中深层地热井不同完井方式产能对比试验

中深层地热井不同完井方式产能对比试验

石步乾王玉国李成嵩王银生姜辉王端

中国石化新星石油公司

摘要：地热井的产能决定其采出和回灌能力，对地热资源全生命周期内高效开发具有重要意义,产能高低与完井方式密切相关，绝大多数采用传统的筛管完井工艺，近几年正在尝试引入石油行业常用的射孔完井工艺，两者对地热井产能影响的对比研究工作尚未见报导。本文对中深层地热储层筛管完井和射孔完井的产能进行了5口井现场对比试验，并用相关理论和方法消除摩阻对测试数据的影响，结果表明：射孔完井的地热井米产量指数高出筛管完井地热井30%左右，当射孔孔密达到一定程度时，射孔深度对产能的影响更敏感，总体上看射孔完井优势明显。

关键词：地热；射孔完井；筛管完井；产能；米产量指数

0 引言

中深层地热作为清洁能源，在“双碳”目标的背景下，其开发利用正在快速发展。完井方式作为地热开发过程中的关键环节，直接影响地热井的采出和回灌能力。传统地热井完井方式主要采用筛管完井，近年来，该行业尝试引入套管固井射孔完井工艺，但对两种不同完井工艺的产能尚未开展系统研究对比和评价工作，完井工程师在完井方式的选择上随机性比较强，不利于完井工艺的选择优化，本文通过对中深层地热储层筛管完井和不同射孔参数完井的产能进行了5井现场对比试验和总结分析，为地热井完井方式的优化选择提供了实践依据。

1 热储目标的选取

地质概况：东营市河口区构造上位于渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷中的渤南次凹；主力热储为新近系，由深到浅依次发育馆陶组(Ng)和明化镇组(Nm)；馆陶顶底构造呈现南高北低的特征，顶板埋深1050～1250m,底板埋深1750～2000m。馆陶下段为地热开发的主力层，砂体厚度100～240m。砂泥互层发育，砂地比40%～55%，孔隙度27.3～31.7%，平均29.5%，渗透率510～980mD。整体属于中孔中高渗储层。地温梯度在3.1～3.5℃/100m之间。

2 试验井的选取

本次试验共选取试验井5口，其中，3口采用射孔完井，另外2口采用筛管完井，为了提高对比试验的可靠性，试验井选择在相距1500米的两个地热站，分别为1#和2#地热站，试验区域热储层连续稳定分布。1#地热站设置1口射孔试验井XG2和1口筛管试验井XC2；2#地热站设置2口射孔试验井MG1和MG2，1口筛管试验井MC2。同一井场试验井井距约500米，开采垂深井段在1600～2000m范围内。

3 两种完井工艺要点

3.1筛管完井工艺要点

井身结构：均采用二开次悬挂井身结构，生产管柱尺寸177.8mm，以XC2井为例：直井，一开井眼φ444.5×351m，套管φ339.7×350m，水泥封固段0～350m；二开井眼φ241.3×2060m，套管φ177.8mm×（292～1639）m，筛管φ177.8mm×（1699～1962）m，水泥封固段292m～1639m。

筛管规格：绕丝筛管技术参数 ：φ177.8mm，钢级J55基管，孔径18mm，横向孔距55mm，轴向一排12个孔，外包80目304不锈钢筛网，缠304不锈钢丝，钢丝间距0.5mm以下。

完井液采用膨润土聚合物钻井液，密度：1.05～1.15g/cm³；粘度：35～50s。

3.2射孔完井工艺要点

井身结构：均采用二开悬挂井身结构和套管固井射孔完井，生产管柱尺寸244.5mm，以MG2井为例，一开井眼φ444.5mm×357m，套管φ339.7mm×356m，水泥封固段0～356m；二开，井眼φ311.15mm×2079m，套管φ244.5mm×（303～2075）m，水泥封固段299～2075m，定向井，最大井斜26°，垂深1945m。射孔段垂深范围1692～1871。

完井液同筛管完井。

射孔参数：选用两种规格，以便对比，MG2井采用127枪配127弹，孔密20孔/m，混凝土靶穿深720mm[1]；另外两口井采用140枪配102弹，孔密32孔/m, 混凝土靶穿深530mm[1]。

4 试验井试水结果

4.1原始试水数据

对每口试验井先测得静水位L，采用人工举升方式按不同工作制度进行稳定试水测试[2]，测得两个不同降深下的稳定产量Qw和动水位Lf ，计算出相应降深ΔHt。

4.2井筒流动摩阻对降深影响的修正。

流体从井底流经生产套管、表层套管至泵吸入口的过程中会产生摩阻，对应某一稳定产量下的液位有效降深应为测试的液位降深减去摩阻：

ΔH=ΔHt-ΔHf                                                (1)

式中，ΔH——液位有效降深/m;ΔHt——测试的液位降深/m;ΔHf——摩阻/m。

摩阻包括流体从井底流经生产套管和表层套管两部分，因所采用的表套均为φ339.7mm套管，在研究流量范围内其摩阻可忽略。摩阻计算采用范宁公式[3]。

5 综合对比

热储可以看作是等厚、均质、各向同性的无限承压水层，由达西产量计算公式[3]进行产量计算：

                                      （2）

式中，Qw——日产水量/(m3/d)；K——储层有效渗透率/μm2;hw ——热储有效厚度/m;μw——地热水粘度/mPa.s;ΔP——生产压差/MPa;re——供水半径/m；rw——井眼半径/m，s——表皮系数/无量纲；a——常数。

根据测试数据，该地区采出水的温度在66-70℃之间，在测试降深条件下水的密度相对稳定，由此采用液位有效降深ΔH来表征生产压差ΔP[2]。为简化计算，方便现场工程师参考，本文采用米产量指数来表征地热井的产能，米产量指数为单位砂厚单位水位降深的日产水量 ，计算方法由式（2）演变而来：

                                                  (3)

式中，Jw——米产量指数/(m3/(m.d.m)),Qw——日产水量/(m3/d)；ΔH——液位有效降深/m；hw——热储有效厚度/m，筛管完井取筛管段测井解释水层厚度，射孔完井取射孔段测井解释水层厚度。

从公式（2）、（3）可以看出，对理想热储的特定生产井米产量指数是一个恒定值，反映其产能水平，但实际热储和理想热储存在一定差异，不同工作制度下所求的米产量指数有所波动，为此，选取两个工作制度下所求的米产量指数的平均值作为该井的米产量指数。

通过对比米产量指数来评价不同完井方式的产能。

井眼尺寸影响讨论：筛管完井井眼尺寸为241.3mm,射孔完井水泥环尺寸244.5mm,两者尺寸相当，由公式(2)中井眼尺寸参数的敏感性来看，此尺度下的影响可忽略。

6结论

通过对3口射孔完井井和2口筛管完井井的产能对比分析，得到以下结论：

(1)射孔完井的地热井平均米产量指数高出筛管完井的30%，完善程度高，有利于采灌。

(2)射孔完井时， 采用127枪配127弹，孔密20孔/m，穿深720mm参数的井，比采用140枪配102弹，孔密32孔/m,穿深530mm参数的井米产量指数高，说明在孔密达到一定程度时，射孔穿深对产能的影响更敏感。

(3)φ244.5mm套管射孔完井地热井的产量明显高于φ177.8mm筛管完井的产量，前者可以显著降低摩阻，从原始试水数据看，综合效果更好。

(4)射孔完井可以有选择性开采层位，可避开泥岩夹层，具备后续选择性分层改造条件。

基于以上认识，建议胶结好出砂轻微的砂岩储层地热井采用φ244.5mm套管射孔完井工艺。同时，地热井产能的影响因素比较多，本文量化研究结果难免有局限性，后续应结合回灌能力进行进一步研究。

参考文献：

[1]刘宝和.中国石油勘探开发百科全书[M]. 北京：石油工业出版社，2008.

[2]宾德智，地热资源地质勘察规范[S].北京：中国国家标准委员会发布，2010.

[3]罗英俊.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社，2005.