克拉美麗氣田火山巖氣藏開發(fā)主體技術(shù)

摘 要

摘要：位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起東南部滴南凸起西端的克拉美麗氣田，是以石炭系為目的層的火山巖氣藏?；鹕綆r氣藏的氣井存在產(chǎn)量低、遞減快的難題。為此，中國石油新疆油田公司采用
摘要：位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起東南部滴南凸起西端的克拉美麗氣田，是以石炭系為目的層的火山巖氣藏?；鹕綆r氣藏的氣井存在產(chǎn)量低、遞減快的難題。為此，中國石油新疆油田公司采用“整體部署、分步實(shí)施、井間接替”的原則，形成了下列配套開發(fā)技術(shù)，為提高該氣田開發(fā)效果奠定了基礎(chǔ)?；鹕綆r巖性巖相識別和井震結(jié)合的有利儲層預(yù)測技術(shù)主要搞清了火山巖的巖性巖相特征，進(jìn)而預(yù)測有效儲層的展布。不同儲層地質(zhì)條件下的鉆、完井方式優(yōu)選技術(shù)成果主要包括：①在儲層厚度較大、距邊底水較遠(yuǎn)、裂縫相對發(fā)育的區(qū)域優(yōu)選直井壓裂投產(chǎn)；②在儲層物性好、厚度大、距邊底水較遠(yuǎn)的區(qū)域優(yōu)選欠平衡直井投產(chǎn)；③在厚層、距邊底水較遠(yuǎn)、夾層發(fā)育的區(qū)域，優(yōu)選水平井壓裂投產(chǎn)；④在距底水近、物性相對好的區(qū)域，選用欠平衡水平井裸眼完井投產(chǎn)。鉆井工藝優(yōu)化技術(shù)包括：①以優(yōu)選鉆頭為重點(diǎn)的綜合提速技術(shù)；②優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)；③欠平衡水平井鉆井技術(shù)。增產(chǎn)改造及采氣配套工藝技術(shù)和成果包括：①深層火山巖儲層壓裂技術(shù)；②井下作業(yè)儲層保護(hù)技術(shù)；②直井和水平井現(xiàn)場壓裂施工獲得成功。
關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地；克拉美麗氣田；石炭紀(jì)；火山巖氣藏；開發(fā)配套技術(shù)；儲集層預(yù)測；鉆井工藝；增產(chǎn)改造
    克拉美麗氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起東南部滴南凸起西端，是中國石油新疆油田公司發(fā)現(xiàn)的第一個儲量超過1000×108m3的大型氣田，分為滴西10、滴西14、滴西17、滴西18井區(qū)共計(jì)4個氣藏，目的層為石炭系火山巖。該氣田頂面構(gòu)造形態(tài)為南北兩側(cè)被斷裂所切割、向西傾伏的大型鼻狀構(gòu)造，儲層具有裂縫和孔隙雙重介質(zhì)特征，其中孔隙是主要的儲集空間，而裂縫則主要起著滲流通道的作用；儲層孔隙度為9.12%，滲透率為0.120×10-3μm2，屬低孔低滲儲層。該氣田巖性巖相復(fù)雜，滴西10、滴西14、滴西17井區(qū)為火山碎屑巖，滴西18井區(qū)為次火山巖。目前已在該氣田共部署氣井54口，其中建天然氣產(chǎn)能10×108m3的井35口、井間接替井19口。克拉美麗氣田存在著有效儲層分布不清、地層可鉆性差、易漏易塌、氣井需要壓裂才能投產(chǎn)等突出問題，制約著該氣田的高效開發(fā)。針對上述難題，中國石油新疆油田公司采用“整體部署、分步實(shí)施、井間接替”的原則，形成了下列配套開發(fā)技術(shù)，為提高該氣田開發(fā)效果奠定了基礎(chǔ)。
1 火山巖巖性巖相識別和井震結(jié)合的有利儲層預(yù)測技術(shù)
1.1 巖性巖相特征
按照“成分+結(jié)構(gòu)、構(gòu)造+成因”的分類原則[1]，對克拉美麗氣田石炭系火山巖巖石進(jìn)行了分類及命名，共分為7大類、28小類、上百種巖石類型(見表1)。
 
    利用ECS測井識別火山巖成分，成像測井識別火山巖巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，常規(guī)測井交會圖技術(shù)識別火山巖巖石類型[2]。克拉美麗氣田石炭系火山巖巖石類型多、巖性復(fù)雜，主力氣層主要發(fā)育于玄武巖、凝灰質(zhì)角礫巖、正長斑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中，不同井區(qū)巖性特征不同。其中滴西14井區(qū)主力氣層主要發(fā)育凝灰質(zhì)角礫巖(16.8%)、流紋質(zhì)凝灰?guī)r(12.4%)；滴西18井區(qū)主力氣層主要發(fā)育正長斑巖；滴西17井區(qū)以玄武巖為主(43%)；滴西10井區(qū)以熔結(jié)凝灰?guī)r為主(40%)。
以“形成方式、產(chǎn)出狀態(tài)、產(chǎn)出部位和巖石組合”為依據(jù)，建立了石炭系火山巖巖相類型及命名標(biāo)準(zhǔn)，劃分出5種巖相、16種亞巖相(見表2)。
 
    克拉美麗氣田石炭系屬于以中心式為主、裂隙式為輔的火山噴發(fā)模式，共發(fā)育3大類11種亞類32種巖石類型，包括爆發(fā)相的火山碎屑熔巖、熔結(jié)火山碎屑巖、火山碎屑巖，溢流相的玄武巖、安山巖、流紋巖，次火山巖相的正長斑巖、二長斑巖等?；鹕絿姲l(fā)能量較強(qiáng)，內(nèi)部火山機(jī)構(gòu)正向隆起特征清晰。
1.2 有效儲層的展布預(yù)測
    針對火山巖氣藏內(nèi)幕結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以“源控論”為指導(dǎo)，開展了火山口、火山通道、火山機(jī)構(gòu)及火山巖體的逐級識別與解剖研究[3]，在火山巖體識別的基礎(chǔ)上，通過單井相序分析劃分火山巖體界面，并標(biāo)定地震，確定了不同火山巖相的地震反射特征。井震結(jié)合，對火山巖體進(jìn)行解剖和探索，預(yù)測有利儲層分布。
滴西14井區(qū)為多錐型復(fù)合火山機(jī)構(gòu)，以爆發(fā)相為主，經(jīng)歷多期次噴發(fā)及水流搬運(yùn)沉積，形成3個火山巖體(圖1)，對應(yīng)3個儲集體，具有“兩弱一強(qiáng)”的地震反射特征，有利儲層為爆發(fā)相的火山角礫巖儲層(儲集體1和儲集體2)。
 
滴西18井區(qū)為次火山巖體與沉火山巖交互型建造的火山機(jī)構(gòu)，火山口位于滴西8井附近，次火山通道依托滴水泉西斷裂，以中性正長斑巖為主，主要由滴西18、滴西183、滴西182、滴西184這4個次火山巖體構(gòu)成(圖2)，形成4個弱反射區(qū)，有利儲層為侵入的滴西18巖體和滴西183巖體。
    滴西17井區(qū)為火口噴溢型盾狀火山機(jī)構(gòu)，以溢流相玄武巖為主，少量爆發(fā)相角礫熔巖、熔結(jié)角礫巖，內(nèi)部因噴發(fā)時間及堆積部位不同，平面上形成數(shù)個不連通的火山巖體，有利相帶為溢流相巖體頂部氣孔玄武巖、角礫熔巖。
    滴西10井區(qū)屬單火山口多期次噴發(fā)形成的單錐層狀火山機(jī)構(gòu)，形態(tài)對稱，主錐體位于滴西10井以下，酸性火山碎屑巖發(fā)育，以爆發(fā)相為主，近斷裂發(fā)育二長斑巖，有利相帶為爆發(fā)相的火山角礫巖。
2 不同儲層地質(zhì)條件下的鉆、完井方式優(yōu)選技術(shù)
   結(jié)合克拉美麗氣田火山機(jī)構(gòu)、巖性巖相、有效儲層發(fā)布、氣水關(guān)系等特點(diǎn)，開展了不同儲層地質(zhì)條件下直井壓裂、欠平衡直井壓裂、欠平衡水平井壓裂、水平井分級壓裂這4種不同鉆、完井方式的開采技術(shù)攻關(guān)研究，根據(jù)氣藏地質(zhì)特征，不斷優(yōu)化開采對策。對于巖體厚度相對較薄的底水氣藏(滴西17、滴西14井區(qū)儲集體1)，采用欠平衡水平井開發(fā)；對于塊狀或巨厚火山巖的底水氣藏(滴西18井區(qū))，在構(gòu)造高部位選用欠平衡直井開發(fā)，在巖性、物性夾層較發(fā)育區(qū)域采用水平井壓裂開發(fā)，氣藏邊部距氣水界面較近的區(qū)域則選用欠平衡水平井開發(fā)，氣井實(shí)施后均獲得較好效果，并取得以下認(rèn)識。
    1) 在儲層厚度較大、距邊底水較遠(yuǎn)、裂縫相對發(fā)育的區(qū)域，優(yōu)選直井壓裂投產(chǎn)。這類氣井主要集中在滴西14井區(qū)儲集體1和滴西18井區(qū)的滴西18巖體，壓裂投產(chǎn)井大多數(shù)壓裂前產(chǎn)量低或無自然產(chǎn)量，壓裂后獲得很好的生產(chǎn)效果，增產(chǎn)值介于4.12×104～29.0O×104m3/d。
    2) 在儲層物性好、厚度大、距邊底水較遠(yuǎn)的區(qū)域，優(yōu)選欠平衡直井投產(chǎn)。這類氣井主要集中在滴西14井區(qū)儲集體1和滴西18井區(qū)的滴西18巖體，滴西14井區(qū)DX1415井和DX1416井為同一套火山爆發(fā)相角礫巖且同屬一個系統(tǒng)。DXl415井為普通直井，射孔自噴，油壓為25MPa，日產(chǎn)氣12×104m3；DX1416井為欠平衡直井，投產(chǎn)后DX1416井油壓為30MPa，日產(chǎn)氣22×104m3。前者的地層系數(shù)是后者的4倍左右，而后者的開發(fā)效果卻明顯比前者要好。
    3) 在厚層、距邊底水較遠(yuǎn)、夾層發(fā)育的區(qū)域，優(yōu)選水平井壓裂投產(chǎn)。這類氣井部署在滴西18井區(qū)滴西182巖體，滴西18井區(qū)DXHW181、DXHW182井都選用5級壓裂投產(chǎn)，其中DXHW181井油壓為25MPa時，日產(chǎn)氣30×104m3；壓裂直井油壓為20MPa時，平均日產(chǎn)氣量在7.5×104m3左右。水平井日產(chǎn)量超過直井的4倍。
    4) 在距底水近、物性相對好的區(qū)域，選用欠平衡水平井裸眼完井投產(chǎn)。這類氣井分布在滴西14井區(qū)儲集體1和滴西18井區(qū)巖體邊部。滴西14井區(qū)DXHW141井投產(chǎn)后油壓為21.3MPa，一日產(chǎn)氣15.3×104m3。
3 鉆井工藝優(yōu)化技術(shù)
3.1 以優(yōu)選鉆頭為重點(diǎn)的綜合提速技術(shù)
    克拉美麗氣田所在的滴西地區(qū)地層復(fù)雜，不同的鉆頭序列對鉆井速度影響很大。根據(jù)室內(nèi)研究成果和現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選出以下方案：石炭系以上地層使用PDC鉆頭；石炭系使用貝克休斯MXL-DS30GDX2高效牙輪鉆頭序列；上述牙輪鉆頭鉆穿白堊系底部的砂礫巖后，采用4刀翼/5刀翼PDC鉆頭鉆至八道灣組中下部，換用三牙輪鉆頭鉆穿八道灣組砂礫巖；采用PDC鉆頭.鉆白堿灘組穩(wěn)定泥巖至克拉瑪依組中部。這樣做，機(jī)械鉆速可提高近1倍；石炭系使用貝克休斯牙輪鉆頭，單只鉆頭進(jìn)尺增加35%～40%，提高了行程鉆速。應(yīng)用優(yōu)化的鉆頭序列，DXHW182井平均機(jī)械鉆速比DXHW181井提高49%，DXHW141井平均機(jī)械鉆速比DXHW181井提高30.3%，鉆井周期縮短24～42d，效果良好。
3.2 優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)
    克拉美麗氣田的白堊系、侏羅系、二疊系、三疊系均為易漏地層，研究人員根據(jù)火山巖氣藏地層特點(diǎn)優(yōu)化了防漏堵漏材料和配方：①采用膠凝劑ZL、纖維XW-5、剛性堵漏材料等防漏堵漏材料，室內(nèi)評價防漏堵漏承壓能力達(dá)7MPa；②優(yōu)化防漏堵漏地層，明確了白堊系、侏羅系地層以防漏為主，二疊系、三疊系地層以堵漏為主；③制訂了多項(xiàng)嚴(yán)格的防漏堵漏技術(shù)措施，防止地層發(fā)生漏失。2009年與2008年相比，采用防漏堵漏技術(shù)后開發(fā)井在八道灣組以上地層平均井漏次數(shù)由6次/井下降到1次/井，平均漏失量減少97.3%。
3.3 欠平衡水平井鉆井技術(shù)
    由于克拉美麗氣田局部帶邊底水，因而欠平衡水平井鉆井技術(shù)就可能是提高該區(qū)氣井單井產(chǎn)量的主要手段之一?；鹕綆r儲層具有裂縫和孔隙雙重介質(zhì)特征，具有中等偏強(qiáng)-強(qiáng)水敏(巖心傷害率介于60%～86.3%)、強(qiáng)-中等偏強(qiáng)速敏、土酸強(qiáng)酸敏-極強(qiáng)酸敏、巖心吸附能力強(qiáng)(吸附量為0.3033～0.3569g)、巖心清水吸附能力強(qiáng)等特性，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出有機(jī)鹽無固相鉆井完井液和油基鉆井完井液體系，減少了鉆完井過程中水敏和水鎖對儲層的損害，從而保護(hù)了氣藏。
    依據(jù)鉆井誘導(dǎo)縫數(shù)據(jù)和測井曲線，分析出石炭系地應(yīng)力分布狀態(tài)，建立裂縫性地層斜井眼井壁穩(wěn)定預(yù)測模型，評價出滴西14和滴西18井區(qū)石炭系斜井眼穩(wěn)定的欠平衡井底壓力和欠壓范圍。通過理論分析和現(xiàn)場實(shí)踐，滴西14井區(qū)井眼穩(wěn)定性隨井斜角的增大而逐漸變差，坍塌壓力由直井的1.05g/cm3增加到水平井的1.24g/cm3；滴西18井區(qū)水平井段設(shè)計(jì)鉆井液
密度為1.05～1.15g/cm3，動態(tài)負(fù)壓差0.7～2.8MPa，實(shí)現(xiàn)整個水平段均處于負(fù)壓狀態(tài)。DXHW141井三開采用全過程欠平衡鉆井技術(shù)及油基鉆井完井液體系，采用凍膠閥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了欠平衡完井作業(yè)，系統(tǒng)試氣結(jié)果：9mm油嘴日產(chǎn)氣量達(dá)到20.20×104m3。
4 增產(chǎn)改造及采氣配套工藝技術(shù)
    針對克拉美麗氣田火山巖儲層的特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)選出下述增產(chǎn)改造和采氣配套工藝技術(shù)。
4.1 深層火山巖儲層壓裂技術(shù)
    綜合評價已實(shí)施增產(chǎn)改造的5口井壓裂效果，不斷調(diào)整和優(yōu)化壓裂施工參數(shù)。通過凈壓力擬合及壓后裂縫反演，確定了凈壓力大小及其上升趨勢、多裂縫條數(shù)和濾失系數(shù)大小、壓后裂縫延伸情況等參數(shù)，優(yōu)化了該區(qū)后期儲層改造施工參數(shù)。
    克拉美麗氣田火山巖儲層人工裂縫半長要求在120m以上，導(dǎo)流能力為30.0μm 2·cm。支撐劑規(guī)模在30～45m3，采用(Ø73mm)油管作為施工管柱，排量為3.5～4.0m3/min，前置液百分?jǐn)?shù)為45%～55%。確定壓裂液防膨體系為氯化鉀復(fù)合陽離子體系，氯化鉀的用量超過4%，陽離子防膨劑用量為0.4%，篩選了可增大液固兩相接觸角至60°以上的氣井專用助排劑，降低了毛細(xì)管壓力、減輕了賈敏效應(yīng)、提高了壓裂液返排效率。
4.2 井下作業(yè)儲層保護(hù)技術(shù)
    針對克拉美麗氣田的儲層特點(diǎn)，開發(fā)了密度在1.0～2.3g/cm3間可調(diào)的GCP系列氣井儲層保護(hù)液體系，該體系具有無固相、低濾失、低腐蝕、性能穩(wěn)定、抗溫性能好、低黏度等特點(diǎn)。在滴西17井大修套管補(bǔ)貼、DXHW182井壓井現(xiàn)場應(yīng)用2井次，試驗(yàn)均獲得了成功。特別是滴西17井整個大修作業(yè)在GCP系列氣井儲層保護(hù)液中進(jìn)行，在施工作業(yè)的21天中，取樣檢測高溫高壓濾失量小于8mL，未出現(xiàn)沉淀、分層現(xiàn)象。GCP系列氣井儲層保護(hù)液體系避免了固相堵塞，能夠有效降低液體濾失造成的液相侵入傷害，較好的保護(hù)了儲層，減小了修井液對儲層的傷害，滴西17井修井結(jié)束試氣，日產(chǎn)氣18.50×104m3、日產(chǎn)油15.60m3，產(chǎn)量與作業(yè)前相差不大。
4.3 直井和水平井現(xiàn)場壓裂施工獲得成功
   2009年對DX1424井采用小階梯類似線形加砂壓裂，控制前置液比例50%以上，排量確定為4m3/min左右，加砂規(guī)模介于2.0～3.0m3/min，壓裂后日產(chǎn)氣29.0×104m3。
    DXHWl82井采用直井段(Ø244.5mm)技術(shù)套管、水平段裸眼完井方式。采用KQ105/103-78井口裝置，5½″(Ø139.7mm)套管及同規(guī)格壓裂管柱，總共帶有10個封隔器和5級壓裂端口，分5級壓裂，共用壓裂液1372m3，支撐劑95.6m3(見圖3)。系統(tǒng)試氣獲無阻流量198×104m3/a，投產(chǎn)油壓為28.8MPa，日產(chǎn)氣18.1×104m3/a。
 
5 結(jié)論和認(rèn)識
   通過近兩年在克拉美麗氣田進(jìn)行的開發(fā)試驗(yàn)和探索，基本形成了火山巖有利儲層的預(yù)測技術(shù)、不同地質(zhì)特征的井型優(yōu)選技術(shù)、復(fù)雜地層鉆井提速技術(shù)、氣層分級壓裂和儲層保護(hù)技術(shù)等開發(fā)主體技術(shù)。目前，上述配套技術(shù)正應(yīng)用于該氣田的開發(fā)并不同程度地提高了氣井單井產(chǎn)量，取得了較好的應(yīng)用效果。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：孫曉崗1 王彬2 楊作明2 1.中國石油新疆油田公司；2.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院)