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        北京某典型地區(qū)地?zé)峋峄瘔毫言霎a(chǎn)技術(shù)研究

        2018-09-10 06:58:55楊淼林天懿劉慶柯柏林
        城市地質(zhì) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:出水量酸液酸化

        楊淼 林天懿 劉慶 柯柏林

        摘? 要:研究區(qū)位于雙橋地?zé)崽锿鈬?,地?zé)峥辈橘Y料較少。區(qū)內(nèi)某地?zé)峋?800m,熱儲層為薊縣系霧迷山組白云巖,將用于辦公區(qū)地?zé)峁┡?。但其出水量受制于深部熱儲層滲透性能或沉積物堵塞地?zé)崃黧w通道等原因,小于鄰近地?zé)峋叫枰M酸化壓裂增產(chǎn)手段,提高地?zé)峋a(chǎn)能。通過地?zé)峋某晒嵤?,分析了地?zé)岬刭|(zhì)特征,采用實驗室模擬、數(shù)值模擬等手段,對酸液濃度、用量、設(shè)備選型等工程參數(shù)進行了詳細設(shè)計,制定了酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)方案,指導(dǎo)進行酸化壓裂技術(shù)應(yīng)用,酸化壓裂前后出水量從968m3/d增加至2163m3/d,水溫從43.5℃增加至46℃,實現(xiàn)了出水量增產(chǎn)123%以上,出水溫度增溫2.5℃,增產(chǎn)效果顯著。

        關(guān)鍵詞:地?zé)峋?碳酸鹽巖熱儲;酸化壓裂;地?zé)嵩霎a(chǎn)試驗

        中圖分類號:P314? ? ?文獻標識碼:A? ? ?文章編號:1007-1903(2018)04-0014-05

        0 前言

        地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源,對地?zé)崮艿惹鍧嵞茉吹目辈殚_發(fā),是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源行業(yè)發(fā)展的未來方向(柯柏林,2009)。十三五規(guī)劃等國家戰(zhàn)略和重大規(guī)劃多次強調(diào)要“實施近零碳排放區(qū)示范工程”,對地?zé)豳Y源等清潔能源提出了巨大的需求。但是,地?zé)豳Y源的高效開發(fā)利用往往受制于深部熱儲層滲透性能或沉積物堵塞地?zé)崃黧w通道等原因,因此,國家能源局頒布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016—2030年)》,明確提出“要加強地?zé)崮荛_發(fā)利用,研發(fā)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)改造及增產(chǎn)技術(shù)”。

        北京東部地區(qū)位于雙橋地?zé)崽锿鈬責(zé)峥辈橘Y料較少。根據(jù)已有資料統(tǒng)計,區(qū)內(nèi)地?zé)峋骄鏊?344.55 m3/d,水溫47.5℃。而區(qū)內(nèi)鉆探實施的某地?zé)峋跗诋a(chǎn)能測試結(jié)果顯示,該井出水量968m3/d,水溫43.5℃,各項指標均低于區(qū)內(nèi)平均值,亟待進行增產(chǎn)改造。本次研究酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù),疏通碳酸鹽巖含水層,溝通裂隙通道,增大巖石的裂隙,提高儲層導(dǎo)流能力,進而提高地?zé)峋漠a(chǎn)能(??酥Z米德斯,2002;劉興浩等, 2011;陳生輝,2010),對地?zé)崮艿母咝ч_發(fā)利用具有重要的意義。該項技術(shù)的成功利用,不僅能滿足地?zé)衢_采井增產(chǎn)的需求,對地?zé)峋毓嗄芰Φ奶嵘酥琳麄€地?zé)嵯到y(tǒng)的改造也有重要意義,具有進一步研究和推廣的價值。

        1 代表井地?zé)岬刭|(zhì)特征

        1.1 代表井基本情況

        本文選定的代表井位于北京東部地區(qū),實鉆井深2800.88m,熱儲目的層為薊縣系霧迷山組,其主要巖性為黃褐色、淺褐色、褐色和深褐色燧石白云巖,其中在2490~2528m和2693~2729m為紫紅色泥質(zhì)白云巖?!叭_”井身結(jié)構(gòu),取水段為1730~2800.88m,裸眼井段(圖1)。

        1.2 地溫場情況

        根據(jù)前期測井數(shù)據(jù)(圖2),該地?zé)峋畬嶃@霧迷山組平均地溫梯度1.04℃/100m。其中,中上段增溫率較低,說明該層段地下熱水資源豐富,對其開展酸化壓裂施工改造,可更大限度地提升出水量,獲取更顯著的改造效果。

        1.3 熱儲富水性特征

        依據(jù)鉆井液消耗記錄及物探測井曲線綜合解釋分析(表1),該井揭露的薊縣系霧迷山組屬于超低滲透致密儲層;裂縫發(fā)育差,以III類裂縫為主;富水層段比較分散,總體上由于下部地層層厚較薄且泥質(zhì)含量高,富水程度較上部弱。

        1.4 前期產(chǎn)能測試

        該井先后進行了裸眼段泡藥、酸化洗井、氣舉洗井、水泵抽水等洗井工作,抽水試驗結(jié)果顯示:水位降深約40m時出水量為968m3/d,水溫43.5℃。與鄰近地?zé)峋啾?,產(chǎn)水量較小,為改善熱儲滲流能力,提高地?zé)岙a(chǎn)能、回灌能力,決定對該井實施酸化壓裂增產(chǎn)措施。

        2 酸化壓裂工程設(shè)計

        2.1 酸液濃度設(shè)計

        酸化作用效果受碳酸鹽含量、熱儲溫度、以及酸液濃度影響(羅晴,2012;陳賡良等, 2006;陳凌等,2004)。本次試驗從目標井霧迷山組白云巖熱儲層段取得巖樣26件,模擬井下實際溫度(45℃),進行15%HCl和20%HCl兩種不同濃度條件下的酸化作用對比研究。結(jié)果顯示:20%HCl酸蝕效果明顯優(yōu)于15%HCl,1960m以深酸蝕效果顯著(圖3)。

        2.2 酸液用量設(shè)計

        為了確定酸液用量,利用StimCADE軟件模擬20%鹽酸酸化該井熱儲后的表皮系數(shù)變化情況,發(fā)現(xiàn)酸液用量在90~100m3之前,表皮系數(shù)隨著鹽酸用量增加而逐步降低,達到100m3之后,表皮系數(shù)趨于穩(wěn)定,無明顯效果(圖4)。

        2.3 壓裂液作用范圍模擬

        對20%HCl酸化壓裂作用距離進行了模擬(圖5),模擬結(jié)果顯示,作用距離最遠4m,最小2.3m,作用效果較好。

        2.4 工程總體設(shè)計

        針對該井地?zé)岬刭|(zhì)條件,經(jīng)實驗分析、數(shù)值模擬及前期試壓等工作,初步設(shè)計酸化壓裂工程方案如下:

        (1)設(shè)備工藝

        本次酸化作業(yè)的施工井段為1700m以下裸眼段,投入2臺700型壓裂泵車車組、3臺酸液罐車等設(shè)備,采用震蕩壓裂方式,正擠法注酸,擠注壓力不大于10 MPa。按圖6所示結(jié)構(gòu)完成酸化施工管柱,封隔器以下替滿NH4Cl液體。

        (2)設(shè)計用料

        根據(jù)前期分析結(jié)果,本次工程設(shè)計投入施工管柱完成液約20m3,用于保護井管免受腐蝕、穩(wěn)定井下氣體等;壓裂液為稀釋至20%濃度的鹽酸溶液約100m3,并添加一定劑量的緩蝕劑、助排劑、鐵離子穩(wěn)定劑、防膨劑等。具體用量如表2所示。

        3 酸化壓裂試驗

        本次酸化壓裂試驗嚴格按設(shè)計執(zhí)行,施工過程最大瞬時排量1.5m3/min,最大瞬時工作壓力6.5MPa。根據(jù)壓力曲線,酸化壓裂共經(jīng)歷3個過程:第一階段,泵壓逐漸穩(wěn)定在6MPa、排量穩(wěn)定在1.2 m3/min,此時以酸化作用為主,在近井地帶蜂窩化,由未被酸蝕的巖石骨架以及孔隙內(nèi)流體壓力共同平衡地應(yīng)力,尚未溝通裂縫;第二階段,13:55時壓力曲線突然下降,反映酸蝕進一步加強后,骨架整體抗壓強度降低,沿最大主應(yīng)力方向產(chǎn)生坍塌,形成小范圍的徑向裂縫,但由于裂縫空間小,很快被流體充填,壓力再次回升到之前的水平;第三階段,圧力曲線穩(wěn)定6MPa,排量逐漸增加至1.5 m3/min,說明進一步擴大了儲層天然裂隙,增強了滲流能力,酸化效果較好。

        酸化壓裂技術(shù)對該井起到了很好的增產(chǎn)效果,抽水試驗顯示:水位降深36m,出水量2163 m3/d,較壓裂前增加了123%;出水溫度46℃,較壓裂前增加了2.5℃,實現(xiàn)了地?zé)峋a(chǎn)能的大幅提升。酸壓后,該井可為辦公區(qū)7.8萬m2的建筑面積提供供暖調(diào)峰,較酸壓前新增約4.6萬m2,大大提高了辦公區(qū)的可再生能源利用率,為創(chuàng)建“近零碳排放示范區(qū)”提供技術(shù)保障。

        4 結(jié)論

        (1)根據(jù)鉆探、測井、產(chǎn)能測試資料,詳細了分析北京東部地區(qū)某地?zé)峋責(zé)岬刭|(zhì)特征,為酸化壓裂工程設(shè)計及施工提供前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

        (2)采用實驗、軟件模擬手段,確定了酸化壓裂液的濃度、用量等參數(shù),設(shè)計了工程的主要技術(shù)指標;在此基礎(chǔ)上對該地?zé)峋畬嵤┝怂峄瘔毫言囼?,增產(chǎn)后,出水量2163m3/d,較增產(chǎn)前的968 m3/d增加了123%以上,是區(qū)內(nèi)地?zé)峋骄鏊康?.61倍;出水溫度46℃,也較增產(chǎn)前增加了2.5℃;可為辦公區(qū)7.8萬m2的建筑面積提供供暖調(diào)峰,較改造前新增約4.6萬m2,大大提高了區(qū)域可再生能源利用率。

        (3)試驗結(jié)果證明,酸化壓裂技術(shù)是以碳酸巖為熱儲的地?zé)峋霎a(chǎn)改造的有效手段,可在同類型地區(qū)推廣應(yīng)用。

        參考文獻

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