永22含硫潜山油气藏储气库水平井钻井技术

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1、地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008136永永 2222 含硫潜山油气藏储气库水平井钻井技术含硫潜山油气藏储气库水平井钻井技术张洪华 牛爱娟 李立昌 赵福祥（渤海钻探钻井工艺研究院）摘摘 要：要：永 22 潜山改建地下储气库是一个带油环和底水的中含凝析油的含硫气藏，主要产油气层为奥陶系的峰峰组和上马家沟组，气藏原始压力系数 1.01，天然气中硫化氢含量 570-1300mg/m3。华北油田钻井工艺研究院对含硫潜山油气藏地下储气库注采井的钻井工程进行了详细研究，形成了该类储气库注采井的水平井钻井技术，并对永 22 潜山地下储气库进行了钻井工程设计。本文主要介绍了以下几方面的内容：井

2、口布置、造斜率分析及井眼轨道优化、已钻井资料分析与井身结构设计、套管柱设计、固井设计、钻井液体系和防漏失防硫化氢重点施工措施等。主主题词题词 地下储气库 钻井 硫化氢 潜山 水平井 井身结构 固井 永 22一、永 22 潜山开发简况及地层压力情况1.开发简况永 22 潜山区块地处河北省永清县别古庄村，构造位置位于刘其营潜山。永 22 潜山区块是一个带油环和底水的中含凝析油的含硫气藏，主要产油气层为奥陶系的峰峰组和上马家沟组。该区块共钻井 9 口，完钻井深 2950m3600m 左右，全部钻入奥陶系潜山。钻遇的地层分别为平原组、明化镇组、沙河街组、石碳二叠系、奥陶系。奥陶系天然气中硫化氢含量较高

3、，在 5701300mg/m3。永 22 潜山区块基本上没有投入开发生产，地层压力也基本保持原始地层压力。经2006 年复算天然气地质储量为 5.98108m3，原油地质储量 33104t。气藏原始压力31.35MPa，地层温度 109。建设储气库需要新钻注采井 5 口井。2.地层压力情况应用老井电测资料对永 22 区块地层进行了压力测算，其结果如下。预测本地区沙三底部 15002108m 以上地层为正常地层孔隙压力，压力系数为0.991.04，坍塌压力系数在 0.951.1 之间，漏失压力系数 1.551.59。张洪华，男，汉族，1977 年 10 月生，1999 年本科毕业于石油大学（华东

4、） ，现在读西安石油大学工程硕士，任职于渤海钻探公司华北钻研院，工程师，从事钻井工程设计和钻井工艺研究工作，已进行 2 年地下初期库群的研究，是京 58 地下初期库群的主要研究人员之一。地址：河北任丘渤海钻探钻井工艺 研究院；邮政编号：062552 电话：0317-2724670地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008137沙三底部至沙四地层 21082767m，孔隙压力系数为 1.041.06，坍塌压力系数在0.81.12 之间，漏失压力系数为 1.51.58。沙四底部至石碳二叠系底部地层 27673274m，孔隙压力系数为 0.971.11，坍塌压力系数在 0.981.18，漏失

5、压力系数为 1.52.3。二、钻井难点分析通过对已钻井实钻资料的分析，该区块钻井主要存在以下难点：（1）永清气田位于京津之间、硫化氢含量高(永 7、永 15 硫化氢浓度为5701300mg/m3，合 380867ppm)。对井场的选择、钻井设备、钻井井控和套管的选择提出了更高的要求。防硫化氢安全问题是重中之重。（2）本区块 5 口井的目的层均为潜山，根据邻井实钻资料，潜山段的地层孔隙压力与地层漏失压力非常接近，在潜山的钻进过程中会有井漏、井喷情况。如何确保安全钻井，井身结构的优选和钻井液性能的设计显得尤为重要。（3）有 3 口井为 3 靶点水平井，轨道设计和轨道控制具有一定的挑战性。（4）储气

6、库井对水泥封固质量的要求较高，如何保证封固质量是设计的重点。三、井口布置及井眼轨道优化1. 井口布置为了减少土地占用，保护环境，有利于井口的生产管理和安全管理，采用了丛式井钻井方式。并且针对地质设计目标的分布，将 5 口井分布于两个井场上。井场位置及井眼分布见图 1、2。图1：井场位置与井眼分布示意图 图2 井场示意图2. 造斜率分析井眼轨道优化通过实钻调研，对于 311.2mm 井眼，采用 1.251.5单弯螺杆，其造斜率在 712地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008138/100m，平均造斜率在 10/100m 左右；对于 215.9mm 井眼，采用 1.51.75单弯螺杆，

7、在潜山灰岩地层中的造斜率在 2030/100m，平均造斜率在 25/100m 左右。因此，在设计轨道时，311.2mm 井眼最大造斜率不超过 12/100m，215.9mm 井眼在潜山中的造斜率最大不超过 25/100m。根据地质要求，对于两个靶点的定向井采用“直一增一稳”三段制剖面，可减少事故与复杂，提高钻井速度。而对于 3 个靶点的水平井，在设计轨道时，既要满足地质目标，又要考虑水平井钻井施工的难度，有利于井眼轨道的控制，通过优化后最终确定了“直增稳增调整稳”的剖面。井眼主要参数见表 1 和表 2。表表 1 两个靶点三段制设计剖面两个靶点三段制设计剖面井段测深 米井斜 度方位 度垂深 米造

8、斜率 度/30 米闭合距 米闭合方 位 度段长 米上直段2428.070.00/2428.070.000.00/2428.072599.5020.00133.402596.043.5029.62133.40171.432719.3830.00112.572704.763.3079.07125.62119.88造斜段2974.0459.71112.572883.263.50255.26116.58254.66A 靶点2975.1059.71112.572883.800.00256.18116.571.06B 靶点3391.4659.71112.573093.800.00615.33114.234

9、16.36井底3401.4659.71112.573098.850.00623.97114.2110.00表表 2 三个靶点水平井设计剖面三个靶点水平井设计剖面井段测深 米井斜 度方位 度垂深 米造斜率 度/30 米闭合距 米段长 米上直段1969.250.00/1969.250.000.001969.25造斜段2289.1021.327.232281.762.0058.83319.85A 靶点2948.6821.327.232896.200.00298.68659.592951.0021.327.232898.360.00299.522.322953.0021.327.232900.220.

10、00300.252.00稳 斜 段 2968.6821.327.232914.830.00305.9515.683143.1760.007.233044.696.65417.49174.483173.1761.567.233059.331.56443.6730.003287.7786.817.233090.316.61553.05114.60造 斜 段A靶点3319.6790.007.233091.203.00584.9331.90B 靶点3487.9990.007.233091.200.00753.25168.32稳 斜 段井底3497.9990.007.233091.200.00763.2

11、510.00四、井身结构设计1. 已钻井资料分析地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008139该区块所调研 8 口井的井身结构全部为三开，其中有 6 口井是裸眼完井，永 20、永 22井采用尾管悬挂 127mm 套管完井，127mm 套管下至井底。一开通常为 400mm 井眼，钻深一般在 100163m，下 339.7mm 表层套管，二开通常为 244.5mm 井眼，钻进潜山 529m，下 177.8mm 技术套管，技套坐进潜山 17m；三开用 152.4mm 钻头钻至完钻井深，普遍存在放空、漏失情况，漏失部位离潜山顶最近 14.2m。根据邻井试油资料，奥陶系地层压力梯度为 0.93

12、71.057MPa/100m，为正常地层压力。2. 井身结构设计经过管流计算和地层产能预测，要求生产套管的尺寸为 177.8+139.7mm。因为是潜山井，目的层含硫化氢，为了实现目的层专层专打，减少风险，增加井控安全性，设计244.5mm 技术套管坐进潜山 35m；为保证揭开潜山时，万一发生严重井漏，导致明化镇以上疏松地层坍塌，造成上塌下漏的恶性事故，设计下入 339.7mm 技术套管封隔明化镇及其以上地层；永 22 区块地表为流沙层，为提高井控安全和悬挂下层套管重量，设计下入508mm 套管 100m。因此设计四开井身结构。储气库井各层套管水泥必须返至地面，244.5mm 套管封固段长，设

13、计采用分级固井，分级箍选择放在地层相对稳定的上直段，设计 1600m 左右；同样 177.8mm 套管固井也是采用分级固井的方式。井身结构示意图如图 3 所示：图图3 井身结构示意图井身结构示意图五、钻井液设计地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008140从老井的实钻情况进行分析，在明化镇组以前使用聚合物钻井液基本能够维持正常钻井，聚合物钻井液的抑制性强，能够防止泥岩地层黏土的水化分散，稳定井壁，抑制明化镇组钻屑分散造浆，降低膨润土含量，减少钻井液的排放量，稳定钻井液性能。同时，它具有良好的剪切降粘特性，有利于携砂和发挥水力破岩作用，提高钻速。在明化镇组以下，选用华北油田应用广泛、技

14、术成熟的正电胶聚合物聚磺钻井液体系，因为奥陶系含硫化氢，在进入潜山之前和在潜山中钻进时，钻井液中要加入碱式碳酸锌。各井段钻井液体系设计见表 3。表表3 各井段钻井液体系各井段钻井液体系井段 m井眼尺寸 mm钻井液体系0100660.4膨润土钻井液1001300444.5聚合物钻井液13003139311.2正电胶聚合物聚磺钻井液3139井底215.9正电胶聚合物聚磺钻井液六、套管柱设计508mm 表层套管由于下入浅，仅具有封固裸眼井壁的功能，只要能够达到强度要求即可，没有其他特殊要求。由于 508mm 套管尺寸较大，上扣时易发生错扣，因此选用梯形扣。339.7mm 和 244.5mm 技术套管

15、是考虑安全钻井下入的套管，对强度无特殊要求，只要满足校核条件即可。177.8mm 生产套管，是注采天然气的通道，随着储气库的建成与使用，注采井将周而复始地注入和采出，其井内介质为双向气流动，同时注入、采出压力和温度不断变化，井的使用寿命不受可采储量的限制，使用寿命要长，所以对套管的强度要求、螺纹密封性能要求均有很高的指标。在注采生产中，生产套管完全处于全掏空状态，应按全掏空条件下校核生产套管，选用壁厚 10.36mm 的套管；而由于永 22 区块含硫化氢，根据天然气中硫化氢的含量，选用抗硫较好的 95SS 钢级的套管，其扣型选用气密封扣型（VAGT） ，大大提高了螺纹的抗泄露能力，使其具有良好

16、的气密封性能。139.7mm 筛管是为防止由于长时期注采后地层垮塌而下入的，长期裸露在含硫化氢的地层中，也选用抗硫较好的 95SS 钢级的筛管。七、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、井壁的固结质量提出了更高的要求。在井的全部注采期内，不得出现气体的漏失、窜移，以免造成经济损失、影响井的使用期限及发生不安全因素。地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京 2008141508mm 表层套管固井：采用内插入式单级注水泥或采用常规方式固井。339.7mm 技术套管固井：水泥封固段长（1300m） ，为防止压漏地层，设计采用密度1.65g/cm3的低密度水泥浆体系，同时，由于套管尺寸较大，水泥浆顶替效率低，建议采用内插法固井。244.5mm 技术套管固井：水泥浆封固段长达 3000m，采用双级固井工艺，一级固井首先保证套管鞋处的固井质量，二级水泥浆返至地面。244.5mm 套管坐