兩種完井工藝的地?zé)峄毓嘣囼?yàn)研究

兩種完井工藝的地?zé)峄毓嘣囼?yàn)研究

0基巖孔隙型熱儲回灌技術(shù)天津地?zé)豳Y源主要分布在寶霍斷裂以南的廣大平原上（圖1）。根據(jù)勘探和儲存，可分為兩種類型：間隙型和千巖型。目前,基巖裂隙型熱儲的回灌率為100%,而孔隙型熱儲回灌量小且衰減嚴(yán)重,孔隙型熱儲回灌也是世界性難點(diǎn),極大地制約了新近系熱儲的開發(fā)。天津地區(qū)熱儲通過多年的回灌研究,認(rèn)識到完井工藝影響回灌井的回灌效果。本文旨在對比濾水管和射孔兩種完井工藝在新近系館陶組孔隙型地?zé)峄毓嗑膽?yīng)用效果。1館陶組巖石學(xué)特征天津地區(qū)館陶組厚200~600m,一般分為館Ⅰ砂巖段、館Ⅱ泥巖段和館Ⅲ砂巖段3層。巖性以含礫砂巖為主,間夾厚度不等的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,底部常見暗色礦物較多的砂礫巖和礫巖,富水段巖性以中粗砂巖為主,孔隙率20%~33%。館陶組在寶坻斷裂以南除在滄縣隆起的雙窯凸起、小韓莊凸起、潘莊凸起、王草莊凸起等構(gòu)造的高部位缺失外,均有分布。其沉積環(huán)境為準(zhǔn)平原化過程中的低彎河和辮狀河。冀中坳陷的武清城區(qū)和黃驊坳陷的濱海新區(qū)為天津地區(qū)熱儲的集中開采區(qū),主要熱儲層為館陶組,其底部為厚30~60m的底礫巖(礫徑多>5mm,平均孔隙率20%),在塘沽區(qū)最為發(fā)育,厚度可達(dá)80m以上。館陶組特征:出水溫度45~86℃,單井涌水量一般40~120m3/h,礦化度一般1~2g/L(由北東向南西方向逐漸增加),水質(zhì)以Cl·HCO3-Na型為主,pH=7.32~8.82。2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析館陶組地?zé)峋酝话悴捎脼V水管完井工藝,其主要作用是濾水擋砂、支撐井壁。實(shí)際生產(chǎn)中,孔隙型地層地?zé)峋饕鶕?jù)砂巖的成巖性、膠結(jié)度、顆粒大小、滲透性等因素選擇濾水管。濾水管的制作方式主要有套管表面打眼和濾水管外纏絲(單層或雙層)兩種。套管表面打眼的濾水管多用于砂巖致密膠結(jié)且長期開采不會發(fā)生坍塌的地層,外纏絲的濾水管多用于膠結(jié)條件不好且容易出砂的粉細(xì)砂類地層。20世紀(jì)80年代,地?zé)嵫芯繂挝辉谔凉羺^(qū)開展了館陶組回灌試驗(yàn)及回灌理論研究?；毓嘣囼?yàn)井完井工藝采用單層濾水管,試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間263h,最大灌量86m3/h,最小灌量6m3/h。試驗(yàn)過程中出現(xiàn)回灌量嚴(yán)重衰減現(xiàn)象,推測其主因?yàn)闉V水管及其周圍熱儲層的物理和化學(xué)堵塞。2002年,武清區(qū)建成YR9館陶組地?zé)峄毓嗑?。為避免懸浮顆粒對回灌通道的堵塞,YR9地?zé)峋褂秒p層籠式填礫濾水管(主要參數(shù):內(nèi)纏絲間距0.7mm,外纏絲間距0.5mm,石英砂礫徑0.8~1.2mm,厚度10mm),完井后測得該井出水量為15~20m3/h。由于水量小,又進(jìn)行了射孔,出水量最終達(dá)到93.8m3/h。2005年1—3月,對YR9地?zé)峋M(jìn)行了供暖期生產(chǎn)性回灌試驗(yàn),回灌水溫40~52℃,回灌量從49m3/h降至20m3/h,衰減明顯,加壓回灌效果也不理想,從而宣告試驗(yàn)失敗。館陶組熱儲層地?zé)峄毓嗑捎脝螌訛V水管和雙層籠式填礫濾水管兩種完井工藝的試驗(yàn)結(jié)果表明,在回灌水處理工藝完善,且無物理及氣體堵塞的情況下,回灌量衰減明顯,回灌效果均未達(dá)到孔隙型地?zé)峄毓嗟睦硐肽繕?biāo)。3館陶組直井完井工藝2008年,地?zé)嵫芯繂挝豢偨Y(jié)了以往館陶組地?zé)岬幕毓嘣囼?yàn),確定以射孔方式作為館陶組地?zé)峄毓嗑昃に嚒Ｔ摴に囋趶U棄石油井的實(shí)驗(yàn)初步取得良好效果后,于2011年開始被應(yīng)用于地?zé)峄毓嗑氖┕ぶ小?.1射孔復(fù)合技術(shù)射孔是指將射孔專用設(shè)備置入井下預(yù)定深度,射穿套管及套管水泥環(huán)直至地層,溝通井筒與含水層間流體通道的工藝技術(shù)。射孔器中的射孔彈引爆后,爆炸產(chǎn)生能量束擊穿套管、擊垮地層,當(dāng)能量束打到地層上,迅速在巖石的接觸面上形成高溫、高壓、高應(yīng)變率區(qū)域,使巖石迅速崩解、破碎,后續(xù)射流又將這些破碎物擠入地層,從而形成孔道。根據(jù)射孔彈的結(jié)構(gòu)、地層巖石性質(zhì),射孔彈穿出孔道長度一般為幾厘米至幾十厘米,孔道直徑一般為幾毫米至十幾毫米。射孔工藝在油氣開發(fā)中已是比較成熟的技術(shù),該技術(shù)近年來被試驗(yàn)性應(yīng)用于孔隙型地?zé)峄毓嗑昃に囍?效果較好。在地?zé)峋┕ぶ谐２捎秒娎|輸送聚能式射孔技術(shù)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是:①射孔槍和射孔彈的種類多,能使用大直徑射孔槍和大藥量射孔彈,滿足高孔密、深穿透、大孔徑的射孔要求;②射孔定位快速、準(zhǔn)確;③電雷管引爆可靠性強(qiáng);④作業(yè)簡便快捷,能連續(xù)進(jìn)行多層射孔。在地?zé)峄毓嗑┕ぶ?通常選用直徑89mm射孔彈,直徑127mm的射孔器,射孔密度15~20孔/m,射孔螺旋式排列,一般射孔深度可達(dá)50cm以上地層。3.2回灌井參數(shù)組成為研究不同完井工藝對館陶組的回灌效果,在塘沽地區(qū)選取了3個(gè)地?zé)峄毓嗑甌GR-28,TGR-29D,TGR-30,采用不同的完井工藝進(jìn)行對比試驗(yàn)。(1)地?zé)峋艣r。TGR-28,TGR-29D,TGR-30等3個(gè)地?zé)峄毓嗑嗑噍^近(圖2),回灌井出水量100~118m3/h,水溫均為63℃;TGR-28與TGR-30為直井,TGR-29D為定向井。根據(jù)測井解釋成果,這3個(gè)回灌井各項(xiàng)參數(shù)見表1。(2)地?zé)峋昃に?。地?zé)峄毓嗑甌GR-28,TGR-29D均采用電纜輸送聚能式射孔工藝成井,射孔器直徑102mm,射孔彈直徑12.7mm,射孔密度15孔/m。TGR-28射孔長度87m,TGR-29D射孔長度92.3m。TGR-30采用濾水管(梯形碳絲鍍鋅防腐篩網(wǎng))成井,濾水管直徑177.8mm,孔徑14mm,孔隙率12%,纏絲間距0.5~0.7mm,濾水管長度100.16m。(3)回灌試驗(yàn)。回灌井建成后,回灌試驗(yàn)時(shí),TGR-28地?zé)峋诜遣膳谶M(jìn)行,TGR-29D,TGR-30在采暖期進(jìn)行,均采用自然回灌的方式。回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2,歷時(shí)曲線見圖3,圖4和圖5。按照《地?zé)岬刭|(zhì)勘查規(guī)范》要求,對3眼地?zé)峄毓嗑畢?shù)進(jìn)行計(jì)算,得出TGR-28最大理論回灌量為121m3/h,TGR-29D為114m3/h,TGR-30為35m3/h。試驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的地質(zhì)及回灌水源條件下,塘沽地區(qū)射孔完井工藝比濾水管完井工藝的回灌效果好,為塘沽地區(qū)孔隙型地?zé)峄毓嗍介_發(fā)提供了較好的示范作用。3.3回灌試驗(yàn)結(jié)果濱海新區(qū)孔隙型地?zé)峄毓嗳〉贸晒?為檢驗(yàn)射孔工藝在天津市不同地區(qū)孔隙型熱儲的回灌效果,選擇武清區(qū)一對地?zé)峋囼?yàn)射孔采灌效果。回灌井井深1978m(斜深),目的層為館陶組,測井成果顯示水層共7層,厚80.7m,孔隙度29.42%~36.70%,滲透率554.44×10-3~1714.7×10-3μm2,射孔總長度81m。于2012年12月10日進(jìn)行了回灌試驗(yàn),回灌方式為自然回灌,回灌溫度35℃,最大穩(wěn)定回灌量120m3/h,穩(wěn)定時(shí)間36h,穩(wěn)定動水位埋深74~75m(圖6)。試驗(yàn)結(jié)束后,在供暖季進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn),回灌量128m3/h,動水位70m左右,未出現(xiàn)回灌量衰減的現(xiàn)象。由此證明在武清地區(qū)開鑿射孔工藝的地?zé)峄毓嗑蓪?shí)現(xiàn)該地區(qū)地?zé)豳Y源的采灌平衡。4鉆井液影響通過分析射孔完井工藝地?zé)峄毓嘣囼?yàn)效果,射孔完井工藝可實(shí)現(xiàn)孔隙型地?zé)?00%采灌,更適用于天津地區(qū)館陶組熱儲回灌。筆者認(rèn)為,影響孔隙型地?zé)峄毓嘈Ч脑蛑饕倾@井過程中對地層滲透率和泄流面積?，F(xiàn)有的地?zé)徙@井技術(shù)普遍使用黏土和添加劑配置鉆井液,鉆井液循環(huán)過程中因井筒內(nèi)的液柱壓力作用,通過孔隙滲入地層,并在井壁形成泥皮,堵塞滲流通道,影響地層孔隙度和滲透率,而現(xiàn)有的洗井工藝雖能將井壁表面的泥皮破壞并沖刷掉,但很難徹底清除滲入地層的泥漿?？紫缎偷?zé)峋∷我话氵x擇滲透率比較好的幾個(gè)含水層成井,而這幾個(gè)含水層也是受鉆井液影響最大的地方。采用濾水管完井工藝,濾水管和取水層受到鉆井液的影響,造成泄流面積減小最終導(dǎo)致取水段的滲透率降低而影響回灌效果。射孔完井方式時(shí),射孔彈進(jìn)入地層深度大,一般穿透鉆井液影響帶(圖7),保證了井筒和熱儲層的聯(lián)通性,射孔彈道內(nèi)壁成為泄流斷面,增加了泄流面積,起到增加地?zé)峋a(chǎn)能的作用,回灌水流在井筒壓力作用下,可沿著孔道順利進(jìn)入熱儲層,回灌效果較好。5孔隙型土地開放試驗(yàn)研究,為周邊省份開展同類型試驗(yàn)研究,提供了實(shí)射孔技術(shù)應(yīng)用于新近系館陶組地?zé)嵬昃に?實(shí)現(xiàn)地?zé)峄毓嗔看蟆⒒毓喑掷m(xù)長的試驗(yàn)效果,對天津市新近系地?zé)峄毓嗟难芯烤哂兄匾饬x