澀北氣田100億立方米天然氣產(chǎn)能主體開(kāi)發(fā)技術(shù)

摘 要

摘要：柴達(dá)木盆地澀北氣田100億立方米天然氣產(chǎn)能方案編制按照“統(tǒng)籌考慮、整體開(kāi)發(fā)、統(tǒng)一部署、分批實(shí)施、體現(xiàn)效益”的原則，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和方法，優(yōu)選合理的開(kāi)
摘要：柴達(dá)木盆地澀北氣田100億立方米天然氣產(chǎn)能方案編制按照“統(tǒng)籌考慮、整體開(kāi)發(fā)、統(tǒng)一部署、分批實(shí)施、體現(xiàn)效益”的原則，采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和方法，優(yōu)選合理的開(kāi)發(fā)技術(shù)策略，確保氣田“安全、穩(wěn)定”生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了該氣田的高效開(kāi)發(fā)。該產(chǎn)能方案的主體技術(shù)有：細(xì)分開(kāi)發(fā)層系技術(shù)、水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)、氣井優(yōu)化配產(chǎn)技術(shù)、氣井防砂工藝技術(shù)、油套分采工藝技術(shù)、排水采氣工藝技術(shù)、地面高低壓分輸技術(shù)等。針對(duì)該氣田開(kāi)發(fā)中目前存在的問(wèn)題，建議繼續(xù)深化氣、水層的識(shí)別，繼續(xù)探索控砂、控水、防砂、防水技術(shù)，加強(qiáng)水平井防砂、排水采氣和配套措施作業(yè)等工藝技術(shù)研究，進(jìn)一步提高澀北氣田的整體開(kāi)發(fā)效果。
關(guān)鍵詞：柴達(dá)木盆地；澀北氣田；多層；疏松；砂巖；氣田開(kāi)發(fā)；主體技術(shù)
0 引言
   柴達(dá)木盆地澀北氣田包括澀北一號(hào)、澀北二號(hào)和臺(tái)南3個(gè)氣田，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量共計(jì)2768.56×108m3。分別于2003、2004、2007年編制完成了開(kāi)發(fā)實(shí)施方案，方案設(shè)計(jì)氣田總體產(chǎn)能規(guī)模為65.5×108m3，設(shè)計(jì)采氣速度2.37%。已經(jīng)分年累計(jì)建設(shè)天然氣產(chǎn)能50.5×108m3。2007年9月，做出了“加快青海天然氣發(fā)展，用3年時(shí)間建成100億立方米天然氣產(chǎn)能”的重大戰(zhàn)略決策。澀北氣田100億立方米天然氣產(chǎn)能開(kāi)發(fā)方案主體攻關(guān)技術(shù)研究由此展開(kāi)，并取得了一系列成果。隨著100億立方米天然氣產(chǎn)能規(guī)模逐步建成，將對(duì)“澀-寧-蘭”及其復(fù)線、“澀-格”及其復(fù)線、“青-藏”管線安全穩(wěn)定供氣提供有力保障，對(duì)我國(guó)西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、政治穩(wěn)定起到重要作用。
1 100億立方米產(chǎn)能方案主體技術(shù)
    方案編制的原則：統(tǒng)籌考慮、整體開(kāi)發(fā)、統(tǒng)一部署、分批實(shí)施、體現(xiàn)效益。
    方案主體技術(shù)包括：細(xì)分開(kāi)發(fā)層系，減少層間干擾，提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度；擇優(yōu)選層，大力應(yīng)用水平井提高氣田開(kāi)發(fā)效果；氣井優(yōu)化配產(chǎn)技術(shù)；氣井防砂工藝技術(shù)；分層開(kāi)采技術(shù)；排水采氣技術(shù)；地面高低壓分輸技術(shù)等[1]。以下分述之。
1.1 細(xì)分開(kāi)發(fā)層系、減少層間干擾、提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度
    澀北氣田儲(chǔ)層埋藏淺、膠結(jié)差、易出砂，氣層多，含氣井段長(zhǎng)，氣層縱向跨度長(zhǎng)達(dá)1162m，原始地層壓力差達(dá)13.3MPa；各氣層含氣面積差別大，氣水界面不統(tǒng)一，構(gòu)造低部位氣水層交互。氣田高效開(kāi)發(fā)需要合理劃分開(kāi)發(fā)層系與射孔單元。
1.1.1射孔單元?jiǎng)澐衷瓌t
    1) 射孔單元為同時(shí)射開(kāi)投產(chǎn)的一組氣層，可視為同一動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
    2) 射孔單元間的隔層厚度保持在5m以上，以確保單元間分隔的可靠性。
    3) 射孔單元的跨度應(yīng)小于70m，保證同層組的壓差不會(huì)過(guò)大，以利于控制合理生產(chǎn)壓差和主動(dòng)防砂。
    4) 射孔單元內(nèi)各氣層含氣面積不能相差太大，確保邊水較均勻推進(jìn)和氣井長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。
    5) 突出主力氣層作用，對(duì)于面積大、儲(chǔ)量多、集中分布的氣層進(jìn)行合理組合，充分考慮多層合采、油套分采等提高單井產(chǎn)量工藝技術(shù)的應(yīng)用，提高開(kāi)發(fā)效果；將面積小的氣層單獨(dú)組合射孔單元，避免由于邊水推進(jìn)不均而影響主力氣層開(kāi)發(fā)。
    6) 儲(chǔ)量規(guī)模較大、隔層較厚、含氣飽和度較高、厚度大于2m的未動(dòng)用氣層，可劃分成獨(dú)立水平井網(wǎng)控制的射孔單元。
1.1.2射孔單元?jiǎng)澐值慕Y(jié)果
    澀北一號(hào)氣田5個(gè)開(kāi)發(fā)層系共劃分31個(gè)射孔單元，澀北二號(hào)氣田4個(gè)開(kāi)發(fā)層系共劃分23個(gè)射孔單元，臺(tái)南氣田6個(gè)開(kāi)發(fā)層系共劃分21個(gè)射孔單元。
1.2 擇優(yōu)選層，大力應(yīng)用水平井技術(shù)提高氣田開(kāi)發(fā)效果
1.2.1水平井層位選擇
    為充分發(fā)揮水平井提高單井產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)，水平井部署層位主要優(yōu)選含氣面積大、儲(chǔ)層厚度大、分布穩(wěn)定、物性好的工類氣層。依據(jù)澀北氣田具體地質(zhì)條件，同時(shí)也為降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，在主力射孔單元中優(yōu)選水平井部署層位，以保障水平井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。
    澀北氣田水平井選層條件為：
    Sg＞60%，h＞2m，A＞10km2，G動(dòng)用＞15×108m3，Vsh＜30%，隔層厚度大于5m，上下無(wú)明顯水層。
    根據(jù)以上條件，澀北一號(hào)氣田共選擇Ⅰ層16層、Ⅱ類層4層；澀北二號(hào)氣田共選擇Ⅰ類層7層、Ⅱ類層7層；臺(tái)南氣田共選擇Ⅰ層6層、Ⅱ類層7層。
1.2.2水平段長(zhǎng)度的論證
    根據(jù)國(guó)外氣藏水平井的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣井水平井段長(zhǎng)度為400～1932m時(shí)，產(chǎn)能替代比為1.8～5(見(jiàn)表1)。
表1 國(guó)外水平井水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)能替代比統(tǒng)計(jì)表
氣藏名稱
儲(chǔ)層厚度(m)
水平段長(zhǎng)度(m)
產(chǎn)能替代比
英國(guó)Barque天然裂縫砂巖氣藏
薄層
692
3～5
英國(guó)Anglia氣藏
邊際以下產(chǎn)層
896
＞5
荷蘭Zuidwai砂巖氣藏
100
400
1.8
德國(guó)Nortn Viliant氣藏
薄層
549
2
阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)致密石灰?guī)r氣藏
50
429～1932
2～3
澀北氣田水平井的水平段長(zhǎng)度為225m時(shí)，其產(chǎn)量為直井的2倍；當(dāng)水平段長(zhǎng)度為400m時(shí)，產(chǎn)量為直井的2.5倍；當(dāng)水平段長(zhǎng)度增加到600～800m時(shí)，產(chǎn)量為直井的3倍。水平段長(zhǎng)度超過(guò)800m以后，產(chǎn)量增加幅度變小。所以水平段長(zhǎng)度在400～600m之間最合理(見(jiàn)圖1)。
 

1.2.3水平井井眼軌跡設(shè)計(jì)
    為提高水平井開(kāi)發(fā)效果，水平井部署考慮以下原則：①盡可能控制相對(duì)多的地質(zhì)儲(chǔ)量；②遠(yuǎn)離邊水1000m以上，減小邊水對(duì)氣井的影響；③水平段井眼軌跡應(yīng)盡量沿構(gòu)造等高線延伸；④目標(biāo)層內(nèi)水平段沿有利相帶、高滲儲(chǔ)層鉆進(jìn)。
1.3 氣井優(yōu)化配產(chǎn)技術(shù)
    澀北氣田儲(chǔ)層疏松、易出砂，嚴(yán)重影響了氣井生產(chǎn)能力的發(fā)揮，該氣田不能按照常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)配產(chǎn)。產(chǎn)能方案研究從試氣、試井、測(cè)井等資料出發(fā)，提出了確定單井合理配產(chǎn)的方法。
    氣井配產(chǎn)主要考慮穩(wěn)產(chǎn)期、最小攜液產(chǎn)量、防砂控制壓差生產(chǎn)等因素。
1.3.1直井配產(chǎn)
    全氣藏整體優(yōu)化配產(chǎn)，首先根據(jù)不穩(wěn)定試井結(jié)果確定地層滲透率，然后根據(jù)產(chǎn)能試井?dāng)?shù)據(jù)確定無(wú)阻流量，建立滲透率和無(wú)阻流量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式；在借鑒長(zhǎng)期試采、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定產(chǎn)氣剖面規(guī)律，對(duì)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行修正，并結(jié)合相關(guān)理論公式，確定單井或區(qū)塊的產(chǎn)能方程。根據(jù)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定單井平均動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)能方程利用物質(zhì)平衡法確定單井的合理產(chǎn)量。在此過(guò)程中考慮合理的出砂壓差，最終確定控制壓差下的合理產(chǎn)量。
1.3.2水平井配產(chǎn)
采用澀北氣田的典型儲(chǔ)層數(shù)據(jù)，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到水平井和直井產(chǎn)能替代比與水平段長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。結(jié)合氣田已鉆水平井實(shí)際產(chǎn)量，確定水平井合理配產(chǎn)，澀北氣田水平井產(chǎn)量是直井的2～3倍，平均為2.44倍(見(jiàn)表2)。
表2 澀北氣田水平井水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)能替代比關(guān)系表
水平段長(zhǎng)度(m)
50
100
200
300
400
500
600
產(chǎn)能替代比
0.60
1.10
1.95
2.60
3.03
3.30
3.38
1.4 氣井防砂工藝技術(shù)
    澀北氣田先后進(jìn)行了機(jī)械防砂、化學(xué)固砂和高壓充填防砂3大類8種工藝的防砂工藝試驗(yàn)[2～5]。通過(guò)試驗(yàn)，篩選出以高壓一次充填和纖維復(fù)合防砂為主的防砂工藝技術(shù)。通過(guò)防砂工藝試驗(yàn)效果對(duì)比分析，高壓充填防砂應(yīng)用21井次，單井平均日增產(chǎn)0.7×104m3，有效期536d；復(fù)合纖維壓裂防砂32井次，日增產(chǎn)0.38×104m3，有效期396d。高壓一次充填防砂、纖維復(fù)合壓裂防砂工藝，已經(jīng)成為澀北氣田主要的防砂工藝。
1.5 油、套分采工藝技術(shù)
    澀北氣田油、套分采技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低、有效期長(zhǎng)，是澀北氣田提高氣井單井產(chǎn)量的主要技術(shù)之一。油、套分采管柱結(jié)構(gòu)主要由Y441插管封隔器+繩索式滑套開(kāi)關(guān)+座封短節(jié)組成。
   截至2007年底，澀北氣田共試驗(yàn)66口井，試驗(yàn)井油管平均產(chǎn)氣4.08×104m3/d，套管平均產(chǎn)氣3.14×104m3/d，單井產(chǎn)氣7.22×104m3/d，最長(zhǎng)有效期超過(guò)4a，增產(chǎn)幅度達(dá)到100%。
1.6 排水采氣工藝技術(shù)
   通過(guò)對(duì)澀北氣田的出水機(jī)理及規(guī)律分析，結(jié)合近年來(lái)堵水、優(yōu)選管柱、泡沫排水等控水治水經(jīng)驗(yàn)，確定澀北氣田排水采氣工藝措施。其內(nèi)容包括：①對(duì)出水類型為凝析水、層內(nèi)可動(dòng)水等少量產(chǎn)水氣井，采用優(yōu)化采氣管柱生產(chǎn)；②對(duì)層間水、層內(nèi)次生可動(dòng)水等井筒積液氣井，采用泡沫排水采氣生產(chǎn)；③對(duì)于邊水氣井，控制合理的生產(chǎn)壓差，減緩邊水推進(jìn)速度，延緩氣井見(jiàn)水時(shí)間。
1.7 地面高、低壓分輸技術(shù)
    澀北氣田由于埋藏井段長(zhǎng)，原始地層壓力由淺到深差別大，縱向上劃分為多個(gè)開(kāi)發(fā)層系和射孔單元開(kāi)發(fā)，不同射孔單元的氣藏能量差別較大。為了合理利用天然能量，地面采用高、低壓兩套集輸管網(wǎng)。采用“分氣田集中脫水、集中增壓”的集氣流程。澀北氣田的干氣匯合至澀北一號(hào)氣田集中外輸。各氣田采出水集中處理、集中回注。
2 結(jié)論與建議
    澀北氣田通過(guò)十幾年的開(kāi)發(fā)，初步形成了以細(xì)分開(kāi)發(fā)層系技術(shù)、水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)、氣井優(yōu)化配產(chǎn)技術(shù)、氣井防砂工藝技術(shù)、油套分采工藝技術(shù)、排水采氣工藝技術(shù)及地面高低壓分輸技術(shù)等主體開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)提高澀北氣田開(kāi)發(fā)效果起到了積極作用。
    目前澀北氣田仍然存在不少問(wèn)題，如低阻氣層測(cè)井識(shí)別技術(shù)、疏松地層保壓密閉取心與實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)、水平井鉆采配套技術(shù)等需要在產(chǎn)能建設(shè)和研究中進(jìn)一步攻關(guān)。建議繼續(xù)深化氣、水層的識(shí)別，繼續(xù)探索控砂、控水、防砂、防水技術(shù)，加強(qiáng)水平井防砂、排水采氣和配套措施作業(yè)等工藝技術(shù)研究，提高澀北氣田的整體開(kāi)發(fā)效果。
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(本文作者：宗貽平 馬力寧 賈英蘭 華銳湘 許文平 中國(guó)石油青海油田公司)