枯竭型油气藏储气库射孔完井技术

施兴建，吕世杰，彭 昕，李 凯

（中国石油化工集团公司中原石油工程有限公司地球物理测井公司，河南濮阳 457001）

枯竭型油气藏储气库射孔完井技术

施兴建，吕世杰，彭 昕，李 凯

（中国石油化工集团公司中原石油工程有限公司地球物理测井公司，河南濮阳 457001）

枯竭型油气藏储气库一般采用套管射孔完井方式，注、采气需要“缓进大出”，要求储层与井筒良好沟通。针对枯竭型油气藏储气库射孔完井工艺复杂、要求高、地层保护难度大等特点，阐述了射孔方式及工艺优选、射孔参数优化、射孔压实带改造技术、多级负压起爆技术等内容。该项射孔完井技术在中石化文96储气库13口井成功应用，取得了良好的效果。

储气库；枯竭型；射孔；复合射孔；负压起爆

利用枯竭型油气藏建设的地下储气库，一般采用新钻井套管固井射孔完井技术。油气藏经长时间开发，地层压力很低，在钻井和完井过程中，不可避免对地层造成污染，严重降低气体的注、采效率。射孔是储气库投产中关键一环，是沟通地层和井筒流体流动通道的过程。枯竭型油气藏储气库井射孔工艺及参数设计须满足解除钻井及固井过程对地层的污染、最大程度减少射孔过程中对地层的二次污染的要求；满足地质配产需要，兼顾储层防砂要求[1-5]。

1 射孔方式及工艺优选

对于枯竭型油气藏储气库井较为理想的射孔工艺有：过油管张开式射孔、油管输送射孔。

1.1 过油管张开式射孔

井口密封状态下射孔枪穿过生产油管在套管内射孔，可以在带压状态下进行负压射孔，不但大幅减少射孔液对地层的二次污染，而且可以在一定程度上解除钻井污染。此项工艺施工过程较为复杂，对于储气库长井段射孔，起下电缆次数多，作业时间长，不宜选用此项工艺；但对于射孔层段短的补孔井，可考虑采用此项工艺[5]。

1.2 油管输送射孔

油管输送射孔可一次输送数百米甚至上千米射孔枪串，将储层全部射开，作业过程中可有效防止井喷，施工安全；可选用大直径的射孔枪，选择合理的射孔参数，在负压状态下射开储层，最大程度解除枯竭低压油气藏钻、完井后地层污染；工艺技术成熟，安全可靠，为枯竭型油气藏储气库完井最主要的射孔工艺。

油管输送射孔工艺可以选用射孔后不动管柱直接投产（射孔/生产一体化管柱）、提出射孔枪后再下生产管柱两种方案[5]。

（1）射孔后不动管柱直接投产

根据射孔枪在井下的三种状态（油管悬挂非全通径射孔枪，射孔后自动丢枪，使用全通径射孔枪）分析射孔后不动管柱直接投产的可行性。

①油管悬挂非全通径射孔枪直接投产：油管悬挂非全通径射孔枪射孔后直接投产的管柱结构如图1所示，就射孔工序来说，从工艺和技术上较容易实现，但后期无法进行生产测井。

②射孔后丢枪：射孔后丢枪的射孔/生产一体化管柱结构与图1相似，在起爆器上部安装一套丢枪装置，可以在射孔器起爆的同时使射孔枪串和油管脱离，也可以地面控制丢枪，射孔后射孔枪串落入井底，气体从油管鞋进入油管生产。使用射孔后丢枪的方案，需要井底有几百米甚至更长的口袋。

③使用全通径射孔枪：全通径射孔与一次性完井管柱联作（管柱结构见图2），不需提出管柱或丢枪作业，可直接作为完井生产管柱，还可完成压裂酸化以及生产测井等后续作业。避免了反复起下管柱对地层的伤害，提高了生产能力，同时缩短了作业时间，提高了作业安全性。如果储气库射孔井段跨度较大，长井段全通径射孔成功率就偏低，则不宜采用全通径射孔后直接投产方式。如果射孔井段跨度不超过100 m，且井斜不大于45°，可考虑选用全通径射孔。

图1 非全通径射孔与一次性完井管柱联作管柱结构示意图

（2）射孔、投产分步实施

射孔后压井提出射孔枪串，然后再下生产管柱。压井提枪的作业周期长，压井液对储层造成不同程度污染，但井控风险小 ；射孔管柱结构简单，施工成功率高；可以直观检查射孔弹发射率。所以对于射孔跨度较大、地层压力较低但具有一定井喷风险的井，射孔后压井提枪方式是较理想的选择。

2 射孔参数优化[6-7]

主要包括孔深、孔密、相位、孔径、射孔枪和射孔弹等参数的优选组合。

2.1 孔深、孔密、相位

为最大限度地减小近井污染带造成的影响，应采用深穿透射孔工艺以增加孔深，经模拟计算，合理的孔深应不小于950 mm。

储气库注采井须满足缓注强采要求。由于采气强度大，容易造成地层出砂，高孔密射孔对防止或减少出砂有明显的效果，但孔密过大会由于单间干扰导致孔深降低。经模拟计算，孔密在16～ 25孔/m比较合理；对非均质严重的井，考虑变密度射孔。相位角60°或90°螺旋布孔为较理想的选择。

图2 全通径射孔与一次性完井管柱联作管柱结构示意图

2.2 孔径

从图3整体变化趋势看，它虽然也是一条减速递增曲线，但孔径对产率比的影响较小。目前所用弹型的孔径的变化范围较小，由于射孔弹的能量是一定的，故一般倾向于牺牲孔径来换取较大的孔深。孔径大于10 mm即可，适当提高孔密以防砂。

图3 产率比随孔径变化曲线

2.3 射孔枪型

为增大孔深、孔径，射孔枪尽可能选用大尺寸型号，装配相应的深穿透型射孔弹，以增加穿透能力；但射孔枪型号过大则会大增加作业风险。枯竭型油气藏储气库井射孔枪型的选择应考虑：第一尽量增加天然气流通孔道，满足采气高峰的要求；第二考虑施工安全，防止枪身膨胀造成遇卡等工程事故。综合考虑，射孔枪型号与常用套管型号较为合理的匹配范围如表1 所示。

表1 射孔枪型号与套管型号匹配范围

根据储气库井井斜来优选射孔枪型。井斜小于45°，选用大尺寸型号射孔枪，水平井、井斜45°以上的井选用较小尺寸型号的射孔枪。

3 射孔压实带改造

聚能射孔弹穿孔后会在孔道周围形成压实带，压实厚度一般1.2 ～ 1.3 cm，孔隙度下降幅度13.06% ～ 21.79%，渗透率下降幅度71.98% ～78.10%。压实带侧面受到的损害远远大于头部损害，轴向流动效率高于径向流动效率。

研究表明，射孔孔道压实带对气井产能的影响大于对油井产能的影响，可以使气井产能降低20% ～ 30%。所以，对射孔压实带的改造至关重要。负压射孔可部分解除地层污染，并使孔眼得到一定程度清洗，但对压实带的改造效果甚微。目前，广泛使用的复合射孔器（聚能射孔器和高能火药组合）可在一定程度上改造孔道压实带，使孔道压实带破碎，并在近井地层形成多条不受地应力控制的微裂缝，进一步降低地层污染的影响。储气库井射孔时，应当运用以改造孔道压实带和降低地层污染为主要目的的复合射孔工艺。

3.1 复合射孔枪结构设计

（1）射孔枪内盲孔结构设计

将盲孔设计在射孔枪内壁，提高枪内炸高，从而提高射孔孔深。

（2）射孔枪泄压孔结构优化设计

通过“单孔道周向不同位置流体数值模拟分析”可知：当泄压孔正对射孔孔眼时，火药燃气压力进入孔道的时间最短，压力上升速率最大，对孔道冲击力最大，压裂效果最好。为保护射孔枪管不被炸裂、提高气体的泄流速率，将泄压孔的直径设计为射孔孔径的2倍。

3.2 多脉冲火药压裂

将高、低两种燃速的抗冲击感度高的火药合理组合搭配，可获得较理想的“压力—时间”曲线形态，使压力峰值、压力上升速率、有效压力作用时间实现可控，进一步提高复合射孔压裂效果。

4 多级负压起爆技术

枯竭型油气藏储气库地层经过长期开采，孔隙压力很低，为减轻射孔时对储层的污染程度，在油管输送射孔施工起爆射孔枪时，应尽量采用负压起爆方式。

（1）直井独立射孔负压起爆方法

油管输送负压起爆方式起爆（液氮顶替掏空井内液体后投棒撞击起爆）射孔枪，在半压井状态下提出射孔管柱、进行下生产管柱作业。

（2）水平井独立射孔负压起爆管柱

水平井油管输送射孔宜采用压力起爆方式。在不使用封隔器情况下，有两种负压起爆方法可供选择：

①先下油管，用液氮气举将井内液面降至设计高度，然后下射孔管柱，撞击开孔，压力起爆。

在射孔枪顶部安装一套压力起爆器，根据井内液面高度设计起爆压力安全值和可靠值，在井斜不大于55°处的油管上连接一套撞击开孔器，开孔器打开之前，油管和套管不连通。输送射孔枪的油管和环空不连通，油管内没有液体，所以起爆器的起爆压力可以设计得较小。射孔枪到达预定位置后，井口投棒（棒体带滚轮）撞击开孔器的“切断螺钉”，开孔器自动开孔，油管和套管连通，套管内液体进入油管，在较小的压力下起爆器就可起爆。

②在每段射孔枪串顶部、底部各安装压力起爆器和长延时装置，延时规格根据井口泄压时间确定，油管串底部接有筛管。射孔枪定位后，用液氮顶替井内液体，使液面降至设计深度，然后井口憋压至起爆器位置压力达到可靠起爆压力，起爆所有压力起爆器。在延时过程中，迅速释放井口压力，从而实现多级负压起爆。

（3）射孔/生产管柱联作负压起爆方法

射孔/生产管柱联作即射孔后不动管柱直接进行生产，气井生产管柱结构复杂，须配安全阀、循环滑套、永久式封隔器、座放接头等（图4）。对于直井来说，如果管柱内径变化不大，可以采用撞击式负压起爆方式（与直井独立射孔负压起爆方法相同）；如果管柱内径变化较大，为提高井下工具及射孔枪串起爆可靠性，宜采用井口加压起爆方式（与水平井射孔/生产管柱联作负压起爆方法相同）。

图4 射孔/生产一体化管柱结构示意图

5 应用效果举例

中石化首座地下储气库——文96储气库，为枯竭型气藏储气库，地层压力系数小于0.3。13口井均下入7″生产套管，使用127型射孔枪、DP44RDX38-1型号射孔弹、孔密16或20孔/m、90°相位角螺旋布孔，运用多脉冲复合射孔、多级负压起爆等技术完井。其中3口井使用了“射孔/生产一体化管柱结构”，10口井使用了射孔后提枪方式，射孔一次成功率、射孔弹发射率均为100%，取得了较理想的注、采气效果。

文96储气库投产后：注气期，24 MPa井口压力下，单井最大稳定注气能力为（26 ～ 75）× 104m3/d ；采气期，9 MPa井口压力下，单井最大稳定产能为（21.5 ～ 74.5）×104m3/d。文96储气库最大应急输气能力500×104m3/d，达到了设计指标。

6 结论

（1）枯竭型油气藏储气库井宜采用油管输送射孔为主、过油管张开式射孔为辅的射孔工艺。

（2）射孔参数优化对提高井筒与储层之间流体的流动效率具有决定性意义。

（3）多脉冲复合射孔技术的运用，可较好地改造孔道压实带，使孔道压实带破碎，并在近井地层形成多条不受地应力控制的微裂缝，进一步降低地层污染的影响。

（4）多级负压起爆技术的运用，不仅提高了射孔一次成功率，而且大幅减少了射孔对地层的二次污染。

[1] 班凡生，高树生，王皆明. 枯竭油藏改建储气库注采运行机理研究[J]. 天然气地球科学，2009，20（6）：1006-1008.

[2] 李朝霞，何爱国. 砂岩储气库注采井完井工艺技术[J]. 石油钻探技术，2008，36（1）：16-19.

[3] 杨再葆，张香云，邓德鲜，等. 天然气地下储气库注采完井工艺[J]. 油气井测试，2008，17（1）：62-68.

[4] 林勇，薛伟，李治， 等. 气密封检测技术在储气库注采井中的应用[J]. 天然气与石油，2012，30（1）：55-58.

[5] 赵春林，温庆和，宋桂华，等. 枯竭气藏新钻储气库注采井完井工艺[J]. 天然气工业，2003，23（2）：93-95.

[6] 陈擎东， 黄成，刘雄伟，等. 气田射孔完井参数优化设计研究[J]. 断块油气田，2012，19（6）：813-816.

[7] 安永生，柳文莉，祁香文. 射孔完井参数对水平井产量的影响[J]. 断块油气田，2011，18（4）：520-523.

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

施兴建，男，1981年生，工程师，长期从事油气井射孔技术研究和新技术推广工作。E-mail：sxj0393@163.com。