大牛地氣田盒1段氣層氮?dú)馀菽@水平井技術(shù)

摘 要

摘要：大牛地氣田二疊系下石盒子組金1段氣層具有低孔隙度、低地層壓力、特低滲透率、高基塊毛細(xì)管力、強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)，常規(guī)直井和水平井幾乎不能實(shí)現(xiàn)自然建產(chǎn)，截止到2008年底
摘要：大牛地氣田二疊系下石盒子組金1段氣層具有低孔隙度、低地層壓力、特低滲透率、高基塊毛細(xì)管力、強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)，常規(guī)直井和水平井幾乎不能實(shí)現(xiàn)自然建產(chǎn)，截止到2008年底探明儲(chǔ)量動(dòng)用率僅為8.42%。為了有效地動(dòng)用該氣層儲(chǔ)量，針對(duì)盒1段氣層開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。考慮到該氣層的工程地質(zhì)特征，首先優(yōu)選了氮?dú)馀菽号浞剑蝗缓蠓治隽嗽摎鈱拥漠a(chǎn)水情況和井壁穩(wěn)定性，認(rèn)為對(duì)盒1段儲(chǔ)層實(shí)施氮?dú)馀菽@水平井是可行的；最后介紹了DP14井、DP19井和DP22井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況和應(yīng)用效果。DP14井、DP19井和DP22井在氮?dú)馀菽蕉毋@進(jìn)過程中油氣顯示良好，且均實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火；其中DP14井完井后，在油壓為7.1MPa，套壓為9.3MPa時(shí)，產(chǎn)氣量為1.07×108m3/d，首次在盒1段氣層實(shí)現(xiàn)了自然建產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：氮?dú)馀菽菲胶馑骄苡行У貏?dòng)用該氣層儲(chǔ)量，為提高大牛地氣田盒1段氣層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率提供了新途徑，也值得類似探區(qū)借鑒。
關(guān)鍵詞：大牛地氣田；二疊紀(jì)；氣層；氮?dú)馀菽磺菲胶忏@水平井；鄂爾多斯盆地；儲(chǔ)量動(dòng)用
    大牛地氣田構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段，是中國石化5大氣源地之一。大牛地氣田二疊系下石盒子組盒1段氣層物性為低孔隙度、低地層壓力、特低滲透率、高基塊毛細(xì)管力、強(qiáng)非均質(zhì)性，常規(guī)直井和水平井幾乎不能實(shí)現(xiàn)自然建產(chǎn)。截止到2008年底，盒1段氣層探明儲(chǔ)量為1238.74×108m3，未被動(dòng)用儲(chǔ)量為1109.19×108m3，儲(chǔ)量動(dòng)用程度低，探明儲(chǔ)量動(dòng)用率僅為8.42%。為了提高該儲(chǔ)層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率，實(shí)現(xiàn)中國石化華北分公司年產(chǎn)氣30×108m3、穩(wěn)產(chǎn)20年的目標(biāo)，迫切需要?jiǎng)佑煤?段氣層。為此對(duì)其開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井技術(shù)的研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
1 盒1段氣層工程地質(zhì)特征
    大牛地氣田盒1段氣層為河流相辮狀河道沉積，方向?yàn)楸睎|-南西向或近南北向[1]。儲(chǔ)層孔隙類型為粒間孔，室內(nèi)巖心測(cè)試孔隙度分布范圍為4.0%～19.3%，平均孔隙度為8.37%，滲透率分布為0.101～53.6mD，平均滲透率為0.484mD；DST測(cè)試壓力盒1段氣層中部壓力系數(shù)為0.83～0.99，平均壓力系數(shù)為0.89[2～3]。盒1段儲(chǔ)層為辮狀河道沉積，砂體展布不均，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，層內(nèi)非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性。
2 循環(huán)介質(zhì)的優(yōu)選
    為了盡可能地減小對(duì)儲(chǔ)層的傷害，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)潛在的傷害機(jī)理進(jìn)行了評(píng)估。收集了盒1段氣層的巖心資料進(jìn)行了具體的儲(chǔ)層傷害分析。
    圖1給出了盒1段氣層巖心損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖1中可以確定出盒1段氣層欠平衡水平井的最佳欠壓值為3.4MPa，即在盒1段氣層實(shí)施欠平衡水平井的循環(huán)介質(zhì)當(dāng)量循環(huán)密度需小于0.76g/cm3，滿足該條件的循環(huán)介質(zhì)只有氮?dú)夂偷獨(dú)馀菽?，但考慮到鉆井時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)影響、電磁隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的可靠性要求以及鉆頭的冷卻問題，決定選用可循環(huán)氮?dú)馀菽鳛檠h(huán)介質(zhì)，其當(dāng)量循環(huán)密度為0.2～0.5g/cm3，滿足了施工要求。
 

3 氮?dú)馀菽浞?/span>
    通過理論分析和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)選出適用于盒1段氣層的可循環(huán)氮?dú)馀菽号浞綖椋?.5%～1%發(fā)泡劑+0.2%～0.5%穩(wěn)泡劑+0.5%～1%井壁穩(wěn)定劑+0.5%～1%防水鎖劑+輔助劑。其性能指標(biāo)為：密度為1g/cm3；塑性黏度為10～20mPa·s；屈服值為5～12Pa；發(fā)泡體積為350～560mL；半衰期為200min。該體系具有良好的抗鹽性能、耐溫性和循環(huán)性，但耐油性較弱[4～6]。
4 氮?dú)馀菽@水平井可行性分析
4.1 地層出水分析
    大牛地氣田盒1段氣藏為無底水，無邊水，無氣水邊界的氣驅(qū)氣藏。根據(jù)開采和勘探歷史證明無明顯地層水存在。
    表1給出了盒1段氣層部分生產(chǎn)井的試氣結(jié)果，從結(jié)果中可以明顯地看出，盒1段儲(chǔ)層的絕大部分井不產(chǎn)水，只要少部分井微量產(chǎn)水，微產(chǎn)水量不會(huì)對(duì)氦氣泡沫欠平衡施工造成影響。
 

4.2 井壁穩(wěn)定性分析
4.2.1砂巖并壁穩(wěn)定
    為了研究盒1段氣層欠平衡水平井在砂巖內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)的井壁穩(wěn)定性問題，對(duì)盒1段氣層直井橫向取心后，進(jìn)行了巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)。
    表2給出了盒1段氣層巖心強(qiáng)度室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從表2中可以看出在圍壓為10MPa時(shí)，巖石的平均抗壓強(qiáng)度為116.8MPa，而通過模擬計(jì)算在氮?dú)饨橘|(zhì)下的井內(nèi)最大應(yīng)力為93.95MPa，因而不會(huì)出現(xiàn)井壁失穩(wěn)[7]。
 
4.2.2泥巖井壁穩(wěn)定
    盒1段氣層總體上砂體展布穩(wěn)定，但其砂體內(nèi)局部仍發(fā)育有薄的泥巖夾層或泥質(zhì)條帶。為了研究在氮?dú)馀菽菲胶夤r下鉆遇泥巖的井壁穩(wěn)定性問題[8]，對(duì)盒1段氣層的泥巖穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
    圖2給出了盒1段氣層泥巖浸泡前(左)和浸泡后(右)井壁穩(wěn)定判斷圖。從圖2中可以明顯看出：鉆井液浸泡前井壁穩(wěn)定，只有局部有輕微剝落掉塊；鉆井液浸泡后井壁穩(wěn)定性下降，井壁開始出現(xiàn)大范圍垮塌失穩(wěn)。因此，泡沫鉆井液鉆遇泥巖或泥質(zhì)條帶存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。
 

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
    2009年先后針對(duì)大牛地氣田的盒1段氣層在DP14井、DP19井和DP22井開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在儲(chǔ)層保護(hù)、油氣發(fā)現(xiàn)、自然建產(chǎn)和提高鉆井速度方面取得了顯著效果，表3給出了盒1段氣層氮?dú)馀菽菲胶馑骄畬?shí)施情況。
 

5.1 DP14井應(yīng)用情況
    DP14井在隨鉆過程中均能點(diǎn)火，且火焰高度為5～6m。在最后一趟鉆鉆至4147.03m時(shí)出現(xiàn)埋鉆具事故，在處理事故放噴中，放噴口有基液夾帶大塊泥巖噴出，事故原因?yàn)殂@遇盒1段底部泥巖，出現(xiàn)泥巖垮塌埋鉆。完鉆后進(jìn)行篩管完井投產(chǎn)，在油壓為7.1MPa；套壓為9.3MPa時(shí)，產(chǎn)氣量為1.07×104m3/d，實(shí)現(xiàn)了盒1段儲(chǔ)層的欠平衡直接建產(chǎn)[9]。圖3給出了DP14井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡，圖4給出了DP14井隨鉆點(diǎn)火情況。
 

5.2 DP19井應(yīng)用情況
    DP19井采用氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火，火焰高達(dá)3～5m。在欠平衡水平段的鉆井過程中由于兩次鉆遇大段泥巖，進(jìn)行了兩次后退懸空下切側(cè)鉆繞泥，導(dǎo)致氮?dú)馀菽菲胶鈱?shí)鉆進(jìn)尺超過1500m，在整個(gè)欠平衡水平段鉆井過程中沒有出現(xiàn)井壁失穩(wěn)。圖5給出了DP19井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡，圖6給出了DP19井隨鉆點(diǎn)火情況。
5.3 DP22井應(yīng)用情況
    DP22井在水平段的氮?dú)馀菽菲胶忏@進(jìn)過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火，火焰高4～6m，后效火焰高9～11m，油氣顯示非?；钴S。DP22井在井深3727～3906m井段伽馬值偏高，判斷為鉆遇泥巖夾層，后退至3470m處進(jìn)行懸空下切側(cè)鉆，后鉆至井深4442m處完鉆，由于后退下切側(cè)鉆導(dǎo)致氮?dú)馀菽瓕?shí)鉆進(jìn)尺超過1900m。在最后一趟鉆起鉆過程中出現(xiàn)了卡鉆事故。事故原因?yàn)槌辽晨ㄣ@，最后一趟鉆總進(jìn)尺為281.54m，平均機(jī)械鉆速為11.04m/h，在鉆井過程中伽馬值偏高，同時(shí)出口處沒有巖屑返出。圖7給出了DP22井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡。
 

6 取得的主要成果
    DP14井、DP19井和DP22井氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的成功實(shí)施為提高大牛地氣田盒1段氣層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率提供了新途徑，對(duì)提高大牛地氣田勘探開發(fā)效益和加快大牛地氣田勘探開發(fā)進(jìn)程具有重要意義。
    1) 在鉆遇泥巖時(shí)應(yīng)用后退懸空下切側(cè)鉆技術(shù)，能有效地保證氮?dú)馀菽菲胶忏@井在鉆遇泥巖時(shí)的井壁穩(wěn)定。
    2) DP14井、DP19井和DP22井氮?dú)馀菽蕉卧诳厮巽@進(jìn)的條件下，機(jī)械鉆速分別為：5.86m/h、3.79m/h和10.28m/h，3口井氮?dú)馀菽蕉纹骄鶛C(jī)械鉆速為5.90m/h，較常規(guī)水平井平均機(jī)械鉆速提高了118%。
    3) DP14井、DP19井和DP22井在氮?dú)馀菽蕉毋@進(jìn)過程中油氣顯示良好，且均實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火。
    4) DP14井完井后，在油壓為7.1MPa，套壓為9.3MPa時(shí)，產(chǎn)氣量為1.07×104m3/d，首次在盒1段氣層實(shí)現(xiàn)了自然建產(chǎn)。
7 結(jié)論與建議
    1) 盒1段氣層砂體鉆遇率高，但是有效儲(chǔ)層鉆遇率低。DP14井砂體鉆遇率為100%；DP19井砂體鉆遇率為99.54%。DP14井有油氣顯示層段鉆遇率為65.36%；DP19井具有全烴顯示的層段僅為21.08%。因此，在氮?dú)馀菽骄畬?shí)施前應(yīng)做好儲(chǔ)層的精細(xì)描述，以達(dá)到預(yù)期的地質(zhì)目的。
    2) 鉆前進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析和鉆井工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在能達(dá)到地質(zhì)目的和經(jīng)濟(jì)可行性的基礎(chǔ)上實(shí)施氮?dú)馀菽@水平井。
    3) 在氮?dú)馀菽骄@井過程中，需嚴(yán)格控速鉆進(jìn)，前期控速是為了保證井眼的規(guī)則和光滑，避免在前期出現(xiàn)大的狗腿，為長(zhǎng)水平段的施工打下基礎(chǔ)；后期控速是為了避免井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)。
    4) 制訂適合盒1段氣層的氮?dú)馀菽@水平井操作規(guī)程，在盒1段氣層欠平衡鉆水平井過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程實(shí)施。
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(本文作者：何世明1 湯明1 邢景寶2 鄭鋒輝2 鄧紅琳2 周曉紅3 周懷光3 1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院；2.中國石化華北分公司；3.中國石油塔里木油田公司)