劉 言

(中國石化西南油氣分公司，四川 成都 610041)

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元壩超深高含硫氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

劉 言

(中國石化西南油氣分公司，四川 成都 610041)

元壩氣田是目前世界上埋藏最深的高含硫生物礁氣田，具有埋藏超深、礁體小、儲層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)、氣水關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，氣田開發(fā)面臨許多技術(shù)難題。通過技術(shù)引進(jìn)、集成和創(chuàng)新，形成了以超深復(fù)雜生物礁儲層精細(xì)刻畫技術(shù)、超深水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)、超深水平井軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)、超深長水平段多級暫堵酸化技術(shù)等為核心的元壩超深高含硫氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)場應(yīng)用表明：儲層預(yù)測符合率為95%，開發(fā)井成功率為100%，單井鉆井周期同比縮短100 d以上，有效儲層鉆遇率提高67.5%，酸化增產(chǎn)倍比為2.2～5.0，取得了良好的效果。為其他超深高含硫氣田的有效開發(fā)提供了借鑒和參考。

生物礁；高含硫化氫；超深水平井；軌跡優(yōu)化；元壩氣田

0 引 言

川東北元壩地區(qū)長興組發(fā)育臺地邊緣生物礁沉積，礁相儲層以白云巖為主[1-2]，埋藏深度為6 300～7 200 m。由于深層的地震資料分辨率低，且長興組生物礁規(guī)模小、儲層薄、非均質(zhì)強(qiáng)、氣水關(guān)系復(fù)雜，導(dǎo)致礁體識別難度大，井位部署失誤率較高，直井產(chǎn)量和井控儲量普遍達(dá)不到經(jīng)濟(jì)極限指標(biāo)。為此，從氣田特點(diǎn)出發(fā)，綜合應(yīng)用地震特征識別、地震反演手段和頻譜成像、三維可視化、相控建模等技術(shù)，解決礁體有效識別與儲層預(yù)測問題；采用鉆井提速、軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化與控制、多級暫堵酸化等集成創(chuàng)新技術(shù)，解決了超深水平井安全快速鉆井與投產(chǎn)等問題，形成了元壩超深高含硫氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，取得良好的應(yīng)用效果。

1 氣田開發(fā)難點(diǎn)

與國內(nèi)外同類氣田比較，元壩氣田地質(zhì)情況復(fù)雜，有效開發(fā)面臨三大難題：①埋藏超深，地震反射高頻吸收或缺失，分辨率降低，小礁體識別與生物礁氣藏精細(xì)描述面臨極大挑戰(zhàn)；②礁相優(yōu)質(zhì)儲層薄，平面非均質(zhì)性強(qiáng)，氣水關(guān)系復(fù)雜，直井產(chǎn)量低，水平井部署與優(yōu)化設(shè)計(jì)面臨極大挑戰(zhàn)；③針對超深層、高溫、高壓、縱向多壓力系統(tǒng)等難題，實(shí)施水平井國內(nèi)外尚無成功先例，安全快速鉆井與投產(chǎn)面臨極大挑戰(zhàn)。

2 氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超深層生物礁氣藏精細(xì)描述技術(shù)

元壩地區(qū)長興組生物礁氣藏優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育主要受白云石化和溶蝕作用控制[3]，沉積期古地貌高與層序中上部是白云巖儲層的優(yōu)勢發(fā)育部位。

受沉積期古地貌和海平面升降的影響，長興組生物礁發(fā)育類型多樣，儲層展布特征復(fù)雜。通過對元壩27-3H井實(shí)鉆軌跡解剖(圖1)可知，鉆遇的A、B、C、D 4個(gè)點(diǎn)礁蓋頂部有明顯的構(gòu)造起伏，A、D點(diǎn)振幅變?nèi)酢⒆杩棺兏?，B、C點(diǎn)附近礁蓋頂部出現(xiàn)復(fù)波反射。研究結(jié)果顯示，生物礁頂部包絡(luò)振幅的變化是礁體沉積微相與儲層厚度變化的響應(yīng)，古地貌的起伏反應(yīng)了礁蓋頂部的變化。因此，沿實(shí)鉆軌跡可以精細(xì)刻畫出3個(gè)單礁體。

圖1 元壩27-3H井沉積期古地貌分布與地震剖面

從生物礁的生長發(fā)育來看，通常多個(gè)小礁體組成一個(gè)礁群，礁群內(nèi)部各個(gè)單礁體的礁頂構(gòu)造有起伏，礁體連接處發(fā)生巖性或巖相變化。根據(jù)礁頂構(gòu)造起伏、礁蓋包絡(luò)振幅和阻抗的變化特征，結(jié)合鉆井、測井、取心資料，建立了元壩地區(qū)5種生物礁群發(fā)育及儲層分布模式(圖2)。

圖2 元壩地區(qū)長興組生物礁群發(fā)育模式(上圖為地質(zhì)模型，下圖為地震剖面)

研究發(fā)現(xiàn)，沉積期古地貌高控制生物礁的發(fā)育和分布，長興組主要為一套碳酸鹽巖沉積，應(yīng)用殘余厚度法對古地貌進(jìn)行了恢復(fù)(圖3)。由圖3可知，長興組生物礁呈隆起狀，4條礁帶呈北西—南東向排列，具有明顯的退積現(xiàn)象，礁后臺地邊緣灘相中發(fā)育少量點(diǎn)礁(礁灘復(fù)合區(qū))。

圖3 元壩地區(qū)長興組晚期古地貌三維立體顯示

利用元壩地區(qū)鉆井、巖心和測井資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況，制作了長興組—飛仙關(guān)組生物礁地質(zhì)模型(圖4)。從給出模型的正演結(jié)果(圖5)可以看出，長興組生物礁表現(xiàn)為低頻、弱振幅的丘狀雜亂反射特征[4]。模型正演的生物礁反射特征與地震剖面的反射特征(圖6)較吻合，由此建立了元壩地區(qū)長興組生物礁識別模式：礁體外形呈丘狀反射特征；礁體頂面為強(qiáng)反射，具披覆構(gòu)造反射特征；礁體內(nèi)部為斷續(xù)、雜亂反射或反射空白區(qū)；礁體翼部出現(xiàn)上超反射特征。

圖4 長興組生物礁地質(zhì)模型

圖5 長興組生物礁正演剖面

圖6 長興組生物礁地震剖面

借助生物礁識別模式與古地貌分析，進(jìn)行礁體識別，綜合應(yīng)用振幅剖面和瞬時(shí)相位體精細(xì)刻畫礁群和單礁體的礁蓋包絡(luò)與邊界。研究結(jié)果顯示，元壩地區(qū)長興組發(fā)育21個(gè)礁群、90個(gè)單礁體，單礁體面積為0.12～3.62 km2。

通過井震標(biāo)定和對過井地震剖面的精細(xì)解剖發(fā)現(xiàn)，生物礁由礁基、礁核和礁蓋3部分組成[5]。鉆井資料證實(shí)，優(yōu)質(zhì)儲層集中發(fā)育于礁蓋，以各種類型的白云巖為主。綜合應(yīng)用以疊前地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演為核心的多屬性融合的儲層定量預(yù)測技術(shù)和以Lame系數(shù)為核心的疊前、疊后多屬性融合的儲層含氣性預(yù)測技術(shù)，預(yù)測礁相優(yōu)質(zhì)儲層的分布及儲層含氣性[6-7]。預(yù)測結(jié)果表明，2、3、4號礁帶優(yōu)質(zhì)儲層厚度大(30～40 m)，含氣性好，是氣田開發(fā)的主要對象；1號礁帶和礁灘復(fù)合區(qū)，優(yōu)質(zhì)儲層變薄(20～25 m)，且1號礁帶整體含水，含氣性差。

根據(jù)研究成果及新的認(rèn)識，氣田開發(fā)建設(shè)采取了分步實(shí)施的原則，以單井技術(shù)經(jīng)濟(jì)界限為前提，結(jié)合生物礁群發(fā)育與儲層分布模式、優(yōu)質(zhì)儲層與含氣性預(yù)測成果，進(jìn)行井型優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了以水平井為主的超深層條帶狀生物礁氣藏開發(fā)井網(wǎng)，有效降低了方案實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)，部署新井實(shí)鉆成果與地質(zhì)預(yù)測較吻合。

2.2 超深水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

2.2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

以巖石力學(xué)特征分析、地應(yīng)力和地層壓力模型計(jì)算、井壁穩(wěn)定性破面建立為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)研究成果和鉆井資料分析，優(yōu)化必封點(diǎn)位置，設(shè)置4個(gè)必封點(diǎn)(圖7)，采用五開制井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[8]，并形成了與之配套的技術(shù)，避免了同一裸眼井段多壓力體系并存，減少了施工井下復(fù)雜情況的發(fā)生，確保了目的層長水平段施工安全。

圖7 元壩超深井必封點(diǎn)設(shè)置

2.2.2 鉆井提速技術(shù)

針對元壩地區(qū)陸相地層厚度大，井壁穩(wěn)定性差，機(jī)械鉆速慢[9]，海相地層壓力系統(tǒng)多，非均質(zhì)性強(qiáng)，高含硫化氫，鉆井施工難度大、周期長等問題，引進(jìn)、集成和創(chuàng)新鉆井提速技術(shù)，在陸相上部地層采用泡沫(空氣)鉆井技術(shù)，陸相中下部地層采用PDC鉆頭+扭力沖擊器、孕鑲鉆頭+高速渦輪復(fù)合鉆井技術(shù)，上部海相地層采用PDC鉆頭+螺桿高效鉆井技術(shù)，五開水平段采用抗高溫MWD+螺桿鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超深水平井全面提速，單井鉆井周期同比縮短了100 d以上。

2.3 超深水平井軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)

2.3.1 隨鉆巖性快速識別技術(shù)

元壩地區(qū)長興組礁相儲層以白云巖為主，根據(jù)白云巖和灰?guī)r的成分特征及差別，應(yīng)用X射線熒光(XRF)分析技術(shù)，現(xiàn)場快速識別碳酸鹽巖巖性。

基于巖樣元素含量分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室薄片鑒定和測井解釋資料，建立了元壩地區(qū)元素錄井標(biāo)準(zhǔn)圖譜、曲線交會等巖性識別解釋方法和元素錄井巖性識別標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場連續(xù)采樣測定元素含量，進(jìn)行隨鉆巖性快速識別，所繪制的巖性剖面與測井解釋結(jié)果基本一致[10]。

2.3.2 隨鉆儲層快速評價(jià)技術(shù)

針對元壩地區(qū)礁相優(yōu)質(zhì)儲層薄、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)用核磁共振(NMR)分析技術(shù)，現(xiàn)場快速評價(jià)儲層物性。建立了元壩氣田儲層物性核磁分類評價(jià)圖版和分類評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過現(xiàn)場連續(xù)采樣核磁共振分析，進(jìn)行隨鉆儲層快速評價(jià)，儲層核磁分類評價(jià)與測井解釋結(jié)果較吻合[10]。

2.3.3 隨鉆軌跡優(yōu)化調(diào)整技術(shù)

綜合應(yīng)用元素錄井、核磁共振分析技術(shù)，結(jié)合薄片觀察和氣測資料，現(xiàn)場及時(shí)準(zhǔn)確地分析判斷鉆遇地層的巖性、物性和含氣性，修正氣藏地質(zhì)模型，預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層展布，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整超深水平井軌跡。建立了元壩地區(qū)長興組生物礁氣藏“找云巖、穿優(yōu)質(zhì)、控遲深、調(diào)靶點(diǎn)”的軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整模式[8]，結(jié)合滑動(dòng)導(dǎo)向軌跡控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了元壩超深水平井鉆穿多個(gè)小礁體優(yōu)質(zhì)儲層的目標(biāo)。

2.4 超深長水平段多級暫堵酸化技術(shù)

元壩超深水平井均采用襯管或裸眼完井[11]，長水平段的中后部及低滲層段難以得到有效改造。為此，采用多級纖維暫堵酸化工藝，研發(fā)了在160℃高溫條件下具有緩蝕、緩速、低摩阻、高導(dǎo)流、防硫化物沉淀的高溫膠凝酸、高溫轉(zhuǎn)向酸和溫控+酸控可降解有機(jī)纖維，形成了以“多級暫堵、交替注入”工藝為特色的多級暫堵分流酸化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超深層長水平段均勻布酸改造。14口應(yīng)用井暫堵后施工壓力上升了1～11 MPa，氣井產(chǎn)量提高了2.2～5.0倍。

3 應(yīng)用效果

在深化地質(zhì)研究與認(rèn)識的基礎(chǔ)上，在元壩超深高含硫生物礁氣田部署實(shí)施超深水平井14口，平均完鉆井深為7 726 m ，平均完鉆周期為395 d，較早期縮短了100 d以上，創(chuàng)造了高含硫氣藏超深水平井完鉆最深、垂深最深等多項(xiàng)世界紀(jì)錄。新井實(shí)鉆與地質(zhì)設(shè)計(jì)較吻合，儲層預(yù)測符合率為95%，開發(fā)井成功率為100%。完鉆水平井均成功鉆穿了2個(gè)以上的礁蓋優(yōu)質(zhì)儲層，有效儲層鉆遇率同比提高了67.5%。一期項(xiàng)目部署開發(fā)井14口，配產(chǎn)600×104m3/d，2014年12月10日建成投產(chǎn)，目前開井13口，平均油壓為41.5 MPa，井口產(chǎn)量為680×104m3/d以上，氣井實(shí)際產(chǎn)能高于方案設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 結(jié) 論

(1) 礁體識別和礁相優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測是超深復(fù)雜生物礁氣田開發(fā)面臨的技術(shù)難題，也是氣田有效開發(fā)的關(guān)鍵。針對元壩地區(qū)長興組氣藏超深薄儲層預(yù)測難題，應(yīng)用地質(zhì)、測井、地球物理等集成創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)行了礁體的精細(xì)刻畫，并準(zhǔn)確地預(yù)測了礁相優(yōu)質(zhì)儲層的分布，有效指導(dǎo)氣田開發(fā)井位部署與實(shí)施。

(2) 針對氣田復(fù)雜的工程地質(zhì)特點(diǎn)開展技術(shù)攻關(guān)，形成了復(fù)雜超深水平井鉆完井、儲層改造技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了元壩超深水平井安全快速鉆井、鉆穿優(yōu)質(zhì)儲層和順利投產(chǎn)，為有效開發(fā)元壩超深高含硫生物礁氣田提供了有力的技術(shù)支撐。

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編輯 劉 巍

20150227；改回日期：20150615

中國石油化工股份有限公司科研項(xiàng)目“元壩超深高含硫氣田開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(P13056)

劉言(1965-)，男，高級工程師，1985年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)生產(chǎn)管理與技術(shù)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.024

TE375

A

1006-6535(2015)04-0094-04