關(guān)鍵詞：超深井；完井；采收率；完井管柱；經(jīng)濟評價

引言

超深井通常是指完鉆井深超過6000m以上的井，國內(nèi)外陸續(xù)有超深油氣藏投入開發(fā)，如塔里木盆地的哈拉哈塘、富滿、順北和博孜等油氣田，順北西部地區(qū)垂深已達8000～8800m，四川盆地九龍山區(qū)塊垂深6000～6800m、雙魚石區(qū)塊目的層垂深7000～8000m。中國陸上深井超深井地質(zhì)條件復雜，鉆井安全風險大、周期長。尤其是塔里木盆地和四川盆地超高溫超高壓、多壓力體系、地層堅硬及可鉆性差、富含酸性流體等問題共存，面臨一系列世界級深井超深井鉆完井技術(shù)難題，安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井最具挑戰(zhàn)性[13]。塔里木盆地2023年鉆成井深9026m的亞洲最深井，目前已基本形成陸上8000m油氣井的鉆完井技術(shù)體系，萬米深井鉆完井技術(shù)體系也基本構(gòu)建完成，有力支撐了深層超深層油氣勘探開發(fā)。

目前，超深井的完井方式主要有裸眼完井[4]、套管射孔完井，井眼尺寸一般為101.6、114.3、127.0、139.7和177.8mm[58]，超深井由于考慮替重漿、完井工藝有一次完井或二次完井[9]，一次完井是將射孔、改造及完井采用一趟管柱完成的完井工藝，包括丟槍、不丟槍和全通徑射孔3種工藝。二次完井工藝是先采用鉆桿傳輸射孔，后下入完井、改造一體化的完井工藝，常用的管柱配置有常規(guī)完井管柱和分層壓裂完井管柱，分層壓裂完井管柱在常規(guī)完井管柱基礎(chǔ)上，增加了分層壓裂閥和封隔器。為用清潔完井液替換出原井重泥漿，油管鞋下過射孔頂界或下至射孔中下部，對應(yīng)射孔段的管柱采用填塞可溶孔塞的篩管[1011]。

裸眼完井、小尺寸（不超過?127mm）油層套管以及生產(chǎn)管柱深入射孔區(qū)域等完井相關(guān)技術(shù)，在實際應(yīng)用中可能面臨油氣井出砂的問題。出砂現(xiàn)象可能導致油氣井產(chǎn)量迅速下降，嚴重時甚至影響正常生產(chǎn)，這一連串的效應(yīng)最終會對開井率和采收率產(chǎn)生不利影響。因此，在選擇和應(yīng)用這些完井技術(shù)時，必須充分考慮到出砂風險，并采取相應(yīng)的預防措施，以確保油氣井的長期穩(wěn)定生產(chǎn)和高的采收率。

1超深碳酸鹽巖油藏X區(qū)塊影響采收率的完井工程因素剖析

1.1油藏地質(zhì)特征

X區(qū)塊碳酸鹽巖油藏平均埋深7239m，目的層為一間房組，巖性為泥晶、亮晶顆?；?guī)r，主要為亮晶生屑藻砂屑灰?guī)r、亮晶藻團塊生屑灰?guī)r、亮晶藻砂屑灰?guī)r、亮泥晶生屑灰?guī)r、泥晶棘屑藻砂屑灰?guī)r和生屑泥晶灰?guī)r。在鉆遇儲層中，54.17%為多洞型，27.08%為單洞型，18.75%為裂縫孔洞型。

1.2完井概況

X區(qū)塊投產(chǎn)井57口，采用裸眼完井或篩管完井方式，其中，裸眼完井46口，占80.7%，篩管完井11口，占19.3%；小井眼9口（裸眼5口、篩管4口），其中，裸眼完井井眼尺寸111.1和114.3mm各1口，114.3mm篩管1口，93.2mm油管篩管3口。

1.3開發(fā)特征

X區(qū)塊的標定采收率21.08%，在投產(chǎn)第7年，自然遞減率27.95%，綜合含水7.08%，地質(zhì)儲量采出程度12.53%，在含水率不高時，遞減率高，產(chǎn)液量下降快，油井表現(xiàn)主要體現(xiàn)在油壓下降快、產(chǎn)量下降快特征，如圖1所示。X區(qū)塊投產(chǎn)后，開井率在60.0%左右，最近開井率僅為43.8%，區(qū)塊綜合含水不高，開井率低是影響采收率的一個重要原因。

1.4產(chǎn)量遞減原因分析

該區(qū)塊有13口作業(yè)井有探泥砂面工序，其中，12口井為裸眼完井，平均裸眼段長78.30m，一間房組厚度40.40m，平均泥砂埋63.57m，最高592.00m，最低4.95m，裸眼段平均被埋79.8%，一間房組平均被埋超過90.00%的占66.7%。投產(chǎn)初期最高油壓51.0MPa，最低13.3MPa，日產(chǎn)油40～152t，平均自噴期464d，自噴期累計產(chǎn)油1.38×104t，最高自噴期累計產(chǎn)油5.47×104t，最低923t，自噴期累計產(chǎn)量低。

對油氣井實施的作業(yè)主要是轉(zhuǎn)機采或儲層改造，在作業(yè)過程中部分井有以下特點：1）作業(yè)前放壓時間長。在兩口井轉(zhuǎn)抽作業(yè)中，一口井節(jié)流放油壓（只放油壓）9d，累計放油814.2m3，日產(chǎn)量最高123.1m3，最低74.1m3；另一口井節(jié)流放壓，放出原油1563m3，日產(chǎn)油最高202m3，由于放壓時間長，最后都沒有轉(zhuǎn)抽。2）沖撈砂過程中有起壓、返油特征。如B1井進行轉(zhuǎn)抽作業(yè)，泥砂埋78.2m，產(chǎn)層全部被埋，正循環(huán)沖砂，進尺1.5m，產(chǎn)層未露出，環(huán)空節(jié)流控制放壓，出口返油15.4m3，出氣口點火焰高2～3m不熄，壓井就漏，不壓井就噴，工程上難以繼續(xù)沖撈砂作業(yè)，最后進行側(cè)鉆，側(cè)鉆后生產(chǎn)情況不理想。B2井進行轉(zhuǎn)抽作業(yè)，泥砂埋88.18m，目的層28m，撈砂至井底后關(guān)井油壓升至7.5MPa，下完抽油泵完井管柱和抽油桿桿柱后關(guān)井油壓升至18MPa，當天節(jié)流放壓，放出原油106.6m3。

在沖撈砂過程中起壓返油不是個例，泥砂埋在井底產(chǎn)生附加壓降，導致油壓下降快，有探泥砂面工序的作業(yè)井，泥砂埋是100%，可以推斷停噴沒有作業(yè)、作業(yè)沒有探泥砂面工序的井，泥砂埋可能性大，對于小井眼的井（井眼不超過114.3mm），停噴以后無法作業(yè)，最終會處于關(guān)井狀態(tài)，所以，泥砂埋及垮塌是X區(qū)塊影響油氣井產(chǎn)能發(fā)揮、產(chǎn)量遞減大的重要原因。考慮到裸眼井中沖撈砂難度大、風險大，為提高作業(yè)成功率和開井率，對X區(qū)塊采用了5′′（1′′=2.54cm）篩管完井代替裸眼完井的完井方案，近3年新井實施比例從0提高到43.3%。

2Y區(qū)塊影響采收率的完井工程因素

2.1氣藏地質(zhì)特征

Y區(qū)塊目的層白堊系巴什基奇克組第一段儲層巖石類型以巖屑長石砂巖為主，石英（包括硅質(zhì)巖屑）含量一般為45%～60%，巖屑含量一般為15%～30%，主要為巖漿巖屑。儲層填隙物中雜基成分主要為泥質(zhì)，含量一般為0.5%～15.0%，黏土礦物組合為伊/蒙混層伊利石綠泥石組合，其中，以伊/蒙混層、伊利石為主，含少量高嶺石和綠泥石。儲集空間類型以粒間孔為主，占總量的60%～83%，其次為粒內(nèi)溶孔和裂縫，占總量的5%～20%。

研究表明，各井段構(gòu)造裂縫總體相對發(fā)育，以半充填高角度縫為主，其次為斜交縫以及網(wǎng)狀縫。砂巖基質(zhì)孔隙度主要分布在2.0%～6.0%，平均為4.2%，基質(zhì)滲透率主要分布在0.010～0.500mD，平均0.075mD，總體屬于特低孔、低滲特低滲儲層，氣藏類型為異常高壓塊狀底水干氣氣藏，局部具邊水特征。

2.2完井概況

Y區(qū)塊投產(chǎn)的27口井，平均完井深度6841m，水平井1口，直井26口，裸眼完井1口（井眼111.1mm），套管射孔完井26口，其中，177.8mm油層套管4口，139.7mm套管18口，127mm套管4口。完井管柱在射孔頂界6口，下過射孔底界12口，均采用永久式封隔器，分段改造1口。

2.3開發(fā)特征

1）產(chǎn)量遞減特征

Y區(qū)塊標定采收率60%，投產(chǎn)11a后，地質(zhì)儲量采出程度16.24%，可采儲量采出程度只有27.06%。根據(jù)年產(chǎn)量遞減分析，指數(shù)遞減特征明顯（圖2），初始遞減率27.7%，沒有穩(wěn)產(chǎn)期，產(chǎn)量遞減率大。

2）不同完井管柱下深生產(chǎn)特征

不同完井管柱下深生產(chǎn)特征出現(xiàn)明顯差異，以兩種極限下深分析，如圖3、圖4所示，一種是完井管柱下過射孔底界，另一種是完井管柱下在射孔頂界以上。對比可見，二者生產(chǎn)特征差異非常明顯，完井管柱下過射孔底界的井生產(chǎn)前期油壓波動很大，下降明顯，而完井管柱下在射孔頂界以上的井，生產(chǎn)前期油壓波動不大，產(chǎn)量呈線性下降，相對平緩得多，后期才出現(xiàn)水淹影響。

2.4產(chǎn)量遞減原因分析

Y區(qū)塊有5口井進行過動管柱作業(yè)，單井作業(yè)費用數(shù)千萬元，均出現(xiàn)管柱斷脫打撈，長度在566.91～6416.75m，除1口井生產(chǎn)套管為177.8mm外，其他井生產(chǎn)套管為139.7mm。

5口井中，y3井作業(yè)69d后因剩余2180.32m管柱無法處理，管柱有泥砂垢堵，棄置封井，其他4口井作業(yè)時間126～286d，y5井累計排砂133.40kg，y7井返出地層砂166.28kg、返出鐵屑及砂2346.30kg；2口井（y1井、y15井）處理管柱后探砂面，分別砂埋116.3和105.16m，如圖5所示，這兩口井油壓、產(chǎn)量波動大，下降快，認為出砂是影響油壓波動和快速下降的重要原因，y1井管柱下過射孔段、y15井距離射孔底界5m。

出砂是影響油壓波動及下降的重要原因，完井管柱下在射孔頂界以上有利于排砂，油壓平緩下降是在生產(chǎn)套管內(nèi)砂或泥砂逐步堆積及地層壓力下降的綜合反映，油管下過射孔段，特別是下過射孔段底部，在油管外壁和生產(chǎn)套管之間地層砂易產(chǎn)生堆積或架橋，不易排出，嚴重影響生產(chǎn)。

目前，對氣井產(chǎn)量遞減因素的研究主要集中在儲層滲透率、氣井控制半徑、配產(chǎn)、增產(chǎn)措施、工作制度調(diào)整和井底積液等[1213]，沒有提到井筒問題，特別是砂或泥砂在井筒內(nèi)堆積對產(chǎn)量遞減的影響。

Y區(qū)塊投產(chǎn)12a，年底開井率55.6%，日產(chǎn)氣只有36.97×104m3，難以達到預期的采收率目標。

Y區(qū)塊開井曲線如圖6所示，從開井數(shù)歷史分析，開井率不高，結(jié)合作業(yè)發(fā)現(xiàn)的出砂問題與氣井生產(chǎn)特征、井身結(jié)構(gòu)及管柱圖綜合分析，出砂或泥砂在油管柱和產(chǎn)層之間被埋是油壓、產(chǎn)量下降的重要因素。由于超深井作業(yè)難度大、時間長、風險高、費用高，同時，由于作業(yè)污染等原因，導致產(chǎn)量恢復效果不理想，所以部分井砂埋了沒后續(xù)作業(yè)，部分井后期才出現(xiàn)水淹特征。

3超深油氣井完井設(shè)計兩個制約因素

3.1鉆完井投資及周期

針對超深井鉆完井，由于其地層復雜性、技術(shù)難度高以及投資成本大的特點，優(yōu)化鉆完井周期并控制投資成本成為降低成本的關(guān)鍵策略。然而，對于超深井而言，提升建井質(zhì)量不僅有利于油氣井的生產(chǎn)，還能提高油氣藏的采收率，但這可能相應(yīng)地導致鉆完井周期的延長和投資成本的增加。反之，在實際操作過程中，由于鉆完井投資預算和周期的限制，往往可能忽視完井設(shè)計對后期生產(chǎn)以及油氣藏采收率的潛在影響。

3.2經(jīng)濟評價

油氣藏開發(fā)前通常都會進行經(jīng)濟評價，但針對超深油氣藏的開發(fā)，存在以下幾個核心問題：

1）經(jīng)濟評價指標的設(shè)計未能充分考量超深油氣藏鉆井難度大、投資成本高的特點。

2）經(jīng)濟評價中采用的油、氣價格普遍低于實際市場價格，因此無法準確反映實際的經(jīng)濟效益。

3）即便采用了科學的技術(shù)方案，測算出的經(jīng)濟指標可能較低，但這種方案可能更有利于穩(wěn)定產(chǎn)量和提高采收率，這一點在經(jīng)濟指標的測算中并未得到體現(xiàn)。另外，有些技術(shù)方案雖然在經(jīng)濟指標上得到了通過，但他們可能給后期帶來額外的作業(yè)成本和產(chǎn)量損失，這部分也未能在經(jīng)濟指標中得以體現(xiàn)。

4）出于對產(chǎn)能完成率、新井成功率、產(chǎn)能到位率等油藏地質(zhì)方案指標的考量，單井的配產(chǎn)可能低于油氣井的實際產(chǎn)能。在這種情況下，為了達到經(jīng)濟評價指標的要求，可能會降低鉆完井的投資，這樣的決策可能不利于后期的生產(chǎn)，并可能導致最終的采收率較低。

4對策

根據(jù)油氣田開發(fā)實踐表明，出砂或泥砂影響油氣井生產(chǎn)重要因素。對淺井或一般的深井，由于作業(yè)難度不大、費用不高，所以不會影響開井率和最終采收率。對超深井而言，由于作業(yè)難度大、風險大、費用高，油氣井被砂或泥砂埋了，可能無法恢復產(chǎn)能，甚至不會作業(yè)，開井率就比較低，就會影響上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和最終采收率。泥砂的來源主要有兩個：1）加砂壓裂中的外來砂，這可以通過工藝優(yōu)化設(shè)計避免；2）地層砂或泥砂，根據(jù)開發(fā)實踐，無論是碳酸鹽巖還是碎屑巖都存在出砂或泥砂問題，對碎屑巖地層生產(chǎn)壓差高于臨界生產(chǎn)壓差，一般會出砂，由于上產(chǎn)等要求，油氣井生產(chǎn)壓差不會完全控制在臨界生產(chǎn)壓差以下，對于碳酸鹽巖由于裂縫和孔洞充填的砂或泥砂，會隨著流體進入井筒。

此外，超深井一般壓力高、產(chǎn)量高，砂或泥砂大部分會隨生產(chǎn)流體帶出地面，進入地面系統(tǒng)，但還有一部分會沉在井筒下部。

4.1完井設(shè)計原則

超深井由于井筒溫度高、壓力高，井下管柱屈曲風險高，易造成管柱失效或沖蝕加劇等問題[14]，對超深、高溫、高壓以及高產(chǎn)等復雜工況的氣井可能導致油管柱處于永久性的屈曲狀態(tài)，需要采取適當降低產(chǎn)量等延長管柱壽命的措施建議[15]，作業(yè)過程中管柱的屈曲既影響了管柱本身的受力與變形，又加大了井下作業(yè)的難度[16]，結(jié)合實際作業(yè)的情況，對超深油氣井更是如此。對出砂井打撈作業(yè)，影響管柱受力的因素很多，包括管柱結(jié)構(gòu)、井眼環(huán)境及作業(yè)施工方式等，管柱的幾何尺寸，以及井眼的尺寸、管柱與井壁的摩擦狀態(tài)等，對一般的淺井或深井，一次套銑超過20～30m長的落魚管柱，可以保證井下作業(yè)的安全[17]，而對超深井，實際套銑長度遠大于這個長度，使作業(yè)難度和風險更大。

對超深井完井設(shè)計原則應(yīng)重點考慮兩個方面：1）有利于排砂或延長砂（泥砂）埋的時間；2）有利于后期作業(yè)，減少后期作業(yè)的難度和風險。

4.2完井的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.2.1完井方式

超深碳酸鹽儲層存在當應(yīng)力超出巖石強度后，誘發(fā)井壁圍巖破裂產(chǎn)生宏觀失穩(wěn)，產(chǎn)生巖塊、巖屑及泥砂，沉積在井筒底部，同時也包括在綜合應(yīng)力作用下，儲集層沿裂縫面產(chǎn)生滑移，引起裂縫充填物破碎，形成細砂微粒的微觀失穩(wěn)模式[18]。碎屑巖由于裸眼作業(yè)也會導致巖塊脫離，帶來復雜作業(yè)，雖然裸眼完井初期日產(chǎn)量可能很高，但不一定累計產(chǎn)量高，提高單井累計產(chǎn)量是超深油氣藏開發(fā)的目標，所以，超深井完井方式不宜采用裸眼完井，可以通過深入研究，明確地層是否出砂或泥砂，以及出砂或泥砂的條件，能否防和如何防。

4.2.2油層套管尺寸

一般油層套管尺寸設(shè)計思路是根據(jù)配產(chǎn)選擇油管配置，再根據(jù)油管跟套管的匹配選擇油層套管，對超深井還需要考慮作業(yè)，研究思路是根據(jù)作業(yè)的工況，如循環(huán)、鉆磨和封隔器解封等作業(yè)工況，對不同的井深通過不同套管尺寸的對比優(yōu)選油層套管尺寸，在這個基礎(chǔ)上再進行井身結(jié)構(gòu)圖設(shè)計，研究的手段主要有軟件模擬、物理模擬和理論研究（管柱力學等）。定性分析，對于超深井，井越深，油層套管尺寸應(yīng)該越大，一是有利于作業(yè)；二是沉砂量大，自噴期累計產(chǎn)量高，如表1所示。7′′套管截面積分別比51/2′′、5′′、41/2′′增加74.3%、99.4%和125.3%，在同樣因砂或泥砂埋停噴時，同等砂埋高度條件下，采用7′′油層套管，自噴期的累計產(chǎn)量分別比51/2′′、5′′、41/2′′油層套管增加74.3%、99.4%和125.3%，單從增加的產(chǎn)量上看，采用大的油層套管，經(jīng)濟效益就非常可觀的。

4.2.3完井管柱

完井管柱主要包括管柱組合和管柱下深兩個方面，對超深井，一般考慮到替重漿，以及縮短鉆完井周期，采用試油完井一體化管柱，儲層改造施工為降低井口泵壓，管柱組合一般41/2′′+31/2′′，41/2′′油管有的用到4000m，管柱下得比較深，存在以下問題：1）上部大管柱，流速降低，不利于攜砂和攜液，停噴早，費用高；2）管柱下得深，不利于產(chǎn)出剖面等的測試，如果出砂，管柱容易被埋。實際上，完井管柱和試油管柱目的有所不同，如完井管柱要滿足配產(chǎn)和測試的需要，一般可以采用一種管柱配置就可以滿足要求，測試一般要求管柱下在射孔頂界50m以上；測試管柱要滿足射孔、改造（包括分層改造），一般下得比較深，管柱尺寸要大，變徑多，如采用試油完井一體化管柱在生產(chǎn)過程中，容易發(fā)生砂埋、蠟堵等問題，有的也提出了下部帶全可溶篩管的解決辦法，但溶解后產(chǎn)生的物質(zhì)是否會污染儲層，需要進行研究。

采用完井管柱單獨下在射孔段以上，完井周期和費用要增加一點，有利于油氣井生產(chǎn)，這需要開展無固相壓井液等相關(guān)配套技術(shù)研究[19]。

4.2.4封隔器類型

在高溫高壓井測試作業(yè)中，使用常規(guī)的RTTS及XHP封隔器由于泥漿重晶石沉淀，封隔器無法正常解封的問題，在高溫高壓井中采用永久式封隔器[20]，有的氣藏高酸性氣體，對入井材質(zhì)防腐性能以及絲扣密封性能提出了更高的要求，必須采用性能良好的永久式封隔器以保護套管[21]，但在開發(fā)實踐中，由于環(huán)空帶壓、砂埋等原因要進行作業(yè)，要進行管柱打撈，永久式封隔器處理難度大[2224]。從作業(yè)角度，可取式封隔器有獨特的優(yōu)勢，需要在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面開展攻關(guān)，研究適合超深井的可取式封隔器，同時需要完井工藝配套，避免重漿在封隔器上沉積。

4.2.5沉砂口袋

沉砂口袋是指從人工井底到所射油層一段套管內(nèi)容積[25]，一般長度為15～25m，留口袋是為后續(xù)施工或生產(chǎn)時產(chǎn)生的廢棄物有存放的地方，不至于造成產(chǎn)層被埋，同時也為滿足后續(xù)施工作業(yè)的需要，合理沉砂口袋的確定主要考慮地層出砂情況、后續(xù)施工的需要、經(jīng)濟效益[26]。沉砂口袋容積由油層套管尺寸、井底到射孔底界的長度決定，太小會影響油氣井的正常生產(chǎn)，甚至壽命，太大要增加鉆井投資，油管下過射孔段頂界（由于砂也有一定的滲透能力，射孔底界以上也有口袋的作用），減少了口袋容積，同時由于砂對油管外壁的沖擊作用，以及產(chǎn)層與油管外壁形成的環(huán)空狹窄，使得砂不容易排出。油層套管尺寸確定后，對超深井，應(yīng)綜合技術(shù)、經(jīng)濟確定合理的沉砂口袋深度。

5結(jié)論

1）地下發(fā)現(xiàn)油氣藏以后，盡可能上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率應(yīng)是油氣藏開發(fā)的最終目標，開井率對上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率有直接的關(guān)系，油氣田投入開發(fā)后保持高的開井率，才能達到上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率以及全生命周期經(jīng)濟效益的目標，除去地層沒有儲量外，出砂或泥砂是影響開井率的重要原因，對超深油氣藏完井研究和設(shè)計要充分考慮砂或泥砂的影響。

2）超深油氣藏完井工程要以提高采收率為目標，假設(shè)在出砂或泥砂條件下，以有利于延長砂（泥砂）埋時間、有利于后期作業(yè)為出發(fā)點，開展完井方式、油層套管尺寸、完井管柱、封隔器類型及合理沉砂口袋5個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究，同時開展配套技術(shù)或裝備研究，再進行鉆完井投資、鉆完井周期等測算，在此基礎(chǔ)上設(shè)置考核指標。

3）在合理鉆完井設(shè)計的基礎(chǔ)上，測算經(jīng)濟評價指標，如果內(nèi)部收益率等指標達不到要求，可以通過提高單井產(chǎn)量的措施重新測算，體現(xiàn)科學的鉆完井設(shè)計有利于提高單井產(chǎn)量，特別是累計產(chǎn)量，在開發(fā)到一定階段后再進行鉆完井技術(shù)的后評估，以及經(jīng)濟指標核算，也可為其他超深油氣藏的開發(fā)提供經(jīng)驗。

4）將超深油氣藏開發(fā)作為一個系統(tǒng)工程，地質(zhì)、鉆井、完井、試油、修井與生產(chǎn)等涉及的各個專業(yè)和環(huán)節(jié)作為一個統(tǒng)一的整體，以提高采收率為共同的目標，在開發(fā)之初就要進行相關(guān)研究，確定科學的方案，對生產(chǎn)過程中油氣井出現(xiàn)的問題，要進行各專業(yè)和環(huán)節(jié)共同參與的綜合研究，找準問題，制定科學的措施對策。