賈 志，張芬娜，楊忠彥，彭紅晶，趙 娜

(1.天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院，天津 300250;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

近年來(lái)，為了解決孔隙型地?zé)峄毓嗟膯?wèn)題，已有不同學(xué)者從成井工藝、回灌工藝等多種方式進(jìn)行了探討[1－6]。從已有回灌情況來(lái)看，采用常規(guī)成井方法的孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峋?，回灌能力普遍較差。射孔技術(shù)是作為石油行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，可以節(jié)約大量資金，且施工工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)也能改變地?zé)峋康膶訜o(wú)水只能報(bào)廢的現(xiàn)狀，其在地?zé)衢_(kāi)發(fā)中的已被成功應(yīng)用[7]。如果充分發(fā)揮射孔技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，是否可以在孔隙型熱儲(chǔ)的回灌方面取得突破呢?我們就這一設(shè)想在濱海新區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明回灌效果良好，完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

1 濱海新區(qū)地質(zhì)及地?zé)釤醿?chǔ)特征

1.1 地質(zhì)特征

天津地區(qū)地處Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元華北地臺(tái)北緣，以寧河－寶坻斷裂為界分為北區(qū)和南區(qū)。北區(qū)屬Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元燕山臺(tái)褶帶的次一級(jí)(Ⅲ級(jí))構(gòu)造單元薊寶隆褶區(qū)，南區(qū)屬Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元華北斷坳區(qū)。南區(qū)為平原區(qū)，區(qū)內(nèi)包括一隆兩坳，即滄縣隆起、冀中坳陷和黃驊坳陷三個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元。Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元上發(fā)育的Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元凸起、凹陷的延伸方向和較大斷裂的走向均呈北北東(NNE)向，形成雁行式相間排列的構(gòu)造格局。濱海新區(qū)在區(qū)域上位于南區(qū)Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元華北斷坳區(qū)的東南部[8]。區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂有北北東向的滄東斷裂帶和北西西向的海河斷裂、漢沽斷裂等 (見(jiàn)圖1)。

1.2 熱儲(chǔ)特征

濱海新區(qū)目前主要開(kāi)采的熱儲(chǔ)層是新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組[9]。

1.2.1 新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層特征

明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層是濱海新區(qū)埋藏最淺的熱儲(chǔ)層，在整個(gè)濱海新區(qū)普遍分布，按熱儲(chǔ)層特征將其分為上、下兩個(gè)熱儲(chǔ)段:

1)明化鎮(zhèn)組上段熱儲(chǔ):富水段巖性以中細(xì)砂巖為主，揭露頂板埋深為310～606 m，厚度為 137～876 m。分布規(guī)律為西部較薄至東部逐漸加厚。單井涌水量40～75 m3/h，靜水位埋深為52～80 m，水溫30℃ ～35℃。

2)明化鎮(zhèn)組下段熱儲(chǔ):富水段巖性為粉細(xì)砂巖夾中砂，揭露頂板埋深610～1 363 m，厚度為154～875 m，分布自西向東逐漸加厚。單井涌水量40～80 m3/h，水溫35℃ ～50℃。

1.2.2 新近系館陶組熱儲(chǔ)層特征

館陶組熱儲(chǔ)層位于明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層之下，在隆起區(qū)的高凸起部位缺失，其余地區(qū)均有分布，按其特征將館陶組熱儲(chǔ)分上、下兩個(gè)熱儲(chǔ)段:

1)館陶組上段熱儲(chǔ):巖性以粉細(xì)砂巖為主，其中夾有3～4層泥巖和砂質(zhì)泥巖，揭露頂板埋深1 129～1 806 m，厚度為19～349 m，西部薄至東部逐漸加厚。單井出水量為40～90 m3/h，水溫 45℃ ～60℃。

2)館陶組下段熱儲(chǔ):上部巖性以粉細(xì)砂巖為主;中部以中細(xì)砂巖為主;底部普遍發(fā)育單層厚度為30～60 m的礫巖。揭露頂板埋深1 245～1 900 m，厚度100～150 m。單井涌水量為 60 ～120 m3/h，水溫 60℃ ～77.5℃。

圖1 斷裂構(gòu)造圖

2 孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峋畟鹘y(tǒng)成井工藝特點(diǎn)

成井工藝是地?zé)峋┕ぶ凶顬橹匾囊画h(huán)，由于所處的地質(zhì)構(gòu)造和熱儲(chǔ)層巖性不同，需采用不同的井身結(jié)構(gòu)和成井方法[10]，以保證投產(chǎn)之后地?zé)峋漠a(chǎn)量穩(wěn)定和井眼穩(wěn)定。在天津地區(qū)孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峋饕某删椒ㄓ?包網(wǎng)纏絲濾水管成井和大口徑纏絲濾水管填礫成井[11－12]。

2.1 包網(wǎng)纏絲濾水管成井

優(yōu)點(diǎn):鉆孔口徑小，鉆進(jìn)效率高，鉆進(jìn)過(guò)程中容易控制井壁穩(wěn)定，水泥止水效果好。

缺點(diǎn):不適用于膠結(jié)差、粒度細(xì)的砂巖儲(chǔ)層。

問(wèn)題:由于濾水管外環(huán)空靠?jī)?chǔ)層坍塌而形成的濾層混有鉆井泥皮、鉆屑等雜物，會(huì)堵塞濾層的孔隙，增加水阻，影響出水量，回灌效果不理想。

適宜性:該工藝適用于砂層膠結(jié)較好，顆粒較粗的地?zé)峋_(kāi)采井。

2.2 大口徑纏絲濾水管填礫成井

優(yōu)點(diǎn):管外環(huán)空形成人工濾層，在濾層保證質(zhì)量的前提下，可以有效增大導(dǎo)流面積，減小水阻，很好的保證出水量和出色的防砂效果。

缺點(diǎn):要保證礫料順利投送到位，要求鉆孔直徑大，濾層有一定的厚度，需進(jìn)行一級(jí)或多級(jí)擴(kuò)孔工作，鉆進(jìn)工作量大，成本高，鉆井深度大，成井風(fēng)險(xiǎn)就大。

問(wèn)題:維護(hù)孔壁穩(wěn)定難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)于深井礫料投送難度大，隨著鉆孔深度的加大，保證填礫質(zhì)量的難度也隨之加大。

適宜性:該工藝常應(yīng)用于較淺的地?zé)峋┕ぶ小?/p>

3 射孔成井

射孔技術(shù)就是將射孔器用專用儀器設(shè)備輸送到井下預(yù)定深度，對(duì)準(zhǔn)目的層引爆射孔器，穿透套管及水泥環(huán)，構(gòu)成目的層至套管內(nèi)連通孔道的一項(xiàng)工藝技術(shù)。在孔隙地?zé)峋┕ぶ幸话悴捎秒娎|輸送聚能式射孔技術(shù)。當(dāng)聚能射流打到地層上，迅速在與巖石的接觸面上形成高溫、高壓、高應(yīng)變率區(qū)域，使巖石迅速崩解、破碎，后續(xù)射流又將這些破碎物擠入地層，從而形成了射孔孔道，同時(shí)對(duì)孔道的四周的巖石進(jìn)行了壓實(shí)。根據(jù)射孔彈的結(jié)構(gòu)，地層巖石性質(zhì)，射孔彈穿出孔道長(zhǎng)度一般在幾厘米至幾十厘米[13]。孔道直徑一般在幾毫米至十多毫米。

4 回灌試驗(yàn)

為研究不同成井工藝對(duì)新近系熱儲(chǔ)的回灌影響，本次選擇天津某地采用不同的完井工藝的兩眼地?zé)峋?，進(jìn)行回灌試驗(yàn)效果的對(duì)比[14－15]。

4.1 地?zé)峋厩闆r

DR－1、DR－2井位于的天津東疆港東南部，距天津市區(qū)約60 km，對(duì)地?zé)峋绊戄^大的有滄東斷裂、海河斷裂和漢沽斷裂(見(jiàn)圖2)。兩井均成井于新近系館陶組，井口距離約550 m，地?zé)峋敿?xì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地?zé)峋畢?shù)

4.2 回灌試驗(yàn)分析

根據(jù)井口溫度及溫度損失的經(jīng)驗(yàn)值，此次將 DR－1、DR－2井回灌試驗(yàn)均以熱儲(chǔ)溫度70℃作為統(tǒng)一溫度對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

4.2.1 DR －1地?zé)峋毓嘣囼?yàn)

DR－1回灌試驗(yàn)于2011年8月5日開(kāi)始，至8月15日結(jié)束，持續(xù)時(shí)間183.6 h，累計(jì)回灌量11 029 m3，最大瞬時(shí)回灌量87 m3/h。回灌試驗(yàn)歷時(shí)曲線見(jiàn)圖3。

圖2 井位圖

圖3 DR－1井回灌歷時(shí)曲線圖

從圖3可以看出 1 165～2 485 min，2 705～5 315 min、5 395～9 515 min三個(gè)階段回灌量和動(dòng)水位均較穩(wěn)定，試驗(yàn)成果見(jiàn)表2。

表2 DR－1回灌試驗(yàn)成果表

4.2.2 DR －2地?zé)峋毓嘣囼?yàn)

DR－1回灌試驗(yàn)于2013年6月24日開(kāi)始，至6月28日結(jié)束，持續(xù)時(shí)間約98.5 h。DR－1地?zé)峋毓嘣囼?yàn)過(guò)程中，最大瞬時(shí)回灌量101 m3/h，回灌試驗(yàn)歷時(shí)曲線見(jiàn)圖4。

圖4 DR－2井回灌歷時(shí)曲線圖

從圖4可以看出1 410～2 370 min，2 434～3 790 min和3 818～5 905 min三個(gè)階段回灌量和動(dòng)水位均較穩(wěn)定，試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

4.2.3 回灌試驗(yàn)熱儲(chǔ)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

本次采用公式(1)、公式(2)和公式(3)來(lái)計(jì)算注水滲透系數(shù)K注和導(dǎo)水系數(shù)T注的。

式中:K注為注水滲透系數(shù)(m/d);P為熱儲(chǔ)層吸收率(m3/d·m2);Q注為注水量(m3/d);s升為水位回升值(m)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 DR－1回灌試驗(yàn)成果表

表4 計(jì)算結(jié)果表

假設(shè)兩井回灌流體溫度均為70℃時(shí)，且回灌熱儲(chǔ)層流體場(chǎng)已趨于穩(wěn)定，S升取50 m，根據(jù)公式(7)可得 DR－1和 DR－2允許回灌量分別為 109.89 m3/h和 496.71 m3/h。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的地質(zhì)及回灌水源條件下，射孔成井回灌效果要優(yōu)于濾水管成井。理論上允許可灌量比較大，實(shí)際回灌中，考慮到該井的實(shí)際運(yùn)行情況，受賈敏效應(yīng)、優(yōu)質(zhì)水流、水巖作用及其固體顆粒、微生物堵塞影響[16]，實(shí)際可持續(xù)回灌量可能會(huì)要比理論計(jì)算值小一些。

5 分析

通過(guò)兩眼井的回灌試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同的地質(zhì)及回灌水源條件下，射孔成井回灌效果要優(yōu)于濾水管成井。理論上允許可灌量比較大，但在實(shí)際回灌中，考慮到地?zé)峋膶?shí)際運(yùn)行情況，受賈敏效應(yīng)、優(yōu)質(zhì)水流、水巖作用及其固體顆粒、微生物堵塞影響，實(shí)際可持續(xù)回灌量可能會(huì)要比理論計(jì)算值小一些。

圖5 天津地區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層開(kāi)采、回灌量及回灌率多年統(tǒng)計(jì)圖

截止到2013年底，天津地區(qū)共有新近系地?zé)峋?35眼，其中明化鎮(zhèn)組地?zé)峋?6眼，館陶組地?zé)峋?9眼[17]。明化鎮(zhèn)回灌井有6眼，每年僅有0.89×104m3的回灌量，回灌率仍不到1%。館陶組熱儲(chǔ)年開(kāi)采總量為 628.28×104m3，比2012年度的747.66×104m3減少了 119.38×104m3;館陶組回灌井有26眼，但目前還在進(jìn)行回灌的僅有12眼，年回灌總量為 62.17×104m3，比 2012年度的 26.52×104m3增加了 35.65×104m3?；毓嗦蕿?9.90%，較 2012年的3.55%有較大幅度的提高(見(jiàn)表5)。

由表5中數(shù)據(jù)可看出，新近系熱儲(chǔ)整體回灌率偏低，最大僅為9.90%，基本小于5%。從圖5可以看出，在2009年回灌量及回灌量明顯比前幾年要大，這主要是從2009年開(kāi)始，孔隙型地?zé)峋删に囬_(kāi)始大規(guī)模采用射孔成井工藝，部分井回灌能力達(dá)到100%。

但由于在儲(chǔ)層回灌過(guò)程中易發(fā)生水敏、速敏等作用，會(huì)引起儲(chǔ)層物性變化。隨流體運(yùn)移距離的增加，壓力減小，固體顆粒逐漸沉淀或被捕獲，堵塞孔隙，滲流阻力增大，滲透率降低，使地?zé)崃黧w回灌能力減弱于原有的一些地?zé)峋毓嘈Ч缓茫斐烧w回灌井較少，故而影響了整體回灌量。隨著這幾年對(duì)孔隙型熱儲(chǔ)回灌的重視，采用射孔成井工藝陸續(xù)施工了十多眼館陶組地?zé)峄毓嗑瑹o(wú)論是回灌量及回灌率都有了明顯的提升。目前天津地區(qū)孔隙型地?zé)峄毓嗑畠H有12眼回灌井還在正?；毓?，其中射孔成井的有9眼，濾水管成井的有3眼，回灌量最大為126 m3/h，且射孔成井的回灌井回灌量明顯高于濾水管成井的(表6)。

表5 天津地區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層多年采、灌量統(tǒng)計(jì)表

表6 天津地區(qū)孔隙型地?zé)峄毓嗑粰诒?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)射孔成井的回灌效果總結(jié)可以看出，射孔成井后的孔隙型地?zé)峋毓嗔炕驹?0 m3/h以上，完全可以滿足尾水回灌的需求。這說(shuō)明利用射孔成井工藝完井的地?zé)峄毓嗑?，回灌能力更?yōu)于傳統(tǒng)成井工藝完井的地?zé)峋?。與傳統(tǒng)成井工藝相比，射孔成井工藝對(duì)地層的擾動(dòng)更少，可以精確地完井于目的熱儲(chǔ)層，因此它更適用于易出砂儲(chǔ)層、實(shí)施壓裂改造儲(chǔ)層以及實(shí)施注水開(kāi)發(fā)儲(chǔ)層。本試驗(yàn)?zāi)壳斑€僅局限于館陶組地層，其它地層，如明化鎮(zhèn)組地層等是否可行，還有待研究。目前射孔技術(shù)之所以還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，就是因?yàn)閷?duì)其適用的地質(zhì)條件和應(yīng)用效果認(rèn)識(shí)不充分。同時(shí)射孔技術(shù)中尚有許多理論屬于探索完善階段，如孔道涌水機(jī)理，射孔技術(shù)中如何優(yōu)化配參，如何進(jìn)行有效防砂等。

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