編譯:劉鵬飛 (中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

審校:陳治坤 (中海油湛江分公司)

油基泥漿對(duì)水平井產(chǎn)能影響的實(shí)例研究

編譯:劉鵬飛 (中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

審校:陳治坤 (中海油湛江分公司)

本文介紹了印尼一口天然氣生產(chǎn)井,該井用帶眼襯管完井,目標(biāo)油藏是一純砂巖油藏,水平段長(zhǎng)1155 ft,儲(chǔ)層滲透率是0.1～5 mD。用設(shè)計(jì)的油基泥漿來(lái)作鉆井液可防止對(duì)儲(chǔ)層造成損害。用碳酸鈣顆粒基泥餅制造出薄而可靠的濾餅。這樣,鉆井時(shí)儲(chǔ)層損害最小。有人認(rèn)為,沒(méi)有必要清除殘留在井筒里的泥漿和泥餅,只要開始生產(chǎn),很容易自動(dòng)清理掉。這口井投產(chǎn)后的結(jié)果令人失望,沒(méi)有任何產(chǎn)量,于是決定研究泥漿對(duì)井產(chǎn)能的影響。計(jì)劃用連續(xù)的井干預(yù)措施來(lái)消除可能存在的損害機(jī)制,并且研究其對(duì)井動(dòng)態(tài)的影響。所有井干預(yù)工作步驟完成后,井開始生產(chǎn)。井干預(yù)措施完成后一個(gè)月進(jìn)行的壓力恢復(fù)測(cè)試表明,該井生產(chǎn)時(shí)的損害表皮系數(shù)為零。本文討論了不同的干預(yù)措施、試驗(yàn)結(jié)果及每一步驟對(duì)井產(chǎn)能的影響,還提出了新裸眼水平井投入生產(chǎn)的完整方案。

裸眼水平井 油基泥漿 濾餅損害 清除

1 前言

Tambora氣田位于Badak/Nilam以南6 mile(1 mile=1.609 km)處的墨爾本上三角洲沼澤地。雖然在Tambora北部也有一些小油環(huán) (1990年以前生產(chǎn)),但其主要是一個(gè)氣田。Tambora氣田的開發(fā)業(yè)務(wù)是道達(dá)爾勘探開發(fā)公司印尼分公司在印尼East Kalimantan地區(qū)作業(yè)的一部分。在同一地區(qū),道達(dá)爾還經(jīng)營(yíng)著 Tunu、Peciko、Bekapai、Handil和Sisi-Nubi氣田。道達(dá)爾是該地區(qū)主要的天然氣生產(chǎn)商。

Tambora氣田儲(chǔ)層是由一系列互層的三角洲砂巖、頁(yè)巖、石炭巖和當(dāng)?shù)厥規(guī)r組成,分為四個(gè)主要區(qū)域:D、E、F和 G。

G儲(chǔ)集層的主要特點(diǎn)是低滲透性。該儲(chǔ)層垂直生產(chǎn)井產(chǎn)能低。為此,對(duì)該地區(qū)進(jìn)行水平井裸眼開采來(lái)達(dá)到可接受的生產(chǎn)水平。

裸眼完井油藏會(huì)有更高的生產(chǎn)指數(shù),但通常由鉆井泥漿造成的損害也是一個(gè)問(wèn)題。最近幾年,泥漿體系發(fā)展顯著,可實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):

◇優(yōu)化濾餅設(shè)計(jì)使濾失量極低,避免由于泥漿的侵入而造成的地層損害;

◇較小的地層壓降便易去除濾餅,不需要增產(chǎn)措施就能達(dá)到極大的產(chǎn)能。

2 背景

TM井鉆井作業(yè)完成于2006年,從 G層長(zhǎng)1150 ft(1 ft=30.48 cm)的水平段產(chǎn)氣。G層是一個(gè)含氣儲(chǔ)集層,用4.5 in(in=25.4mm)未注水泥帶眼襯管完井。表層套管是一根4.5 in單孔油管,油管最小節(jié)氣門為3.75 in。

目的層的孔隙度為12.5%,滲透率為0.1～10 mD(1 mD=1.02×10-3μm2),油藏壓力為2460 psi(1 psi=6.895 kPa),此外,靜態(tài)井底溫度約270℉。

根據(jù)以往的鉆井和修井經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為 G層對(duì)鹽水非常敏感。因此,用合成油基泥漿 (SBM)體系來(lái)鉆完該段井身。碳酸鈣顆粒是SBM中主要的加重劑和濾餅成分。

這口井是初次投入生產(chǎn),通常按照下面與以往類似鉆探井的方法步驟來(lái)完成:

◇初期:備好完井SBM;

◇在水平井段以上設(shè)置橋塞;

◇用6%的氯化鈣鹽水溶液對(duì)該井進(jìn)行驅(qū)替,直至驅(qū)替液到達(dá)橋塞頂部;

◇用氮?dú)庑遁d該井且確保其呈欠平衡狀態(tài);

◇撤掉橋塞;

◇開井生產(chǎn);

◇如果井中沒(méi)有流動(dòng)流動(dòng),則使用連續(xù)油管和氮?dú)鈫?dòng)該井。

經(jīng)歷了如上所述整個(gè)過(guò)程后,井仍舊沒(méi)有產(chǎn)出任何氣體,很明顯這時(shí)有兩種可能:①儲(chǔ)層沒(méi)有氣體存在;②油層受到損害產(chǎn)生了強(qiáng)表皮效應(yīng),阻止了油藏流體的流動(dòng)。

3 損害表征

首先要確保井能夠產(chǎn)出氣體。毫無(wú)疑問(wèn),在這種特定情況下,因?yàn)橛邢噜従荚谕粋€(gè)儲(chǔ)層生產(chǎn),測(cè)井顯示該區(qū)域?yàn)閮?chǔ)氣帶,且在該油藏段的鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)了氣涌的跡象。

裸眼井濾餅清除也許是個(gè)問(wèn)題,可能會(huì)很大程度削弱氣井的產(chǎn)能。Barant等人列舉了鉆水平井過(guò)程中的地層損害機(jī)制,實(shí)例中其他可能的損害分為三種類型:

(1)SBM乳化液:包括因高黏性SBM留在井筒而可能造成的損害。

(2)其余的濾餅損害:Browne和Smith提到,對(duì)北海最近一次投產(chǎn)水平井檢查表明,有些水平井生產(chǎn)段并不是整個(gè)水平井泄油通道。

(3)由于近井地帶潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變?cè)斐傻慕畵p害。這是泥漿侵入到近井地帶可能造成的;SBM可能侵入到近井地帶而殘留下來(lái),殘留下來(lái)的SBM的強(qiáng)潤(rùn)濕性會(huì)導(dǎo)致此地帶油濕,這將很大程度減少氣相相對(duì)滲透率,因此造成產(chǎn)能受損。Longeron等人用本實(shí)例研究中所采用的類似泥漿進(jìn)行了巖心驅(qū)替試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明,形成良好濾餅之前,將近4倍孔隙體積的泥漿能侵入到油藏。

Browne和Smith還模擬了地層傷害造成近井地帶滲透率減少和只有部分水平井泄油通道在生產(chǎn)時(shí)兩種情況下的產(chǎn)能損害,得出結(jié)論:水平井段有助于流動(dòng),在最大限度地提高產(chǎn)能方面,它所起的作用比井周圍滲透率減少而起的作用更重要,除非發(fā)生嚴(yán)重的損害?；谠撗芯砍晒?重點(diǎn)是放在消除前兩種可能的損害,之后評(píng)價(jià)井的產(chǎn)能,最后才對(duì)關(guān)鍵基質(zhì)區(qū)域進(jìn)行處理來(lái)消除第三種可能的損害,目的是要確保大部分水平井段發(fā)揮作用。處理關(guān)鍵基質(zhì) (如需要)的目標(biāo)是恢復(fù)可能被侵入顆粒損害的原始近井地帶滲透率,并確保巖石呈水濕,以改善氣相相對(duì)滲透率。

4 處理措施

4.1 處理設(shè)計(jì)目標(biāo)

目標(biāo)是研究出一套一次只清除一種可能損害的方案。每次處理作業(yè)后的井動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)能夠量化相應(yīng)損害對(duì)井產(chǎn)能的影響。設(shè)立該準(zhǔn)則是為了能夠用此實(shí)例對(duì)油藏裸眼水平井有更好的了解,并對(duì)老井和即將鉆的類似井提出相應(yīng)對(duì)策。

同時(shí),要防止所設(shè)計(jì)的處理方案產(chǎn)生其他的損害。

4.2 井筒清除原則

為了獲得有效的井身清理工作,設(shè)計(jì)泥漿清除作業(yè)時(shí)所考慮的原則分為五個(gè)步驟:

(1)破碎:水力優(yōu)化噴射系統(tǒng)在連續(xù)油管或鉆桿上的運(yùn)作保證了這一點(diǎn),破碎效應(yīng)在這種情況下是機(jī)械形式的。用配有徑向噴嘴旋轉(zhuǎn)頭的井底組合在高壓下噴射反應(yīng)液,可保證濾餅的破碎效果且沿長(zhǎng)水平井段能有效充填化學(xué)劑。

(2)溶解:這包括使用合適的化學(xué)劑來(lái)溶解最大部分的濾餅組分。根據(jù)濾餅性質(zhì)的不同,可選擇用酸溶液、酶破膠劑、非酸性溶液和其他合適的溶液。

(3)分散:此目標(biāo)是為了提高碳酸鈣聚合顆粒的破碎效果和溶解效果。往處理液添加表面活性劑來(lái)加強(qiáng)分散效果可以保證達(dá)到此目的。硝化該溶液也能加強(qiáng)分散效果。

(4)懸浮:濾餅中非溶性物質(zhì)的懸浮很有必要,可以確保非溶性物質(zhì)能從井里排除,而不會(huì)沉淀在水平段造成產(chǎn)能損害。用非破壞性膠凝溶液可實(shí)現(xiàn)此目的。

(5)運(yùn)移:分散和懸浮濾餅殘留下來(lái)的顆粒,必須要在沉淀之前將其運(yùn)移到地表。在井生產(chǎn)的同時(shí),利用連續(xù)油管和欠平衡條件下的作業(yè)實(shí)施,可保證殘留顆粒輕松運(yùn)移到地表。

4.3 方案開發(fā)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

4.3.1 清除處理SBM乳化液

SBM通常既含有強(qiáng)油濕性表面活性劑又含有有機(jī)質(zhì)黏土。表面油相乳化液保護(hù)著濾餅成分和實(shí)例中使用的氯化鈣,以免受到溶解這些顆粒的酸液的破壞。處理的目的是為了破壞SBM乳化液,這會(huì)減小泥漿黏度且能有效地從井筒中清除殘余SBM。同樣,第二步用溶解液把濾餅顆粒由強(qiáng)油濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂窠缑?這樣能對(duì)泥漿濾餅顆粒產(chǎn)生破壞性。

為處理作業(yè)開發(fā)出專門的溶液,包含表面活性劑配制的水基溶液和互溶劑混合物,以達(dá)到處理目的。此溶液是專門處理乳化液和油基黏土凝膠的。

測(cè)試不同濃度的表面活性劑溶液,得出有效處理乳化液所需表面活性劑的最佳用量。

用準(zhǔn)備好的溶液和SBM樣品做實(shí)驗(yàn)測(cè)試,快捷且簡(jiǎn)單?？煽康膶?shí)驗(yàn)步驟是在玻璃容器里以50∶50比例配制一份備好的溶液和鉆井液。添加表面活性劑溶液后所觀察到的混合物黏性可顯示鉆井液是否被逆轉(zhuǎn)。在室溫和180℉下都做了測(cè)驗(yàn)。用范式35黏度計(jì)來(lái)測(cè)量黏度值。

另一實(shí)驗(yàn)是往混合物里添加鹽酸溶液,觀察與濾餅碳酸鹽成分的任何反應(yīng) (氣泡的形成)。用純SBM溶液做這個(gè)實(shí)驗(yàn),因?yàn)镾BM表面油相乳化液的緣故,發(fā)現(xiàn)其與酸溶液甚至在攪拌的幫助下都沒(méi)發(fā)生反應(yīng)。

表1示出最優(yōu)化溶液的結(jié)果。

表1 混合黏度讀數(shù)

最優(yōu)溶液組成是在6%氯化鈣鹽水溶液里配置12%的表面活性劑/互溶劑混合物。4.3.2 清除處理濾餅損害

作為第二步處理,是為了再確保SBM乳化液被破壞,且?guī)r石成了水濕,目的是消除任何仍然附著在井筒上的濾餅殘余。如前所述,濾餅的主要組成部分是碳酸鈣顆粒,從鹽酸溶液和乙酸溶液兩者中選擇所需要的溶液。

在實(shí)驗(yàn)室模擬濾餅,并把它浸泡在乙酸溶液和鹽酸溶液里,在兩體系作用下有效去除了大部分濾餅,但仍有一些殘余遺留下來(lái)。此外,用乙酸溶解濾餅耗時(shí)很少,幾乎與用鹽酸用時(shí)相同。

由于以下原因最終選定用鹽酸來(lái)完成此步驟:

◇與泥漿成分能發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng),沒(méi)有必要浸泡,從而實(shí)現(xiàn)在欠平衡條件下的作業(yè)且不會(huì)使油藏有任何可能的損害。

◇在生產(chǎn)條件下,實(shí)施作業(yè)會(huì)使不可溶性濾餅物質(zhì)立刻運(yùn)移到地表,這種情況下可不關(guān)井,使處理液與濾餅不發(fā)生反應(yīng),以防止酸液和油藏中可能存在的黏土 (高嶺石、伊利石)發(fā)生任何反應(yīng)。

5 處理施工

用直徑1.75 in配置有高壓轉(zhuǎn)動(dòng)噴射器的連續(xù)油管來(lái)保證施工作業(yè)的最佳效果。高壓噴射轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴能提高注入液與濾餅的接觸概率。

下入井過(guò)程中,井里充滿著氮?dú)?井中沒(méi)有天然氣產(chǎn)出。處理的第一步:從油藏水平段趾部到根部提升連續(xù)油管過(guò)程中,用表面活性劑溶液在裸眼段射流洗井,這需要90 bbl(1 bbl=0.159 m3)的溶液。1 bbl溶液用700 ft3(1 ft3=28.3 dm3)氮?dú)膺M(jìn)行硝化處理,這樣能夠在整個(gè)處理期,在欠平衡條件下進(jìn)行處理作業(yè)。射流洗井結(jié)束時(shí)把連續(xù)油管重新提到油藏水平段趾部,切斷氮?dú)?評(píng)價(jià)從產(chǎn)層段破壞和移除SBM的效果。

產(chǎn)能評(píng)價(jià)后,發(fā)現(xiàn)沒(méi)有得到滿意結(jié)果,鹽酸射流洗井階段和處理的第一階段效果差不多。井再一次關(guān)閉來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)能。此階段用了80 bbl的鹽酸溶液。

6 處理評(píng)價(jià)

表面活性劑溶液射流洗井后,開井放噴的同時(shí),把返回的泥漿樣品收集起來(lái)作分析,結(jié)果表明從井里返收了相當(dāng)增量的SBM,地表返回液的黏度測(cè)量結(jié)果證明了破壞乳化液的有效性。酸化處理后,向地表排液時(shí)有氣體流出。井的產(chǎn)量日漸增加,產(chǎn)量穩(wěn)定為 6.5 MMscf/D(1 MMscf/D=1.832×104m3/d),井口流動(dòng)壓力為460 psi。

生產(chǎn)一個(gè)月后,用持續(xù)7天的壓力恢復(fù)進(jìn)行了一次回壓試井。表2示出測(cè)試期間不同時(shí)期的累計(jì)時(shí)間、油嘴尺寸和流速。

表2 壓力恢復(fù)測(cè)試的流速明細(xì)表

然后對(duì)壓力恢復(fù)測(cè)試的結(jié)果作了研究分析。盡管對(duì)最終的穩(wěn)定性不確定 (沒(méi)有觀察到7天后的右限和水平面上的徑向流),但確定了滲透率分布范圍為0.3～0.7 mD。得到的最佳組合是用0.3 mD的平均滲透率和全長(zhǎng)1155 ft的生產(chǎn)通道。實(shí)現(xiàn)組合所需要的最低生產(chǎn)段長(zhǎng)度是650 ft,對(duì)應(yīng)平均滲透率為0.7 mD。相應(yīng)實(shí)例表明,幾何表皮因子為負(fù),機(jī)械表皮因子在零左右。

即使沒(méi)有實(shí)施生產(chǎn)測(cè)井來(lái)對(duì)產(chǎn)出段進(jìn)行長(zhǎng)度評(píng)價(jià),但壓力恢復(fù)分析表明,至少在一半生產(chǎn)段的處理上是成功的。

表3示出壓力恢復(fù)測(cè)試的解釋結(jié)果。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.3.007

表3 TM井壓力恢復(fù)測(cè)試后的解釋結(jié)果

資料來(lái)源于美國(guó)《SPE 112077》

2008-12-03)