四川盆地元壩氣田超深酸性氣藏地質(zhì)特征及成因分析

四川盆地元壩氣田超深酸性氣藏地質(zhì)特征及成因分析

四川盆地元壩氣田的超深酸性氣藏構(gòu)造位于四川省北部的山區(qū)，與四川中部的低緩度構(gòu)造帶相連。西北部與九龍山背斜構(gòu)造帶相連，東北部與通南巴構(gòu)造帶接壤，南部與四川中部、低平滑構(gòu)造帶相連。勘探面積3251.48km作為川氣東送工程資源接替的重要陣地,該氣田已成為中國石油化工股份有限公司繼普光氣田之后天然氣增儲上產(chǎn)的又一個(gè)重點(diǎn)探區(qū)。已有多口井在海相二疊系長興組、吳家坪組獲得工業(yè)產(chǎn)能,天然氣最高無阻流量達(dá)到751×101陸相中三疊統(tǒng)地層特征元壩氣田超深酸性酸性氣藏地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,儲層埋藏深,垂深為6500~7100m,完鉆井深介于7500~8000m,其中白堊系—上三疊統(tǒng)為陸相沉積、沉積巖性以砂、泥巖為主,陸相地層總厚度為4900m左右;中三疊統(tǒng)及以下沉積地層為海相沉積,巖性以碳酸鹽巖為主。陸相侏羅系下沙溪廟組泥巖含量高,井眼穩(wěn)定性差,氣體鉆井井壁坍塌嚴(yán)重。下侏羅統(tǒng)自流井組的地層壓力高,井控風(fēng)險(xiǎn)大,該組珍珠沖段含大段礫石層,蹩跳鉆嚴(yán)重,鉆頭優(yōu)選難度大;上三疊統(tǒng)須家河組存在區(qū)域高壓,壓力系數(shù)1.85,石英砂巖含量高,軟硬地層交錯(cuò),地層研磨性強(qiáng)、可鉆性差,可鉆性級值普遍在5~8級,屬于高硬度、高研磨性地層。該井段(下沙溪廟組、自流井組、須家河組)段長2000m左右,約占總井深的三分之一,鉆井耗時(shí)占全井鉆井周期45%。下三疊統(tǒng)嘉陵江組含高壓鹽水層和鹽膏層,鉆井液密度2.1~2.2g/cm2超深酸氣藏鉆頭技術(shù)2.1嘉一部分空氣鉆井鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化前期,元壩地區(qū)深井主要采用四開制,使用?406.4mm鉆頭鉆至侏羅系上沙溪廟組頂部,井深2000m左右,下入?339.7mm表層套管;使用?311.2mm鉆頭鉆至須家河組頂部,下入?273.1mm套管,下深4550m左右,?273.1mm套管先懸掛、后回接;使用?241.3mm鉆頭鉆至嘉一段頂部,井深6500m左右,下入?193.7mm套管,先懸掛后回接到井口;四開使用?165.1mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深,井深7100m左右,下入?146.1mm尾管。該井身結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省套管費(fèi)用,但不利于新技術(shù)應(yīng)用,在空氣鉆井鉆至井深3300m以后轉(zhuǎn)換常規(guī)鉆井液鉆井,井筒復(fù)雜情況多。元壩地區(qū)超深井鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主要依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)、已完鉆井實(shí)鉆資料,結(jié)合新工具新工藝技術(shù)特點(diǎn),優(yōu)選實(shí)施井段,體現(xiàn)“科學(xué)性、先進(jìn)性、針對性和經(jīng)濟(jì)性”原則,以滿足“發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層、油氣井的壽命、鉆井安全生產(chǎn)和油氣井的長期效益”的目的。優(yōu)化了3個(gè)必封點(diǎn):①第一個(gè)必封點(diǎn)是封隔淺層地下水,利于?444.5mm井眼的空氣鉆井、建立井口,安裝防噴器;②第二個(gè)必封點(diǎn)是為滿足氣體鉆井提速,同時(shí)封隔上部易漏層和水層,為?314.1mm井眼高壓地層鉆井提供井筒條件;③第三個(gè)必封點(diǎn)封中三疊統(tǒng)雷四段氣層以淺地層,防止采用高密度鉆井液優(yōu)化出五開制井身結(jié)構(gòu)如圖1所示2.2鉆床技術(shù)通過多年的鉆井提速提效攻關(guān),元壩地區(qū)鉆井速度得到不斷提高,形成了系列提速提效技術(shù)體系。2.2.1氣體鉆井技術(shù)在陸地上在元壩地區(qū)第四系至上沙溪廟組采用空氣、泡沫鉆井技術(shù)2.2.2超地層鉆井提速瓶頸井段井段元壩地區(qū)?314.1mm井眼段鉆遇地層為下沙溪廟組、自流井組和須家河組,地層研磨性強(qiáng),可鉆性差,鉆井周期長,該井段長度約占全井深度25%(井眼段長度介于1800~2000m),而鉆井時(shí)間卻占全井鉆井周期40%,是元壩超深井鉆井提速瓶頸井段。為了提速提效,先后應(yīng)用新工具、新技術(shù),逐步形成與不同地層相適應(yīng)的提速技術(shù)。2.2.2.保持和消除3個(gè)月內(nèi)c鉆頭的穩(wěn)定扭力沖擊器如圖2所示,它將鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換成扭向的、高頻的、均勻穩(wěn)定的機(jī)械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭,使鉆頭和井底始終保持連續(xù)性。消除了井下鉆頭運(yùn)動出現(xiàn)的一種或多種黏滑現(xiàn)象,使整個(gè)鉆柱的扭矩保持穩(wěn)定和平衡。YB102-3H井在?314.1mm井眼用4趟鉆進(jìn)尺達(dá)896m,平均機(jī)械鉆速3.42m/h,單趟鉆最高進(jìn)尺516.46m,行程鉆速比常規(guī)牙輪鉆頭鉆進(jìn)(1.04m/h)提高228.85%。2.2.2.pdc鉆頭的巖性、材料和使用特點(diǎn)自流井組珍珠沖段底部為礫石層,須家河組二段、一段主要巖性為灰色石英粉砂巖、細(xì)砂巖,石英含量高,膠結(jié)致密,研磨性極強(qiáng)。牙輪鉆頭在該地層使用時(shí)間短,進(jìn)尺少,磨損嚴(yán)重,風(fēng)險(xiǎn)高。PDC鉆頭不適應(yīng)該地層巖性,使用過程中易崩齒,失效快。孕鑲金剛石鉆頭(圖3)+渦輪復(fù)合鉆井2.2.2.3d和p樁復(fù)合鉆孔技術(shù)孕鑲鉆頭主要用于含礫地層的提速。對于非含礫地層,使用高效PDC鉆頭配合等壁厚螺桿更具有經(jīng)濟(jì)性2.3鉆井液技術(shù)根據(jù)不同鉆井工藝技術(shù),形成了以下鉆井液配套技術(shù)。2.3.1井壁穩(wěn)定地層厚度設(shè)計(jì)優(yōu)選全油基前置液和鉀鈣基聚合物轉(zhuǎn)換液。油基潤濕反轉(zhuǎn)前置液在鉆井液轉(zhuǎn)化前注入井內(nèi),改變井壁界面為親油特性,為井壁涂上一層保護(hù)膜、增加了一道井壁穩(wěn)定的防線。防止替入常規(guī)鉆井液后產(chǎn)生的濾液與地層中的泥巖水化作用從而發(fā)生分散、剝落,引起井壁失穩(wěn)。轉(zhuǎn)換鉆井液使用鉀鈣基聚合物體系,該體系具有強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵、強(qiáng)包被、低濾失特點(diǎn)。使用全油基前置液和鉀鈣基聚合物轉(zhuǎn)換液后,氣液轉(zhuǎn)換平均單井劃眼時(shí)間由83.2h降至28.3h。2.3.2斜井油壓機(jī)、水平井油壓機(jī)摩阻扭矩的控制是大斜度井、水平段后期鉆進(jìn)的主要問題之一2.3.3井壁穩(wěn)定技術(shù)優(yōu)選KCl聚磺防塌鉆井液體系,依靠K2.3.4制、高ph值火炬氣藏針對高酸性氣藏高含硫的特點(diǎn),通過合理的鉆井液密度控制、高pH值控制與使用高效除硫劑的綜合配套措施,防止硫化氫氣體返至地面,保證高含硫酸性氣藏的安全快速鉆進(jìn)。該技術(shù)施工的30余口海相深井均未出現(xiàn)硫化氫事故。2.4固井技術(shù)2.4.1氣體介質(zhì)固井依托工藝通過對井眼條件、安全下套管、固井液及現(xiàn)場工藝等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究,形成氣體介質(zhì)(空氣或泡沫)條件下固井的成套工藝技術(shù)。避免氣液轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的井漏、井壁不穩(wěn)定等復(fù)雜情況的產(chǎn)生,具有縮短鉆井周期、膠結(jié)質(zhì)量好、節(jié)約成本等特點(diǎn)。元壩地區(qū)表層或技術(shù)套管氣體鉆井完鉆后,采用的氣體介質(zhì)條件下固井技術(shù)2.4.2地層充填固井技術(shù)通過對井眼條件、下套管、固井漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、水泥漿材料優(yōu)選、水泥漿配方、平衡固井設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究,研發(fā)出了大溫差智能水泥漿體系,并結(jié)合井眼凈化、套管居中、固井漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),形成了一套深井長封固、大溫差固井技術(shù)。解決了多壓力體系共存、裸眼井段長、井筒溫差高、水泥漿凝固難等難題。近年來一次性封固段長超過3000m的固井施工有89井次,固井質(zhì)量評價(jià)均為優(yōu)。2.4.3高效旋轉(zhuǎn)尾管固井技術(shù)通過對先導(dǎo)漿、前置液和水泥漿體系,漿柱結(jié)構(gòu),管串結(jié)構(gòu),扶正短節(jié)使用,固井參數(shù)優(yōu)選、施工安全等研究。采用體積置換法設(shè)計(jì)前置液用量,利用螺旋流頂替技術(shù)指導(dǎo)旋轉(zhuǎn)尾管懸掛固井、旋流扶正器的現(xiàn)場應(yīng)用,開發(fā)使用了膠乳、膠粒防腐防氣竄水泥漿體系,成功解決了海相深井小間隙小尾管固井技術(shù)難題,在達(dá)到安全施工的前提條件下,提高了深井小尾管固井質(zhì)量。近年深井小井眼小間隙固井施工25井次,固井質(zhì)量優(yōu)良率達(dá)85%。2.5水平井井眼跟蹤技術(shù)2.5.1測量儀器的選擇元壩高酸性油氣藏井底靜止溫度達(dá)155℃,井底壓力達(dá)155MPa,要求超深水平井測量儀器耐高溫高壓2.5.2螺桿使用時(shí)間優(yōu)選國產(chǎn)抗150℃高溫螺桿,具有防掉設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用過程中,螺桿未出現(xiàn)一次因高溫引起的故障或斷螺桿事故,使用時(shí)間均達(dá)到了預(yù)期效果,其中?172mm螺桿平均使用時(shí)間達(dá)到156h。減少了起下鉆次數(shù),縮短了鉆井周期。2.5.3鉆臺組合設(shè)計(jì)形成了斜導(dǎo)眼段采用“鉆頭+高溫螺桿+高溫MWD”組合進(jìn)行定向2.6井完井技術(shù)由于元壩地區(qū)不需要分段改造,主要采用襯管完井方式3關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前和應(yīng)用后的鉆井周期和機(jī)械鉆速對比元壩超深酸性氣藏鉆完井關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,大幅度縮短了鉆井周期。關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前和應(yīng)用后的鉆井周期和機(jī)械鉆速對比如表1所示。其中,YB102-3H井完鉆井深7728m,鉆井周期282.17d,平均機(jī)械鉆速3.14m/h。4大型鉆井工具鉆井技術(shù)1)通過在元壩酸性氣藏鉆井實(shí)踐和技術(shù)攻關(guān),形成了元壩超深酸性氣藏鉆完井6項(xiàng)關(guān)