染程度，在油管輸送射孔施工起爆射孔槍時，應盡量采用負壓起爆方式。

（1）直井獨立射孔負壓起爆方法

油管輸送負壓起爆方式起爆（液氮頂替掏空井內(nèi)液體后投棒撞擊起爆）射孔槍，在半壓井狀態(tài)下提出射孔管柱、進行下生產(chǎn)管柱作業(yè)。

（2）水平井獨立射孔負壓起爆管柱

水平井油管輸送射孔宜采用壓力起爆方式。在不使用封隔器情況下，有兩種負壓起爆方法可供選擇：

①先下油管，用液氮氣舉將井內(nèi)液面降至設計高度，然后下射孔管柱，撞擊開孔，壓力起爆。

在射孔槍頂部安裝一套壓力起爆器，根據(jù)井內(nèi)液面高度設計起爆壓力安全值和可靠值，在井斜不大于55°處的油管上連接一套撞擊開孔器，開孔器打開之前，油管和套管不連通。輸送射孔槍的油管和環(huán)空不連通，油管內(nèi)沒有液體，所以起爆器的起爆壓力可以設計得較小。射孔槍到達預定位置后，井口投棒（棒體帶滾輪）撞擊開孔器的“切斷螺釘”，開孔器自動開孔，油管和套管連通，套管內(nèi)液體進入油管，在較小的壓力下起爆器就可起爆。

②在每段射孔槍串頂部、底部各安裝壓力起爆器和長延時裝置，延時規(guī)格根據(jù)井口泄壓時間確定，油管串底部接有篩管。射孔槍定位后，用液氮頂替井內(nèi)液體，使液面降至設計深度，然后井口憋壓至起爆器位置壓力達到可靠起爆壓力，起爆所有壓力起爆器。在延時過程中，迅速釋放井口壓力，從而實現(xiàn)多級負壓起爆。

（3）射孔/生產(chǎn)管柱聯(lián)作負壓起爆方法

射孔/生產(chǎn)管柱聯(lián)作即射孔后不動管柱直接進行生產(chǎn)，氣井生產(chǎn)管柱結構復雜，須配安全閥、循環(huán)滑套、永久式封隔器、座放接頭等（圖4）。對于直井來說，如果管柱內(nèi)徑變化不大，可以采用撞擊式負壓起爆方式（與直井獨立射孔負壓起爆方法相同）；如果管柱內(nèi)徑變化較大，為提高井下工具及射孔槍串起爆可靠性，宜采用井口加壓起爆方式（與水平井射孔/生產(chǎn)管柱聯(lián)作負壓起爆方法相同）。

圖4 射孔/生產(chǎn)一體化管柱結構示意圖

5 應用效果舉例

中石化首座地下儲氣庫——文96儲氣庫，為枯竭型氣藏儲氣庫，地層壓力系數(shù)小于0.3。13口井均下入7″生產(chǎn)套管，使用127型射孔槍、DP44RDX38-1型號射孔彈、孔密16或20孔/m、90°相位角螺旋布孔，運用多脈沖復合射孔、多級負壓起爆等技術完井。其中3口井使用了“射孔/生產(chǎn)一體化管柱結構”，10口井使用了射孔后提槍方式，射孔一次成功率、射孔彈發(fā)射率均為100%，取得了較理想的注、采氣效果。

文96儲氣庫投產(chǎn)后：注氣期，24 MPa井口壓力下，單井最大穩(wěn)定注氣能力為（26 ～ 75）× 104m3/d ；采氣期，9 MPa井口壓力下，單井最大穩(wěn)定產(chǎn)能為（21.5 ～ 74.5）×104m3/d。文96儲氣庫最大應急輸氣能力500×104m3/d，達到了設計指標。

6 結論

（1）枯竭型油氣藏儲氣庫井宜采用油管輸送射孔為主、過油管張開式射孔為輔的射孔工藝。

（2）射孔參數(shù)優(yōu)化對提高井筒與儲層之間流體的流動效率具有決定性意義。

（3）多脈沖復合射孔技術的運用，可較好地改造孔道壓實帶，使孔道壓實帶破碎，并在近井地層形成多條不受地應力控制的微裂縫，進一步降低地層污染的影響。

（4）多級負壓起爆技術的運用，不僅提高了射孔一次成功率，而且大幅減少了射孔對地層的二次污染。

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Perforation Technology for Wells of Underground Gas Storage in Depleted Hydrocarbon Reservoirs

SHI Xingjian, LV Shijie, PENG Xin, LI Kai
（Geophysical Well Logging Company of SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Limited Company,Puyang Henan457001,China）

Completion by perforation is the main well-completing method for wells of underground gas storage in depleted hydrocarbon reservoirs. Because of slow gas injection and large amount of gas recovery, it is required that there should be good passages between the wellbore and the reservoir. The well completion techniques by perforation are very complex for wells of underground gas storage in depleted hydrocarbon reservoir, the requirements for perforation are very high and great difficulty exists in formation protection. In this paper, the discussion is focus on the key points of perforation technology, such as perforation technique optimization, perforation parameter optimization, reform of perforation compaction, igniting technique under negative pressure condition. This perforation technology has been used successfully in 13 wells of the Wen 96 Underground Gas Storage, and good results have been obtained.

gas storage; depleted; perforation; fracture perforating; igniting under negative pressure condition

TE257+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.073

1008-2336（2014）02-0073-05

2013-03-17；改回日期：2014-02-20

施興建，男，1981年生，工程師，長期從事油氣井射孔技術研究和新技術推廣工作。E-mail：sxj0393@163.com。