吐哈盆地氮?dú)忏@井的優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題

吐哈盆地氮?dú)忏@井的優(yōu)勢(shì)及存在問(wèn)題

一、基性儲(chǔ)層精細(xì)特性吐魯番-哈密盆地油氣層主要分布在侏羅系的七克臺(tái)組（j2q）、三間房組（j2s）和西山瑤組（j2x）。大型地質(zhì)勘探始于1987年。經(jīng)過(guò)近20年的開發(fā)，儲(chǔ)層的地質(zhì)條件逐漸復(fù)雜，壓力系統(tǒng)逐年下降。屬于典型的低暴露、低滲和低產(chǎn)量“三低”儲(chǔ)層。儲(chǔ)層的主要特征是：儲(chǔ)層的砂體為碎屑巖，砂體橫向變化較大，屬于低壓（壓力系數(shù)一般為0.7.1.0g/cm3）、低滲（m，<5.10-3）和低產(chǎn)量微裂縫孔儲(chǔ)層。孔之間的連接不好，產(chǎn)水量低。碎屑巖儲(chǔ)層主要由粘土結(jié)合，水敏性強(qiáng)。儲(chǔ)層寬度長(zhǎng)，沙體與泥巖交織在一起。從七克臺(tái)西山瑤厚度到700米，有許多壓力系統(tǒng)。復(fù)雜的地質(zhì)條件帶來(lái)了嚴(yán)峻的儲(chǔ)層保護(hù)問(wèn)題,為解決該問(wèn)題,吐哈鉆采院進(jìn)行了大量的氮?dú)忏@井技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),取得了良好的效果。二、氮?dú)忏@井前預(yù)鉆井段礦井可能出現(xiàn)的問(wèn)題氮?dú)忏@井要受到地層出水、井壁穩(wěn)定、有毒氣體、煤層等多方面的井下條件限制,實(shí)施氮?dú)忏@井之前必須針對(duì)預(yù)鉆井段井下可能出現(xiàn)的問(wèn)題從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。1.排環(huán)環(huán)空通道地層出水是限制氮?dú)忏@井最主要的因素之一,地層出水會(huì)導(dǎo)致裸眼的泥頁(yè)巖水化膨脹,造成井眼縮徑,造成井壁坍塌;形成濾餅環(huán),堵塞環(huán)空通道;環(huán)空中的循環(huán)氣體需要將地層出水霧化并帶出地面而做功,導(dǎo)致注入壓力升高,增加設(shè)備負(fù)擔(dān),實(shí)踐表明,當(dāng)?shù)貙映鏊笥?m3/h時(shí),所需要的氣體排量將需要增加20%以上。通過(guò)鄰井測(cè)井資料預(yù)計(jì)地層水層分布情況。采用套管封隔和舍棄非主力油層的方法,盡量避免氮?dú)忏@井井段穿過(guò)水層,轉(zhuǎn)換為霧化和泡沫鉆井方式等方法是對(duì)付地層出水的主要手段。2.化氫地層流體污染含硫儲(chǔ)層不宜采用氮?dú)忏@井,氮?dú)獠豢扇家膊恢?當(dāng)井內(nèi)返出地面的含硫化氫地層流體含量較低時(shí)點(diǎn)火不成功,一方面造成環(huán)境污染,另一方面造成作業(yè)區(qū)周圍生物中毒。因此,進(jìn)行氮?dú)忏@井之前必須進(jìn)行儲(chǔ)層硫化氫含量評(píng)估,當(dāng)?shù)貙恿黧w中硫化氫含量超過(guò)30mg/m3時(shí)不推薦采用氮?dú)忏@井。3.耦合因素的確定井壁穩(wěn)定是氮?dú)忏@井成功的首要條件,鉆前必須通過(guò)鄰井實(shí)鉆及測(cè)井資料來(lái)對(duì)預(yù)鉆井段進(jìn)行充分評(píng)估是否能保持穩(wěn)定。井壁失穩(wěn)理論認(rèn)為,影響井壁穩(wěn)定的因素有力學(xué)因素、化學(xué)因素、鉆井工藝因素以及三種因素的耦合。氮?dú)忏@井不向井內(nèi)注入任何液相,當(dāng)?shù)貙硬怀鏊畷r(shí),化學(xué)因素的影響可假定為0,影響井壁穩(wěn)定的主要因素為井壁巖石脆性破碎、氣流沖蝕和機(jī)械碰撞,因此,氮?dú)忏@井在非應(yīng)力地層井壁穩(wěn)定性比常規(guī)鉆井好,在地層成巖性和完整性較好、原地地應(yīng)力小特別是水平主應(yīng)力差值小且不出水的地層,井壁穩(wěn)定性均能滿足氮?dú)忏@井的要求。當(dāng)?shù)貙映鏊^小且泥質(zhì)含量較高時(shí),可采用注入由大分子、鉀鹽、表面活性劑等配制的膠液來(lái)穩(wěn)定井壁。4.有水不高、厚度大的情況下礦膏覆巖發(fā)生大無(wú)所不對(duì)大腸子過(guò)大或時(shí)間長(zhǎng)煤性脆,膠結(jié)性差,應(yīng)力釋放速度快,高流速的氣體沖刷下,鉆開后在無(wú)水的條件下也會(huì)發(fā)生快速坍塌,當(dāng)厚度大、時(shí)間長(zhǎng)時(shí)會(huì)形成大肚子,極易造成井下復(fù)雜。鹽膏層本身具有塑性特征,在沒(méi)有水的情況下,厚度超過(guò)15m,仍會(huì)發(fā)生石膏縮徑。氮?dú)忏@井應(yīng)盡量避開煤層和鹽膏層。5.井壁、鉆具的影響油不與泥頁(yè)巖發(fā)生化學(xué)作用,但油別是粘度大的油包著巖屑上升過(guò)程中,在表面張力作用下,會(huì)使巖屑抱團(tuán)和黏附在井壁、鉆具上,在氣流關(guān)節(jié)點(diǎn)處形成濾餅環(huán),堵塞環(huán)空通道,對(duì)氮?dú)馀帕恳笤龃?、壓力增?不利于巖屑攜帶。理論計(jì)算,當(dāng)油的體積含量大于0.065%(返出井口后的含量)將會(huì)對(duì)巖屑攜帶有較大的影響。天然氣產(chǎn)量較低時(shí),有助于巖屑攜帶,當(dāng)產(chǎn)量高時(shí),環(huán)空流速大幅度增快,套管壓力上升,增加井控風(fēng)險(xiǎn)。鉆前必須充分做好油氣產(chǎn)量評(píng)估。三、天然氣鉆孔技術(shù)1.降低井眼尺寸氮?dú)忏@井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮成本和安全兩個(gè)方面的問(wèn)題。為降低氮?dú)忏@井成本,在滿足油氣開采的前提下,應(yīng)盡量減小井眼尺寸,減少設(shè)備和材料的使用量。從安全的角度出發(fā),應(yīng)盡量縮短氮?dú)忏@井裸眼井段,以減小井下復(fù)雜和事故的發(fā)生率。因此,氮?dú)忏@井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),一般采用?177.8技術(shù)套管下至油層頂部,采用?152.4鉆頭進(jìn)行儲(chǔ)層段的氮?dú)忏@井。2.氣體控制及循環(huán)與常規(guī)鉆井最不同的地方是,氮?dú)忏@井需要使用專用的井控和循環(huán)設(shè)備,來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的壓力控制、循環(huán)攜巖、旋轉(zhuǎn)分流、流體處理等多項(xiàng)功能,以保證安全、快速鉆井,主要的設(shè)備有:2.1旋轉(zhuǎn)防噴器及環(huán)空與鉆臺(tái)間的屏障氮?dú)忏@井過(guò)程中,井筒內(nèi)無(wú)液柱壓力平衡地層壓力,井筒返出的循環(huán)流體流速極高,可達(dá)到50～200m/s,因此除需要標(biāo)準(zhǔn)的單、雙閘板防噴器和環(huán)型防噴器外,還需利用旋轉(zhuǎn)防噴器來(lái)建立環(huán)空與鉆臺(tái)間的屏障,將井筒返出流體導(dǎo)離鉆臺(tái)的設(shè)備,主要是采用旋轉(zhuǎn)防噴器開實(shí)現(xiàn)上述功能,旋轉(zhuǎn)防噴器安裝在井口裝置的頂部。2.2復(fù)雜地面應(yīng)用供氣系統(tǒng)是氮?dú)忏@井的核心設(shè)備之一,主要由制氮車、液氮泵車以及相關(guān)的連接管線組成。要求滿足循環(huán)攜帶巖攜的同時(shí),具有處理地層出水、環(huán)空堵塞等需要大排量和高壓力氣體等井下出現(xiàn)復(fù)雜的能力。吐哈采用1臺(tái)液氮泵車(液氮)配合4臺(tái)制氮拖車或2臺(tái)液氮泵車供氣的兩種供氣系統(tǒng),這兩種供氣特點(diǎn)就是排量和壓力調(diào)節(jié)范圍大,排量在10～240m3/min可調(diào),最高額定壓力可達(dá)到105MPa,應(yīng)用效果非常好。2.3液體設(shè)備供液設(shè)備用于霧化鉆井、泡沫鉆井轉(zhuǎn)化或清洗套管和鉆具,主要采用霧化泵和水泥車。2.4安裝防回流體回流裝置浮閥、單流閥、蝶閥。攜帶著巖屑、地層流體等物質(zhì)的氮?dú)獾沽鞫沦愩@頭水眼或損壞井下工具。旋塞閥。安裝在鉆桿頂部的防回流體流裝置之下,在起鉆拆卸上部防流體回流裝置之前將鉆桿內(nèi)的高壓氣體關(guān)在鉆桿內(nèi)部,拆卸防流體回流裝置后進(jìn)行排氣。斜坡鉆桿。防止鉆桿接箍過(guò)旋轉(zhuǎn)控制頭膠芯時(shí)將膠芯損壞。六方鉆桿。更有利于旋轉(zhuǎn)控制頭的膠芯抱緊,同時(shí)避免使用常規(guī)四方鉆桿鉆進(jìn)損壞旋轉(zhuǎn)控制頭內(nèi)膠芯。2.5不壓井隨鉆測(cè)壓裝置氮?dú)忏@井和完鉆施工中,由于井眼處于欠平衡狀態(tài),為了保護(hù)油氣層,必須采用特殊的輔助設(shè)備來(lái)完成壓力監(jiān)測(cè)、起下鉆、下篩管、下油管、安裝采油樹等帶壓作業(yè)。井下防噴器(套管閥)。套管閥是連接在氣體鉆井井眼的上一層的技術(shù)套管上某一位置上,在無(wú)鉆具通過(guò)時(shí)能將井眼封死的封井裝置,可實(shí)現(xiàn)鉆井、完井全過(guò)程的欠平衡鉆井。井底隨鉆測(cè)壓裝置。由于多相流本身的復(fù)雜性,目前多相流的模擬和計(jì)算還是一個(gè)世界性難題,且模擬和計(jì)算結(jié)果都與實(shí)際的井底壓力存在一定的差別。采用井底隨鉆測(cè)壓的隨鉆壓力計(jì)(PCWD),可實(shí)現(xiàn)確切了解井底壓力和井底負(fù)壓值。不壓井起下井內(nèi)管串裝置。配合旋轉(zhuǎn)防噴器使用,可實(shí)現(xiàn)不壓井起下鉆、不壓井下套管、不壓井下篩管(長(zhǎng)度不超過(guò)2m)、不壓井下油管等全過(guò)程欠平衡鉆井施工。其優(yōu)點(diǎn)是使用時(shí)臨時(shí)安裝在鉆臺(tái)上,當(dāng)下入的鉆具合力大于3～5t便可不使用,操作簡(jiǎn)單,可重復(fù)使用。但不允許下入長(zhǎng)而復(fù)雜的鉆井、完井管串。因此,使用不壓井起下鉆裝置作業(yè)的井一般采用裸眼完井。3.工藝工藝流程的合理設(shè)計(jì)是全過(guò)程氮?dú)忏@井便捷、安全、順利施工的保證,經(jīng)研究,吐哈氮?dú)忏@井的工藝流程如圖1所示。4.降斜鉆具組合的確定氮?dú)忏@井鉆頭可按常規(guī)鉆井設(shè)計(jì)鉆頭選用,一般不裝水眼;鉆具設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單化,如不要求控制井身質(zhì)量,可采用光鉆鋌鉆具組合,否則可采用滿足井身質(zhì)量的降斜鉆具組合;為防止壓縮氣體從鉆具內(nèi)倒流,應(yīng)在盡量接近鉆頭的位置安裝2只浮閥;泄壓時(shí),為防止鉆具內(nèi)的高壓氣體被泄掉,再次充滿增加接單根的時(shí)間,下鉆完后應(yīng)安裝1只下旋塞和1只浮閥,其它不做特殊要求。鉆頭+?120浮閥2只+鉆鋌2～3根+穩(wěn)定器1只+鉆鋌15根+斜坡鉆桿+下旋塞+浮閥1只+斜坡鉆桿+方鉆桿下旋塞+六棱方鉆桿。5.其它井下復(fù)雜情況巖屑攜帶是氣體鉆井最重要的技術(shù)之一,攜巖不暢,井下巖屑沉降堆積將會(huì)造成卡鉆以及引發(fā)其它井下復(fù)雜情況。為設(shè)計(jì)合理的氣體鉆井注入?yún)?shù),國(guó)內(nèi)外均研究和編制了許多的氣—固—液三相流態(tài)模擬軟件,我們主要使用莫爾軟件和HUBS軟件,經(jīng)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證,認(rèn)為表1列出的氮?dú)忏@井注入?yún)?shù)較為合理,能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工巖屑攜帶的要求。6.井準(zhǔn)備6.1裸眼完井完鉆后利用不壓井起下鉆裝置直接下入油管進(jìn)行生產(chǎn)。適應(yīng)于不需要分層作業(yè)和增產(chǎn)措施的儲(chǔ)層。優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)層無(wú)傷害、費(fèi)用低、油流入井阻力小,裸眼完井的缺點(diǎn)是存在層間竄流的可能,在多油層的情況下不能采取分段測(cè)試和增產(chǎn)措施,生產(chǎn)控制困難。裸眼完井要求井眼穩(wěn)定,特別是生產(chǎn)過(guò)程中不出或極少出砂,能夠保持油氣通道和下入必要的作業(yè)管柱;適應(yīng)的巖性主要有碳酸鹽巖、致密砂巖、致密白云巖、火山噴發(fā)巖等。6.2儲(chǔ)層自動(dòng)井井施工襯管(帶孔管、篩管)懸掛完井的主要目的是防砂和防止井壁坍塌,需要用套管閥。目前國(guó)產(chǎn)的套管閥尚不能進(jìn)行氣密封,因此成本較高。該完井方式適合于井壁較穩(wěn)定、儲(chǔ)層水平應(yīng)力小、儲(chǔ)層層位不多、少量出砂的地層。其特點(diǎn)是不進(jìn)行固井施工,避免了水泥漿對(duì)儲(chǔ)層的傷害;不進(jìn)行射孔等作業(yè),既避免了射孔作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的傷害,又加快了投產(chǎn)速度,降低了投產(chǎn)費(fèi)用;從很大程度上防止開發(fā)過(guò)程中的出砂。6.3膨脹管柱篩管由北京石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械所研究開發(fā)的非透式可膨脹割縫管完井技術(shù),其特點(diǎn)與襯管(篩管)懸掛完井方式基本相同,但不需要套管閥,而是完鉆后利用不壓井起下鉆裝置向井眼內(nèi)下入下端封閉的膨脹管管柱,膨脹管管柱上有若干未穿透管壁的盲孔,且盲孔處管壁的壁厚能夠保證足以抵抗住膨脹管管內(nèi)和管外的壓差(欠平衡壓力)的作用而不會(huì)通透或變形,使膨脹管管柱內(nèi)外隔開,保持欠平衡狀態(tài)。利用膨脹機(jī)械使非透式可膨脹管管柱膨脹,同時(shí)使膨脹管管柱上的盲孔被膨成通孔,形成篩管(如圖2),使儲(chǔ)層與膨脹管管柱內(nèi)部相通。根據(jù)需要,膨脹后的膨脹篩管管柱的管壁可以緊貼在井壁上,也可以不貼在井壁上。四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得的主要進(jìn)展在多年的研究和前期氣體鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,2005年6月以來(lái),對(duì)吐哈低壓低滲儲(chǔ)層進(jìn)行了大量的可行性和適應(yīng)性論證,優(yōu)選了適合氮?dú)忏@井的區(qū)塊,進(jìn)行了紅臺(tái)2-15、紅臺(tái)2-4、鄂爾多斯D12-1等多口井的氮?dú)忏@井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,獲得了良好的效果,取得了多項(xiàng)重大突破。1.氮?dú)忏@井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用紅臺(tái)2-15井是吐哈紅臺(tái)地區(qū)的一口開發(fā)井,目的層為侏羅系三間房組的4個(gè)氣層,儲(chǔ)層的壓力系數(shù)為0.8左右。為安全起見,采用?177.8技術(shù)套管下至油層頂部,封隔了上部七克臺(tái)組的水層和煤線,舍棄了主力油氣層以下的一個(gè)差氣層。2005年6月17日,采用1臺(tái)液氮泵車和4臺(tái)制氮拖車作為供氣系統(tǒng),使用?152.4鉆頭進(jìn)行三開氮?dú)忏@井,6月20日順利鉆至井深2420m完鉆,氮?dú)忏@井段長(zhǎng)126m、純鉆時(shí)間9.83h,平均機(jī)械鉆速12.81m/h。采用裸眼完井方式,下入?73油管至井深2288m,安裝采油樹完井。該井氮?dú)忏@井應(yīng)用充分體現(xiàn)了氮?dú)忏@井及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層、提高單井產(chǎn)量、提高機(jī)械鉆速方面的優(yōu)勢(shì)。氮?dú)忏@井鉆至對(duì)應(yīng)鄰井第一個(gè)差氣層,即井深2320m排砂口返出天然氣,自動(dòng)點(diǎn)火成功,火焰呈藍(lán)色、橘紅色,火焰高3.5m;鉆至主力氣層,即井深2375m火焰頂部出現(xiàn)濃烈的黑煙,火焰最高可達(dá)25～30m。三次測(cè)試結(jié)果(見表2)表明,與鄰井相比,單井油氣產(chǎn)量和機(jī)械鉆速(見表3和表4)得到了大幅度提高。該井在該地區(qū)首次獲得了高產(chǎn)油流,同比紅臺(tái)204井改造前油氣當(dāng)量提高了3.62倍,同比改造后油氣當(dāng)量提高1.18倍。2.氣層地層開侏羅系發(fā)揮了地質(zhì)工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)紅臺(tái)2-4井是紅臺(tái)構(gòu)造的一口開發(fā)井,為探明目侏羅系西山窯組含油氣情況,采用?177.8技術(shù)套管封隔了侏羅系三間房組的主力油氣層,氮?dú)忏@井鉆開侏羅系西山窯組的4個(gè)氣層。氮?dú)忏@進(jìn)井段為2625～2828m,段長(zhǎng)203m。鉆至井深2580m進(jìn)行接方鉆桿循環(huán)過(guò)程中,排砂口自動(dòng)點(diǎn)火成功,火焰高60cm,持續(xù)時(shí)間30s,此后未發(fā)現(xiàn)較好的油氣顯示,完鉆后固井完井,通過(guò)改造后油氣無(wú)產(chǎn)量,解決了吐哈西山窯組構(gòu)造的勘探爭(zhēng)論,實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的地質(zhì)工程目標(biāo)。氮?dú)忏@井純鉆時(shí)間21.67h,平均機(jī)械鉆速為13.94m/h,為鄰井的6～8倍。3.井身結(jié)構(gòu)及井身結(jié)構(gòu)D12-1井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部構(gòu)造上的一口開發(fā)井,位于伊金霍洛旗臺(tái)格蘇木門克慶二隊(duì)大12井1806m處。該井目的層位為下石盒子組盒2和盒1層段及山西組山2和山1層段,全部采用氮?dú)忏@井方式鉆開,全部由液氮來(lái)完成供氣,全井共使用液氮370m3,鉆至設(shè)計(jì)井深2805m氮?dú)忏@井完鉆,井身結(jié)構(gòu)如圖3所示。氮?dú)忏@井過(guò)程中陸續(xù)有微弱的顯示,全烴含量最高為1.5%左右,完鉆后起鉆至套管腳后觀察后效,出口點(diǎn)火成功,火焰高度30～50cm,火焰呈藍(lán)