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1.中國(guó)石油新疆油田公司 2.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院
克拉美麗氣田火山巖氣藏開發(fā)主體技術(shù)
孫曉崗1王彬2楊作明2
1.中國(guó)石油新疆油田公司 2.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院
孫曉崗等.克拉美麗氣田火山巖氣藏開發(fā)主體技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(2):11-15.
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(guó)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)。火山巖巖性巖相識(shí)別和井震結(jié)合的有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)主要搞清了火山巖的巖性巖相特征,進(jìn)而預(yù)測(cè)有效儲(chǔ)層的展布。不同儲(chǔ)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(chǔ)層厚度較大、距邊底水較遠(yuǎn)、裂縫相對(duì)發(fā)育的區(qū)域優(yōu)選直井壓裂投產(chǎn);②在儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)層壓裂技術(shù);②井下作業(yè)儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù);②直井和水平井現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工獲得成功。
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(chǔ)集層預(yù)測(cè) 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(guó)石油新疆油田公司發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)儲(chǔ)量超過(guò)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(gè)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(chǔ)層具有裂縫和孔隙雙重介質(zhì)特征,其中孔隙是主要的儲(chǔ)集空間,而裂縫則主要起著滲流通道的作用;儲(chǔ)層孔隙度為9.12%,滲透率為0.120×10-3μm2,屬低孔低滲儲(chǔ)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??死利悮馓锎嬖谥行?chǔ)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(wèn)題,制約著該氣田的高效開發(fā)。針對(duì)上述難題,中國(guó)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)。
1.1 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(duì)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(cè)井識(shí)別火山巖成分,成像測(cè)井識(shí)別火山巖巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖技術(shù)識(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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)。
表1 克拉美麗氣田巖性分類表
表2 克拉美麗氣田石炭系火山巖巖相分類表
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(zhǎng)斑巖、二長(zhǎng)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(chǔ)層的展布預(yù)測(cè)
針對(duì)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(jí)識(shí)別與解剖研究[3],在火山巖體識(shí)別的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(duì)火山巖體進(jìn)行解剖和探索,預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)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(gè)火山巖體(圖1),對(duì)應(yīng)3個(gè)儲(chǔ)集體,具有“兩弱一強(qiáng)”的地震反射特征,有利儲(chǔ)層為爆發(fā)相的火山角礫巖儲(chǔ)層(儲(chǔ)集體1和儲(chǔ)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(zhǎng)斑巖為主,主要由滴西18、滴西183、滴西182、滴西184這4個(gè)次火山巖體構(gòu)成(圖2),形成4個(gè)弱反射區(qū),有利儲(chǔ)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(shí)間及堆積部位不同,平面上形成數(shù)個(gè)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(duì)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(zhǎng)斑巖,有利相帶為爆發(fā)相的火山角礫巖。
圖1 滴西14井區(qū)巖體分布圖
圖2 滴西18井區(qū)有利巖體分布圖
結(jié)合克拉美麗氣田火山機(jī)構(gòu)、巖性巖相、有效儲(chǔ)層發(fā)布、氣水關(guān)系等特點(diǎn),開展了不同儲(chǔ)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(jí)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(duì)策。對(duì)于巖體厚度相對(duì)較薄的底水氣藏(滴西17、滴西14井區(qū)儲(chǔ)集體1),采用欠平衡水平井開發(fā);對(duì)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?shī)A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(shí)。
1)在儲(chǔ)層厚度較大、距邊底水較遠(yuǎn)、裂縫相對(duì)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(chǔ)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(wú)自然產(chǎn)量,壓裂后獲得很好的生產(chǎn)效果,增產(chǎn)值介于4.12×104~29.00×104m3/d。
2)在儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)系統(tǒng)。DX1415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(jí)壓裂投產(chǎn),其中DXHW181井油壓為25MPa時(shí),日產(chǎn)氣30×104m3;壓裂直井油壓為20MPa時(shí),平均日產(chǎn)氣量在7.5×104m3左右。水平井日產(chǎn)量超過(guò)直井的4倍。
4)在距底水近、物性相對(duì)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(chǔ)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,日產(chǎn)氣15.3×104m3。
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(duì)鉆井速度影響很大。根據(jù)室內(nèi)研究成果和現(xiàn)場(chǎng)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(píng)價(jià)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(chǔ)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(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出有機(jī)鹽無(wú)固相鉆井完井液和油基鉆井完井液體系,減少了鉆完井過(guò)程中水敏和水鎖對(duì)儲(chǔ)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(cè)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(cè)模型,評(píng)價(jià)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(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)態(tài)負(fù)壓差0.7~2.8MPa,實(shí)現(xiàn)整個(gè)水平段均處于負(fù)壓狀態(tài)。DXHW141井三開采用全過(guò)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。
針對(duì)克拉美麗氣田火山巖儲(chǔ)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(chǔ)層壓裂技術(shù)
綜合評(píng)價(jià)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(guò)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(shì)、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(chǔ)層改造施工參數(shù)。
克拉美麗氣田火山巖儲(chǔ)層人工裂縫半長(zhǎng)要求在120m以上,導(dǎo)流能力為30.0μm2·cm。支撐劑規(guī)模在30~45m3,采用2(3″(?73mm)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(yáng)離子體系,氯化鉀的用量超過(guò)4%,陽(yáng)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(chǔ)層保護(hù)技術(shù)
針對(duì)克拉美麗氣田的儲(chǔ)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(chǔ)層保護(hù)液體系,該體系具有無(wú)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(chǎng)應(yīng)用2井次,試驗(yàn)均獲得了成功。特別是滴西17井整個(gè)大修作業(yè)在GCP系列氣井儲(chǔ)層保護(hù)液中進(jìn)行,在施工作業(yè)的21天中,取樣檢測(cè)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(chǔ)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(chǔ)層,減小了修井液對(duì)儲(chǔ)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(chǎng)壓裂施工獲得成功
2009年對(duì)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2.0~3.0m/min,壓裂后日產(chǎn)氣29.0×104m3。
圖3 DXHW182井壓裂施工圖
通過(guò)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(chǔ)層的預(yù)測(cè)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(jí)壓裂和儲(chǔ)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。
[1]王璞珺,遲元林,劉萬(wàn)沫,等.松遼盆地火山巖相:類型、特征和儲(chǔ)層意義[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2003,33(4):449-456.
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DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.003
Sun Xiaogang,professor of senior engineer,was born in1961.He holds a Ph.D degree,being mainly engaged in the integral management of oil and gas field development.
Add:Karamay,Xinjiang834000,P.R.China
Tel:+86-990-6891765 E-mail:sxg@petrochina.com.cn
Main development technologies of volcanic gas reservoirs in the Kelameili gas field
Sun Xiaogang1,Wang Bin2,Yang Zuoming2
(1.PetroChina Xinjiang Oilf ield Com pany,Karamay,Xinjiang834000,China;2.Ex ploration and Development Research Institute,PetroChina Xinjiang Oilf ield Company,Karamay,Xinjiang834000,China)
The volcanic gas reservoirs in the Kelameili gas field,situated in the western Dinan salient of southeastern Luliang Uplift of the Junggar Basin,are taking the Carboniferous as the pay zones.The exploratory wells here presented low gas deliverability and a high decline rate.Therefore,the PetroChina Xinjiang Oilfield Company,adopting the principle of"planning as a whole,implement by stages,interwell succeeding",has developed a series of the matching development technologies to pave the way for improving the gas yield in the Kelameili gas field.The technology of favorable reservoir prediction,through combining lithological character and lithofacies identification with crosswell seismic technique,makes it clear for us to know the petrophysical properties of volcanic rocks and the distribution of favorable reservoirs.The optimized technologies in drilling and completion operations under different geological conditions include a.fracturing completion of vertical wells for the reservoirs with a big thickness,relatively developed fractures, and a rather long distance from the edge-bottom water;b.underbalanced vertical wells for the reservoirs with good petrophysical property,bit thickness,and a rather long distance from the edge-bottom water;c.fracturing completion of horizontal wells for the reservoirs with a big thickness,a rather long distance from the edge-bottom water,and a developed interbeds;and d.underbalanced horizontal openhole wells for the reservoirs with a relatively good petrophysical properties and a short distance from the edge-bottom water.The optimized drilling technologies include a.a complete ROP technology with the optimized bit as the focus;b.the optimized technology of leakage prevention and lost circulation control;and c.underbalanced horizontal drilling technology.The achievements of simulation treatment and gas production include a.fracturing treatment in deep volcanic gas reservoirs;b.reservoir protection in downhole operation;and c.successful fracturing operation for both vertical and horizontal wells.
Junggar Basin,Kelameili gas field,Carboniferous,volcanic gas reservoir,matching development technology,reservoir prediction,drilling technology,stimulation treatment
book=11,ebook=108
10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.003
2010-01-28 編輯 居維清)
孫曉崗,1961年生,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士;主要從事油氣田開發(fā)綜合管理工作,現(xiàn)任中國(guó)石油新疆油田公司副總經(jīng)理。地址:(834000)新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市中國(guó)石油新疆油田公司。電話:(0990)6891765。E-mail:sxg@petrochina.com.cn
NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.11-15,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)