低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计.pdf

第 3 5卷 第 5期 2 0 1 3年 9月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI LLI NG P RODUCTI ON TECHN0LOGY V0 1 _ 3 5 No ． 5 S e p．2 01 3 文章 编号1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 3 0 5 0 0 3 6 0 4 低压低渗枯竭型砂岩储气 库钻 井工程方案设计 侯树目 0 胡建均 1 ． 中原石油 工程有限公司钻井工程技 术研 究院， 河南濮阳 李勇军 夏丹丹 夏 彬 4 5 7 0 0 1 ；2 ． 中原石油 工程有限公司海外工程公 司， 河 南濮 阳4 5 7 0 0 1 引用格式侯树刚， 胡建均， 李勇军， 等 ． 低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 3 ， 3 5 5 3 6 3 9． 摘要 由于枯竭 型储 气库 的产层压力低 、 运行周期 长、 注采 气量 大的特 点， 给钻井和 固井质量提 出了更 高的要 求。针 对文 2 3的地质特征和储气库设计要求， 考虑储层保护、 固井质量及盐层井段， 提 出三开次井身结构设计， 生产套管设计金属气密封、 P 1 1 0铜级 1 7 7 ． 8 mm套管；技术套管段设计双密度水泥浆体 系一次固井， 生产套管段设计采用非渗透防窜增韧水泥浆体系， 采 用尾管悬挂 套管回接方式固井；三开设计使用低密度微泡钻井液体系， 配合凝胶暂堵技术减少漏失及储层污染。形成的文 2 3 储 气库钻 井工程方案 ， 为国内低压低渗枯竭型储 气库钻 井设计提供 了技 术借鉴 。 关键词文 2 3气田；低压低渗枯竭型；砂岩储气库；微泡钻井液；非渗透防窜增韧水泥浆体系 中图分类号 T E 2 4 3 文献标识码 A Dr i l l i ng e ng i ne e r i ng d e s i g n o f l o w p r e s s u r e l o w pe r m e a b i l i t y de pl e t e d s a n ds t o ne g a s s t o r a g e H O U S h u g a n g ， H U J ia n j u n ， L I Y o n g ju n ， X IA D a n d a n ， X IA B in 1 Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， Z h o n gy u a n Pe t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ． L t d ， P u y a n g 4 5 7 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ZP EB I n t e r n a t i o n a l ， Zh o n g y u a n Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g Co Ltd, Pu y a n g 4 5 7 0 0 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t T h e d e p l e t e d g a s s t o r a g e i s c h a r a c t e r i z e d b y l o w f o r ma t i o n p r e s s u r e ， l o n g o p e r a t i o n a l c y c l e a n d l a r g e q u a n t i t y o f i n j e c t i o n a n d p r o d u c t i o n ， wh i c h r e q u i r e s h i g h e r q u a l i t y o f d r i l l i n g a n d c e me n t i n g ． Ba s e d o n t h e g e o l o g i c f e a t u r e a n d d e s i g n r e q u i r e me n t o f g a s s t o r a ge We l l We n2 3， a n d t a ki ng t he r e s e r vo i r p r ot e c t i on ，c e m e nt i n g q ua l i t y a nd s a l t f o r ma t i o n i n t e r v a l i nt o a c c o un t ， t h e pa p e r m a de t he o p t i mi z a t i o n o f we l l p r o fi l e ， c a s i n g s t r i n g ， c e m e n t i n g ， d r i l l i n g flu i d s y s t e m a n d r e s e rv o i r p r o t e c t i o n， a n d f o r me d t h e d r i l l i n g e n g i n e e r i n g d e s i g n o f We l l W e n 2 3 ． I t p r o v i d e d a t e c h n i c a l r e f e r e n c e f o r d r i l l i n g d e s i g n o f d e p l e t e d g a s s t o r a g e o f l o w p r e s s u r e a n d l o w p e r me a b i l i t y r e s e r vo i r i n Ch i n a． Ke y wo r d s W e n 2 3 g a s fi e l d ； l o w p r e s s u r e a n d l o w p e rm e a b i l i t y d e p l e t e d t y p e ； s a n d s t o n e g a s s t o r a g e ； m i c r o foa m d r i l l i n g fl u i d ； i mpe rv i o us a nt i c h a nn e l i ng t o ug he n i ng c e m e nt s ys t e m 文 2 3 储气库是 中国石化新疆煤制天然气外输 管道 新粤浙 项 目的配套工程 ， 位于河南省濮 阳市 的中原油 田文 2 3气 田， 是我 国中部地 区陆上探明规 模最大 的整装砂 岩干气 田。文 2 3 储气库设计最大 库容体积是 1 0 4 ． 2 1 1 0 m ， 建成后将是我国中部地 区最大的储气库 、按照 “ 分步 期 建设 、 滚动实施” 的原则 ， 文 2 3储气库共部署注采井 1 0 7口， 其 中新 钻井 8 9[ _ 『 直井 9口、 定向井 7 0口、 水平井 1 0口 ， 老井利用 l 8口。 地下储气库兼具注气和采气 的双重功能， 能够 较好地解决城市用气不均匀性问题 ， 起到季节调峰作 用 ， 同时当输气干线发生突发性重大 自然灾害或管道 泄漏等事故造成短时间供气 中断时 ， 还可兼作应急后 备气源， 大大提高了供气的可靠性 ⋯。储气库的生产 运行 中注采气量大 ， 要求使用寿命长 、 安全 性高， 因而 对钻完井质量提出了更高的要求。钻井工程设计必 须以地质特征和储气库的具体要求为依据。 1 方案设计要求 1 文 2 3 储气库为枯竭型气藏型储气库 ， 含气层 作者简介 侯树刚 ， 1 9 7 4年生 2 0 0 4 - - g5 - 中国地质 大学地质工程 钻 井 专业 ， 现主要从事钻井技 术研 究及技术管理工作 ， 工学博士 高级工程师。电话 0 3 9 3 - 4 8 9 9 6 0 3 ， 1 3 5 1 3 9 0 2 8 6 6 。E ma i l h o u s h u g a n g s i n a ． c o m。 侯树 刚等低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计 3 7 位于新生界第三系沙河街组沙四段 ， 气层压力低 现 目的层地层压力 系数最低 只有 0 ． 1 5 ， 钻井过程 中易 漏失 ， 储层保护要求高。 2 通过对文 2 3气 田已完钻井 的盐层分布情况 进行统计 ， 文 2 3气 田主要钻遇文 2 3盐 ， 盐层分布范 围广 、 厚度大 ， 作为储气库的盖层 ， 对 固井质 量及套 管强度要求高 。 3 储气库运行周期长 一般为 3 0 ～ 5 0年 ， 注采 井要求强注强采 ， 并且周期循环 ， 因此对生产套管的 强度和固井质量要求高 。 针对以上钻井设计要求 ， 在井身结构优化 、 优选 钻井液体系和固井水泥浆体系等方面开展了大量的 研究工作 ， 形成 了适合低 压低渗枯竭型储气库 的钻 井工程设计方案。 2 井身结构及套管柱设计 2 ． 1 井身 结构 目前 国 内主要储 气库井都 采用丛式 定 向井 井 型， 文 2 3 储气库以直井和定向井为主， 以满足控制 气库储量 、 充分发挥纵 向上气层 优势的要求 。结合 气藏特征和储气库运行要求 ， 考虑从 以下三个原则 优化井身结构 1 技术套管封隔上部复杂地层和盐层 ， 有利于 减少钻井漏失及储层保护 ； 2 盐层段采用双套管 、 双水泥环 ， 以保证长期强 注强采的需要 ； 3 井眼和套管 间隙大 ， 以降低钻进 、 下套管风 险 ， 保证 固井质量 。 根据以上要求， 结合节约钻井成本和钻井周期 考虑 ， 设计采用三开次井身结构 表 1 。 表 1 井 身结构设计 1 二开套管封 目的层 以上地层 ， 为下步使用低 密度钻井液或空气泡沫钻开 目的层创造条件 ； 2 二开采用 03 2 0 mi n钻头下 02 7 3 ． 1 mm套管 ， 三开采用 O 2 4 1 _3 i i lx n 钻头下 O 1 7 7 ． 8 m i n 套管， 井眼 和套管间隙大， 保证套管的顺利下入和固井质量； 3 定 向井剖面采用 “ 直一增一稳”三段制剖面 类型， 以降低摩阻扭矩。 2 ． 2 生产套管 储气库运行周期长 ， 注采井要求强注强采 ， 并且 周期循环 ， 因此生产套管必须能承受强注强采交变 应力的影 响。生产套 管完全处于全掏空状态 ， 应将 抗挤安全系数提高到 1 ． 1 2 5 ， 提高套管在掏空状态下 的安全性 ⋯。基于 以上要求 ， 通过计算选用 O1 7 7 ． 8 mm， 壁厚 1 0 ． 3 6 ， P 1 l 0钢级的套管作为生产套管 性 能见表 2 。 储 气库注采气量大 ， 对螺纹 的气密封性能要求 高 ， 普通采油井上常用的 AP I S T D 5 B标准螺纹套管 不能满足储气库注采井生产套管 的需求 。因此 ， 生 产套管设计采用金属与金属密封 的特殊螺纹扣 型， 具有较好 的气密封性能 ， 大 幅度地提高了螺纹的抗 过扭矩 、 抗压缩及抗 弯 曲变形能力 ， 螺纹连接 强度 基本达到了管体强度， 以满足储气库注采井抗泄漏 要求。 表 2 生产套管性能 2 ． 3 盐层加厚套管 文 2 3气 田顶部 为一套文 2 3盐 ， 该套盐膏 岩厚 度大、 分布广。针对 中原油 田盐膏层特性和埋 深情 况， 认为 目前解决复合盐膏层套损比较有效的办法 是使用高强度套管 、 加厚壁套管。因此 ， 二开套管计 算后 选 用 02 7 3 ． 1 ml r l ， 壁 厚 1 2 ． 5 7 mi n ， T P 9 5 T钢级 的套管 表 3 。 表 3 盐层套管性能 筹篇 ， 铜 级 m m ／ 扣 型 麓 慧 篆 2 7 3 ． 1 T P 9 5 T 1 2 ．5 7 T P C Q 3 8 ． 6 5 2 ．7 7 6 7 3 7 ／t卜 ； 3 固井设计 储 气库在 使用过程 中 ， 地层 压力要反 复变化 ， 因而对水泥石 强度 、 致 密性 及水泥环 与套 管 、 井壁 的胶结质量提 出了更 高的要求 ， 不能 出现气体 的漏 失 、 窜移 。 3 ． 1 固井质量要求 储气库运行时间长 ， 井筒完整性要求高， 对各级 3 8 石油钻采工艺 2 0 1 3年 9月 第 3 5卷 第 5期 套管封 同质量要求严格 1 技术套管下至沙四顶部 ， 为保证气藏盖层密 封性 ， 要求储气层顶部盖层段连续优质水泥段不小 于 2 5 m， 为更好地保证储气库质量 ， 要求盐底下部优 质封同段不少于 3 0 m。 2 开 同井质量采用 S B T或 I B C测定 ， 要求生 产套管同井段胶结 良好长度不小于 7 0 ％， 气层顶部 优质封隔段不小于 2 0 0 m。 3 ． 2 固井方式 1 一开。表层套管尺寸较大 ， 为减少水泥浆窜 槽 ， 提高固井质量 ， 采用内插法固井。 2 二开。二开钻遇多套地层 ， 重点封固文 2 3盐 层 ， 采用双密度水泥浆体系一次固井 ， 高密度水泥浆 封 固段长 1 0 0 0 ～ 1 5 0 0 m， 保证盐层封 固质量 ；上部 采用低密度水泥浆封固， 解决固井易漏失问题。 3 三开。为便于后期改造 ， 采用射孔完井 ， 固井 方式有 2种 方 案 1 尾管悬 挂 、 套管 回接 ， 悬 挂器 过盐 顶 1 0 0 m， 套管 回接至井 口。 方案 2 全井下套管固井 ， 水泥返至地面。 方案 1能尽可能地降低施工压力 ， 防止压漏地 层 ， 华北 油 田永 2 2储 气库及 中原油 田文 9 6储气库 均采用该 固井方式 ， 缺点是费用高， 完井周期长 ， 悬 挂器位置的封固质量能影响整个井筒的完整性 ；方 案 2为常规 目的层 同井方式 ， 通常采用双密度水泥 浆体系， 但施工压力大 ， 易压漏地层 ， 同时低密度封 固质量不如高密度 ， 难以满足储气库强注强采的需 要。推荐采用方案 1 表 4 。 表 4 固井方式选择 井眼直径 ／套管直径 ／套 管下深 ／ 水泥上返 田盐 mm mm m 深度 ／ m 寸 r _力 4 4 4 ． 5 3 4 6 ， 1 5 0 0 地面 内插 法 3 2 0 ． 0 2 7 3 1 2 7 5 0 地 面 常规 ／ 分级 2 4 1 ． 3 1 7 7 ． 8 井底 地面 尾管 回接 3 ． 3 水泥浆体系设计 1 低密度水泥浆体系。普通低密度水泥浆存 在浆体稳定性差 、 抗压强度 特别是顶部抗压强度 低 、 防窜性能差 的问题 ， 不能满足储气 库 固井 的需 要 。为此优选 了非渗透性防漏防窜高强低密度水泥 浆体系。该体系在 G级高抗油井水泥中加入中空玻 璃微珠 漂珠 ， 漂珠粒径为 4 0 ～ 2 5 0 g m， 水泥粒径为 2 0 ～ 4 5 m， 浆体稳 定性好 、 水泥石强度高 、 防窜性能 好 、 稠化时间易调 表 5 。 配方 G级水泥 漂珠 微硅 分散剂 降失 水剂 早强剂 稳定剂 缓凝剂 。 表 5 非渗透防漏防窜高强低密度水泥浆体系性能 抗 SP ， N ／ ／ ／／ ／MP a 密度 时间 失水 液 度 差 ， g ／ c m mi n mL mL g ／ c m 顶部底部 2 盐层段水泥浆。针对盐层易污染水泥浆影响 同井质量 ， 产层水泥环耐久性和防窜性能要求高的问 题， 优选 了非渗透防窜增韧水泥浆体系 表 6 。该体 系通过加入改性 P V A类降失水剂， 改善水泥石长期力 学性能， 可实现零析水 ， 防止游离液对盐层的溶融及 盐对水泥浆的污染；加入功能型增韧防窜剂， 填充水 泥石微裂隙 ， 补偿水泥石收缩， 消除水泥环与套管间 的微环隙， 提高长期 防窜能力及水泥石韧性 ， 可适应 长期注采。采用膨胀早强剂调节稠化时间， 持续产生 膨胀应力 ， 提高界面胶结质量， 由于体系中不含 C 1 - ， 避 免了 C 1 - 对套管产生腐蚀 ， 利于水泥石长期稳定。 配方 G级水 泥 分散剂 改性 P V A类 降失 水剂 膨胀早强剂 增韧防窜剂。 表 6 非渗透防窜增韧水泥浆体系性能 水 泥 浆 密度 ／ g ／ c m 墨 囊S P， N／ ／／ ／ 时 间 失 水 液 强 度 度 增 长功 增 长 ， mi n mL mL MP a 率 ／ ％ 率 1 ． 9 O 6 0 26 0 ≤ 5 0 0 ≥ 1 4 ≥ 1 5 ≥ 20 ≤ 3 4 钻井液及储层保护 4 ． 1 钻井液体系优选 文 2 3气 田是典型 的低压低渗枯竭 型砂岩油气 藏， 产层压力低 ， 钻井易漏失 ， 储层保护难度大。为 解决这个问题 ， 优选 了适合产层 的微泡钻井液体系。 该体系具有密度低 0 ． 6 ～ 0 ． 8 g ／ c m 、 流变性好 表 7 、 封堵能力强 、 可重复使用 、 不需要特殊充气设备 、 综 合 成本低等技术优势 ， 是解决低压地层钻井及油气 层保护的有效手段， 可满足文 2 3气 田储层段工程及 地质需求。 表 7 微泡钻井液性能 4 ． 2 储层保护设计 鉴于枯竭 型气藏型储气库对 储层保护 的高要 求 } ， 在使用低密度钻井液的前提下 ， 配合凝胶暂 堵技术预防因钻井液漏失而导致储层污染。凝胶暂 堵剂主要以凝胶微球为主剂 ， 复合矿物类颗粒架桥 材料 、 纤维材料 、 可变形细粒径填 充材料组成。室 侯树 刚等低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计 3 9 内试验表明 表 8 ， 加量为 3 ． 5 ％暂堵剂与钻井液具 有 良好配伍性。6 0 ～ 9 0目砂床封堵强度达 1 5 MP a ， 1 5 ％ 盐酸酸溶率达 9 5 ％。 表 8 防漏剂配方配伍 性评 价 5结 论 1 文 2 3 储气库是典型的低压低渗枯竭型砂岩 储气库， 对固井质量、 套管强度、 储层保护要求高。 2 二开套管封 目的层 以上地层 ， 目的层可使用 低密度钻井液或空气泡沫钻 ， 有利于减少钻井漏失 及储层保护 ；盐层段采用双套管 、 双水泥环 ， 可有效 保证长期强注强采 的需要 ；井 眼和套管 间隙大 ， 可 降低下钻 、 下套管风险 ， 保证 固井质量 。 3 微泡 防漏钻井液密度低 ， 流变性好 ， 防漏效 果好 ， 成本低 ， 可满足文 2 3气 田储层段工程及地质 需求 。 4 非渗透防窜增韧水泥浆体系能够增加水泥浆 弹性 ， 消除水泥环与套管间的微环隙 ， 提高长期防窜 能力 ， 并能提高水泥石韧性 ， 可适应长期注采 。 参考文献 [ 1 ] 董德仁， 于成水， 何卫滨， 等 ． 枯竭油气藏储气库钻井技 术 【 J J ． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 9 1 4 8 1 5 2 ． [ 2] 钟福海， 李合龙， 韩俊杰 ． 大张坨地下储气库注采井固 井实践 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 0 ， 2 2 6 1 1 1 3 ． [ 3] 刘在桐， 董德仁， 王雷， 等 ． 大张坨储气库钻井液技术 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 4 ， 2 4 6 1 5 3 ． 1 5 5 ． [ 4] 李建中， 徐定宇， 李春 ． 利用枯竭油气藏建设地下储气 库 工程 的配套技 术 『 J ] ． 天然气工业， 2 0 0 9 9 9 7 9 9 ． [ 5] 宋德琦， 苏建华， 任启瑞， 等 ． 天然气输送与储存工程 [ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 6] 奥林 弗拉尼根 ． 储气库的设计与实施 [ M]． 北京 石 油 工 业 出版社 ． 2 0 0 4 ． 修 改稿收到 日期2 0 1 3 - 0 8 2 6 编辑薛改珍 ] 孝 ． 3 - 3 - | ． 3 - 3 - 3 - 誊 ． 孝 ． 3 - 孝 ． 3 - 鲁 ． 蓍 ． 孝 ． 3 - 孝 ． 奎 ． 1 o 鲁 ． 3 - 孝 ． 3 - 大庆油 田外 围进入 “ 大压裂“ 时代 2 0 1 3 年 ， 随着油 田开发 的不断深入 ， 大庆 油 田勘探 开发继续向外 围延伸 ， 深层 气井、 水平井和大型探井实施 大规模 体积压 裂成为重点 ， 井深从 3 0 0 0 r n到 5 0 0 0 m， 施 工 层 段 单 井从 5 层 到 1 7层 ， 注入 量从 3 0 0 0 m 到 2 ． 6 1 0 m ， 大型压裂技 术指标 一次次被刷新 ， 其 中， 龙 2 6 一 平 6井设计压裂 1 0 段、 支撑剂 7 7 0 r n 。其压裂作 业一 次成功是 大庆 大型压裂技 术走向高端、 走向成熟的 标 志。承担主要 压裂任务 的大庆油 田井下作业分公 司 压裂大队审时度势， “ 四管齐下” ， 应对大型压裂的新形势。 超 前计 划部 署 ， 提 高运 行效 果 。针 对今 年 大型 压 裂 工作 量 大、 施 工 区块分 散 的 实际 ， 按 照 区块特 点、 工 艺要 求和施 工能力 ， 超前做好 施工准备 ， 全 力保证今年 大型压裂的顺利进 行。 超常规调配资源， 提升施工能力。合理调配设备 资源 ， 使具 备 大规 模施 工 能力 的车组 由过去 的 2套提 高到 4套 ， 对 超 大规模 井发挥 集 约化 、 一 体化优 势 ， 提 高机动性 、 灵活性和适应性 ， 有效提 升施工保障能力。 超 常规 组织 生产 ， 提 高施． 7 - 效率。 突破 惯性 思维， 由过 去的保 障思维方式 向主动 出击型方式转 变。对超 大规模 井， 打破 8 h工作界 限 ， 采用阵地 战打法， 通过科 学组织 ， 采取 “ 人休 机 不停”的 生产运行 方式 ， 增加驻 地板房 ， 人 员倒班轮休 ， 达到连续施 工的 目的。 完善 配套设 施 ， 提 高 生产辅 助能 力。利 用大 队院 内建 立支撑 剂添加 点、 将 大队 院 内液站 改造 成 多功 能 配液站等方式， 减少大规模施工准备时间， 进一步提高 生 产 实 效 供稿王海龙