碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓嗨悸诽接?/h1>
2020-07-21 03:07:52楊永紅馬正孔單聯(lián)生胡興中
中國石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報 2020年2期
楊永紅,馬正孔,單聯(lián)生,王 琳,胡興中
(1.中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營257015;2.山東海利豐清潔能源股份有限公司,山東東營257015;3.中石化勝利油田分公司油氣勘探管理中心,山東東營257015)
地?zé)峄毓嗑褪前训責(zé)嵛菜?、常溫地下水等灌入熱儲?其目的主要是處理地?zé)釓U水、改善或恢復(fù)熱儲的產(chǎn)熱能力、保持熱儲的流體壓力并維持地?zé)崽锏拈_采條件。目前制約我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用的重要問題是地?zé)嵛菜幕毓嘈?由于地?zé)衢_采過程中的速敏、水敏等作用的影響,儲層的滲透性會發(fā)生變化,儲層滲流能力降低,導(dǎo)致地?zé)崴毓嘈式档?。如何確保在采水量滿足用熱需求的前提下維持儲層產(chǎn)熱能力和開采條件是目前保證地?zé)峥沙掷m(xù)開發(fā)利用的重要一環(huán)。近些年,針對碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜毓嗟确矫嬗幸恍┭芯窟M(jìn)展,主要是針對熱儲回灌堵塞機理及其防治、儲層滲流規(guī)律的數(shù)值模擬、地下熱水生產(chǎn)井與回灌井間距等方面,闡述了地?zé)嵛菜毓喽氯挠绊懸蛩?提出了一些應(yīng)對措施[1-5];但是,針對碎屑巖熱儲地?zé)峄毓嘌芯績H僅是單方面的,不夠系統(tǒng),缺乏全面工作思路和方法。地?zé)嵛菜咝Щ毓嗍且豁棌?fù)雜的、受多項因素影響的系統(tǒng)工程,每個環(huán)節(jié)的工作思路和質(zhì)量都影響最終的尾水回灌效率。本文以山東東營地區(qū)南郊花園供暖項目為例,針對碎屑巖熱儲,從地下地?zé)岬刭|(zhì)特征、地?zé)岵晒嗑W(wǎng)布局、鉆井成井工藝到地上配套水處理設(shè)備進(jìn)行分析,提出碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?在勝利油區(qū)地?zé)嵘a(chǎn)項目中進(jìn)行應(yīng)用,取得了良好的效果。推廣碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?對于提高尾水回灌率,降低地?zé)犴椖砍杀?減少尾水外排、降低大氣污染物排放具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會意義。
1 地?zé)嵛菜咝Щ毓嗨悸?/h2>
為達(dá)到地?zé)嵛菜咝Щ毓嗟哪康?針對每一個地?zé)崂庙椖?提出了“開展地?zé)岬刭|(zhì)研究、設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)、選取適合的成井工藝、優(yōu)選適合的井口裝置、設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)”的高效回灌工作思路,五個方面的工作缺一不可。
1.1 開展地?zé)岬刭|(zhì)研究
針對碎屑巖孔隙型熱儲需要開展的地?zé)岬刭|(zhì)研究工作較多,需要準(zhǔn)備的資料也較多,主要包括有地?zé)崽锏牡刭|(zhì)概況,已鉆探地?zé)峋纳a(chǎn)能力參數(shù),熱儲層的巖石學(xué)、幾何性質(zhì)、物性、儲存流體能力等參數(shù),熱流體性質(zhì)參數(shù)等。熱儲的地?zé)豳Y源大小決定了地?zé)犴椖康恼w效益,地?zé)崴|(zhì)好壞、地層出砂和高地層壓力系數(shù)都直接影響高效回灌。實際工作中應(yīng)結(jié)合研究區(qū)地?zé)衢_發(fā)利用階段,重點開展3個方面的工作:①進(jìn)行區(qū)帶地?zé)豳Y源評價;②開展熱儲層成巖作用、孔隙度、滲透率、熱儲溫度研究;③開展儲層壓力和水質(zhì)研究。
1.2 設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)
地?zé)岵伤?、回灌井之間的比例決定回灌水量的大小,地?zé)岵伤?、回灌井之間的距離影響回灌外加壓力的大小,為能確保地層溫度溫度不發(fā)生突破、盡可能施加較小的外部壓力實施回灌,設(shè)計科學(xué)合理的采灌井網(wǎng)必不可少。針對不同的熱儲類型,優(yōu)選合適的地?zé)釡囟?、壓力的模擬軟件,針對實際地?zé)峁┡娣e,設(shè)計不同的單井出水量,按照模擬的步驟,開展井網(wǎng)數(shù)值模擬工作。具體的模擬過程要特別注意2個方面:①要研究回灌水溫和礦化度的變化對熱儲層物性的影響,模擬時要采用受回灌水影響后的儲層的物性參數(shù);②采灌井網(wǎng)設(shè)計要和實際生產(chǎn)需求緊密結(jié)合,開展不同井網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)評價,優(yōu)選最合適、最經(jīng)濟(jì)的井網(wǎng)方案。
1.3 選取適合的成井工藝
目前,國內(nèi)針對碎屑巖孔隙型熱儲的成井工藝常見的小井眼自然坍塌成井、全井段固井射孔成井、大井眼投礫石成井等3大類,不同的成井工藝各有優(yōu)劣,要根據(jù)研究工區(qū)的地質(zhì)條件,選取并優(yōu)化已有的成井工藝。成井工藝的優(yōu)化要注重3個方面:①要能保證熱儲層得到有效保護(hù),不受污染;②要采出水量不受成井工藝的影響;③地?zé)岵伤突毓嗑坠?、篩管等管材的選取要考慮地?zé)崴母g性。
1.4 優(yōu)選適合的井口裝置
國內(nèi)地?zé)崴毓嗑谘b置主要考慮井口的水平、牢固性等方面因素,井口設(shè)計也不盡相同。井口裝置的不密封、井口裝置的拆卸會因空氣進(jìn)入而引起儲層的微生物堵塞和地?zé)崴箟?影響地?zé)嵛菜母咝Щ毓?。井口裝置的選擇應(yīng)選取井口密閉性高的,同時可監(jiān)測地?zé)崴疁囟?、流量、水位和壓力等參?shù)的。此外,井口裝置要有防噴裝置,后期方便進(jìn)行洗井等作業(yè)的進(jìn)行。
1.5 設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)
地?zé)峄毓辔菜袛y帶的懸浮物、泥沙、氣體和微生物會導(dǎo)致熱儲層堵塞,設(shè)計完備的地上尾水過濾系統(tǒng)是必不可少的。采用的地上水處理系統(tǒng)要能去除水中的泥沙和氣體、降低水中的懸浮物和微生物含量,達(dá)到國家地?zé)崮苄袠I(yè)的回灌過濾的要求。過濾系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計之前要進(jìn)行尾水水質(zhì)、含氣性、懸浮物含量、微生物含量等分析,依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計針對性的泥沙清除裝置、水氣分離裝置、粗過濾和精過濾設(shè)備。
2 應(yīng)用實例
山東東營地區(qū)南郊花園地?zé)犴椖繛橐焕蒙顚拥責(zé)峋┡捻椖?按照上述的碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?開展系統(tǒng)的研究工作,設(shè)計優(yōu)化相關(guān)設(shè)備,項目投產(chǎn)完成后,采出水換熱后全部回灌到目的儲層中,回灌效果良好。
2.1 地?zé)岬刭|(zhì)特征
南郊花園位于山東省東營區(qū)黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū),主要的地?zé)衢_發(fā)目的層系為古近系東營組,該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造上屬于濟(jì)陽坳陷東營凹陷南部斜坡陳官莊—王家崗斷裂構(gòu)造帶(圖1)。東營組熱儲層以砂巖、含礫砂巖為主,儲層厚度較大,累計厚度可達(dá)120 m。熱儲層比較發(fā)育,在區(qū)內(nèi)廣泛分布。
圖1 山東東營地區(qū)南郊花園東營組構(gòu)造位置圖
東營組儲層埋藏深度較大,儲層頂面埋藏深度一般為1 290～1 350 m。東營組熱儲層物性較好,儲層孔隙度為25% ～35%,滲透率為(400～800)×10-3μm2。儲層溫度較高,儲層平均溫度約為65℃。熱儲層壓力系數(shù)為1.0,為常壓熱儲系統(tǒng)。東營組地?zé)崴瘜W(xué)類型以Cl-Na型為主,地?zé)崴牡V化度為22 000 mg/L。該區(qū)東營組熱儲資源潛力較大,測算工區(qū)范圍資源量為2.1×108GJ,為經(jīng)濟(jì)性地?zé)豳Y源。
2.2 采灌井網(wǎng)模擬
依據(jù)南郊花園東營組熱儲層埋藏深度和厚度分布,建立了研究區(qū)東營組地?zé)岬刭|(zhì)概念模型,開展了數(shù)值模擬工作。該區(qū)熱儲層為常壓系統(tǒng),地?zé)嵛菜毓噍^為容易,可以設(shè)計較少的回灌井即可實現(xiàn)尾水全回灌。該區(qū)用熱量適中,單井采水量為70 m3/h可滿足生產(chǎn)需求。通過對地?zé)崴姆治龌灴芍?地?zé)崴^濾后水質(zhì)變化較小,回灌溫度較高,地?zé)嵛菜畬醿游镄杂绊戄^小。綜合考慮熱儲層及地?zé)崴男再|(zhì)特征,通過模擬確定了一采一灌的井網(wǎng)模式,采灌井距為300 m。該項目后期的高效同層回灌和地?zé)岱€(wěn)定供熱也說明了井網(wǎng)設(shè)計的合理性。
2.3 優(yōu)化的成井工藝
在國內(nèi)常規(guī)地?zé)峋删に嚨幕A(chǔ)上,創(chuàng)新提出了一種新的地?zé)峋删に?圖2)。全井采用二開成井結(jié)構(gòu)。一開采用444.5 mm直徑的鉆頭鉆至400 m,下入石油套管,不留口袋。二開采用311 mm直徑的鉆頭鉆穿目的層成井。400 m至目的儲層頂下入石油套管,其中包括篩管。下入套管時,帶有兩個管外封隔器和盲板,下完套管后,對主力熱儲層之上至400 m的套管位置進(jìn)行固井。目的熱儲層至井底采用篩管完井,各含水層之間用橡皮傘止水,井底留沉砂管。
以上改進(jìn)后的成井工藝有3方面的優(yōu)勢:①安裝封隔器和盲板可以有效防止固井對下部主力熱儲層的污染;②主力熱儲層之上采用固井的方式可以減少套管腐蝕,延遲套管壽命,同時還可以防治非儲層段由于出砂、出水而影響主力熱儲層出水量和出水溫度;③石油套管和全焊不銹鋼繞絲篩管可最大程度減緩井管腐蝕,提高其使用壽命。
2.4 創(chuàng)新的井口設(shè)置
回灌管線穿越完成以后,管線內(nèi)不可避免的攜帶垃圾,目前國內(nèi)回灌井口裝置不能對地?zé)嵛菜芫€進(jìn)行沖洗,不能直接進(jìn)行高壓風(fēng)機洗井。當(dāng)回灌壓力增大,回灌水量減少時,只能停止回灌,并需要拆卸井口設(shè)備,上作業(yè)隊下油管進(jìn)行洗井后才能再次進(jìn)行尾水回灌,費時費力且增大了成本。本次突破了傳統(tǒng)的井口設(shè)計模式,采用法蘭、球閥和旁通管線,充分考慮的生產(chǎn)實際,利用了尾水可在四通管道中流動思路,形成的新型井口裝置,不同方式的法蘭和球閥的開啟和關(guān)閉可以實現(xiàn)不同的功能。井口為密閉裝置,有效防止了外界氧氣進(jìn)入井中產(chǎn)生微生物?？梢圆徊鹦毒谠O(shè)備進(jìn)行高壓風(fēng)機洗井,通過旁通排放雜質(zhì),避免雜質(zhì)引起堵塞導(dǎo)致回灌量減少。新的井口裝置節(jié)約了工作時間,大大降低運營成本。
圖2 地?zé)峋删に嚪桨改Ｊ?/p>
2.5 完善的地上地?zé)崴幚硐到y(tǒng)
地上地?zé)崴幚硐到y(tǒng)主要包括兩部分,一是水氣分離裝置,另一個是硅藻土地?zé)崴^濾系統(tǒng)。
深井地?zé)岵沙龅責(zé)崴畷r有時會含有一定量的天然氣,特別是東營凹陷的很多地?zé)峋芯刑烊粴?地?zé)犴椖啃枰袣馑蛛x設(shè)備。目前,國內(nèi)水氣分離裝置均比較簡單,水氣分離效果不太理想,熱水進(jìn)入板換還需要外加壓力,且存在地?zé)崴绯鏊畾夥蛛x氣灌的安全隱患。本項目針對氣水分離存在的問題,攻關(guān)形成了一種智能型的深井水氣分離裝置。在罐體外設(shè)計了壓力變送器、帶控制系統(tǒng)的變頻器材等裝置,一方面可以隨時觀察罐體內(nèi)部水位,另一方面液位變送器為為旁通電動閥門提供信號,可以智能地控制罐體內(nèi)部的水位,既除去了深井地?zé)崴械奶烊粴夂湍嗌?也保證了機房設(shè)備的安全運行。
該項目充分利用了硅藻土具有多孔性、較低的密度、較大的比表面積、吸附能力強等特性,采用硅藻土作為過濾裝置的過濾介質(zhì),研發(fā)了可靠的ZL系列過濾裝置。裝置過濾精度高,超過了國家能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的過濾精度(小于5 μm)的要求。過濾系統(tǒng)過濾功能強大,不僅可以過濾地?zé)嵛菜械膽腋∥?還可以將部分微生物過濾掉,有效降低了地?zé)嵛菜毓喈a(chǎn)生的各種堵塞,為高效回灌奠定了基礎(chǔ)。
2.6 應(yīng)用效果
在山東東營地區(qū)南郊花園地?zé)犴椖恐?采用了地?zé)嵛菜母咝Щ毓喙ぷ魉悸?設(shè)計部署了地?zé)岵晒嗑W(wǎng),安裝了配套的水處理系統(tǒng)和井口裝置,經(jīng)過兩個地?zé)岵膳镜倪\行,實際回灌效果比較好。在地?zé)衢_采井開采量相同的情況下,地?zé)?井在2015年采暖季結(jié)束后水位降深約為13 m,2016年采暖季結(jié)束后水位降深約為18 m,自2018年1月5日開始回灌,截止3月15日累計回灌量為102 504 m3,平均回灌量為每小時70 m3,水位降深約為3 m,1-1井回灌有效遏制了水位降深下降的速度,回灌起到了良好的效果。2018年11月13日,南郊花園供暖系統(tǒng)開始運營,隨之回灌系統(tǒng)啟動,截至2019年3月15日,項目總回灌量達(dá)到883 000 m3,回灌量每小時達(dá)70 m3,回灌率達(dá)到100%,回灌效果良好,實現(xiàn)了該區(qū)域地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。經(jīng)測算,該項目供暖面積約33×104m2,可節(jié)約標(biāo)煤8 910 t,減排二氧化碳25 410 t。
形成的地?zé)嵛菜毓嗨悸吩跂|營龍居社區(qū)地?zé)峄毓囗椖恐幸策M(jìn)行了應(yīng)用。龍居社區(qū)位于東營市龍居鎮(zhèn)政府駐地西側(cè),2016年鉆探兩口地?zé)峋糜谛^(qū)供暖,總供暖面積10×104m2。采用了“一采一灌、同層回灌”的模式。2018年11月15至2019年3月15日,回灌量每小時達(dá)78 m3,采出水全部回灌至同一地層中,回灌率達(dá)到100%,回灌效果良好,有效解決了地?zé)嵛菜呐欧艈栴},實現(xiàn)了地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。經(jīng)測算,該項目可節(jié)約標(biāo)煤2 700 t,減排二氧化碳7 700 t,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3 結(jié)束語
山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用前景廣闊,但碎屑巖熱儲尾水高效回灌仍具有難度,還需要地?zé)峥碧焦ぷ髡呷スタ?。結(jié)合東營南郊花園地?zé)犴椖?形成了以“開展地?zé)岬刭|(zhì)研究、設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)、選取適合的成井工藝、優(yōu)選適合的井口裝置、設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)”為核心的碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?有效指導(dǎo)了山東東營地區(qū)地?zé)嵛菜毓?取得了良好的效果。自2012年以來,山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源得到了大力的開發(fā)和利用,也建成了一批有經(jīng)濟(jì)效益的地?zé)犴椖?保持了地?zé)衢_發(fā)利用高效發(fā)展的態(tài)勢。今后,只要堅持綠色、可持續(xù)發(fā)展的理念,以創(chuàng)新的思維和科學(xué)的工作,山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用定能在今后相對長的時間內(nèi)發(fā)揮較大的作用。
楊永紅,馬正孔,單聯(lián)生,王 琳,胡興中
(1.中石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院,山東東營257015;2.山東海利豐清潔能源股份有限公司,山東東營257015;3.中石化勝利油田分公司油氣勘探管理中心,山東東營257015)
地?zé)峄毓嗑褪前训責(zé)嵛菜?、常溫地下水等灌入熱儲?其目的主要是處理地?zé)釓U水、改善或恢復(fù)熱儲的產(chǎn)熱能力、保持熱儲的流體壓力并維持地?zé)崽锏拈_采條件。目前制約我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用的重要問題是地?zé)嵛菜幕毓嘈?由于地?zé)衢_采過程中的速敏、水敏等作用的影響,儲層的滲透性會發(fā)生變化,儲層滲流能力降低,導(dǎo)致地?zé)崴毓嘈式档?。如何確保在采水量滿足用熱需求的前提下維持儲層產(chǎn)熱能力和開采條件是目前保證地?zé)峥沙掷m(xù)開發(fā)利用的重要一環(huán)。近些年,針對碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜毓嗟确矫嬗幸恍┭芯窟M(jìn)展,主要是針對熱儲回灌堵塞機理及其防治、儲層滲流規(guī)律的數(shù)值模擬、地下熱水生產(chǎn)井與回灌井間距等方面,闡述了地?zé)嵛菜毓喽氯挠绊懸蛩?提出了一些應(yīng)對措施[1-5];但是,針對碎屑巖熱儲地?zé)峄毓嘌芯績H僅是單方面的,不夠系統(tǒng),缺乏全面工作思路和方法。地?zé)嵛菜咝Щ毓嗍且豁棌?fù)雜的、受多項因素影響的系統(tǒng)工程,每個環(huán)節(jié)的工作思路和質(zhì)量都影響最終的尾水回灌效率。本文以山東東營地區(qū)南郊花園供暖項目為例,針對碎屑巖熱儲,從地下地?zé)岬刭|(zhì)特征、地?zé)岵晒嗑W(wǎng)布局、鉆井成井工藝到地上配套水處理設(shè)備進(jìn)行分析,提出碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?在勝利油區(qū)地?zé)嵘a(chǎn)項目中進(jìn)行應(yīng)用,取得了良好的效果。推廣碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?對于提高尾水回灌率,降低地?zé)犴椖砍杀?減少尾水外排、降低大氣污染物排放具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會意義。
1 地?zé)嵛菜咝Щ毓嗨悸?/h2>
為達(dá)到地?zé)嵛菜咝Щ毓嗟哪康?針對每一個地?zé)崂庙椖?提出了“開展地?zé)岬刭|(zhì)研究、設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)、選取適合的成井工藝、優(yōu)選適合的井口裝置、設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)”的高效回灌工作思路,五個方面的工作缺一不可。
1.1 開展地?zé)岬刭|(zhì)研究
針對碎屑巖孔隙型熱儲需要開展的地?zé)岬刭|(zhì)研究工作較多,需要準(zhǔn)備的資料也較多,主要包括有地?zé)崽锏牡刭|(zhì)概況,已鉆探地?zé)峋纳a(chǎn)能力參數(shù),熱儲層的巖石學(xué)、幾何性質(zhì)、物性、儲存流體能力等參數(shù),熱流體性質(zhì)參數(shù)等。熱儲的地?zé)豳Y源大小決定了地?zé)犴椖康恼w效益,地?zé)崴|(zhì)好壞、地層出砂和高地層壓力系數(shù)都直接影響高效回灌。實際工作中應(yīng)結(jié)合研究區(qū)地?zé)衢_發(fā)利用階段,重點開展3個方面的工作:①進(jìn)行區(qū)帶地?zé)豳Y源評價;②開展熱儲層成巖作用、孔隙度、滲透率、熱儲溫度研究;③開展儲層壓力和水質(zhì)研究。
1.2 設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)
地?zé)岵伤?、回灌井之間的比例決定回灌水量的大小,地?zé)岵伤?、回灌井之間的距離影響回灌外加壓力的大小,為能確保地層溫度溫度不發(fā)生突破、盡可能施加較小的外部壓力實施回灌,設(shè)計科學(xué)合理的采灌井網(wǎng)必不可少。針對不同的熱儲類型,優(yōu)選合適的地?zé)釡囟?、壓力的模擬軟件,針對實際地?zé)峁┡娣e,設(shè)計不同的單井出水量,按照模擬的步驟,開展井網(wǎng)數(shù)值模擬工作。具體的模擬過程要特別注意2個方面:①要研究回灌水溫和礦化度的變化對熱儲層物性的影響,模擬時要采用受回灌水影響后的儲層的物性參數(shù);②采灌井網(wǎng)設(shè)計要和實際生產(chǎn)需求緊密結(jié)合,開展不同井網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)評價,優(yōu)選最合適、最經(jīng)濟(jì)的井網(wǎng)方案。
1.3 選取適合的成井工藝
目前,國內(nèi)針對碎屑巖孔隙型熱儲的成井工藝常見的小井眼自然坍塌成井、全井段固井射孔成井、大井眼投礫石成井等3大類,不同的成井工藝各有優(yōu)劣,要根據(jù)研究工區(qū)的地質(zhì)條件,選取并優(yōu)化已有的成井工藝。成井工藝的優(yōu)化要注重3個方面:①要能保證熱儲層得到有效保護(hù),不受污染;②要采出水量不受成井工藝的影響;③地?zé)岵伤突毓嗑坠?、篩管等管材的選取要考慮地?zé)崴母g性。
1.4 優(yōu)選適合的井口裝置
國內(nèi)地?zé)崴毓嗑谘b置主要考慮井口的水平、牢固性等方面因素,井口設(shè)計也不盡相同。井口裝置的不密封、井口裝置的拆卸會因空氣進(jìn)入而引起儲層的微生物堵塞和地?zé)崴箟?影響地?zé)嵛菜母咝Щ毓?。井口裝置的選擇應(yīng)選取井口密閉性高的,同時可監(jiān)測地?zé)崴疁囟?、流量、水位和壓力等參?shù)的。此外,井口裝置要有防噴裝置,后期方便進(jìn)行洗井等作業(yè)的進(jìn)行。
1.5 設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)
地?zé)峄毓辔菜袛y帶的懸浮物、泥沙、氣體和微生物會導(dǎo)致熱儲層堵塞,設(shè)計完備的地上尾水過濾系統(tǒng)是必不可少的。采用的地上水處理系統(tǒng)要能去除水中的泥沙和氣體、降低水中的懸浮物和微生物含量,達(dá)到國家地?zé)崮苄袠I(yè)的回灌過濾的要求。過濾系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計之前要進(jìn)行尾水水質(zhì)、含氣性、懸浮物含量、微生物含量等分析,依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計針對性的泥沙清除裝置、水氣分離裝置、粗過濾和精過濾設(shè)備。
2 應(yīng)用實例
山東東營地區(qū)南郊花園地?zé)犴椖繛橐焕蒙顚拥責(zé)峋┡捻椖?按照上述的碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?開展系統(tǒng)的研究工作,設(shè)計優(yōu)化相關(guān)設(shè)備,項目投產(chǎn)完成后,采出水換熱后全部回灌到目的儲層中,回灌效果良好。
2.1 地?zé)岬刭|(zhì)特征
南郊花園位于山東省東營區(qū)黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū),主要的地?zé)衢_發(fā)目的層系為古近系東營組,該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造上屬于濟(jì)陽坳陷東營凹陷南部斜坡陳官莊—王家崗斷裂構(gòu)造帶(圖1)。東營組熱儲層以砂巖、含礫砂巖為主,儲層厚度較大,累計厚度可達(dá)120 m。熱儲層比較發(fā)育,在區(qū)內(nèi)廣泛分布。
圖1 山東東營地區(qū)南郊花園東營組構(gòu)造位置圖
東營組儲層埋藏深度較大,儲層頂面埋藏深度一般為1 290～1 350 m。東營組熱儲層物性較好,儲層孔隙度為25% ～35%,滲透率為(400～800)×10-3μm2。儲層溫度較高,儲層平均溫度約為65℃。熱儲層壓力系數(shù)為1.0,為常壓熱儲系統(tǒng)。東營組地?zé)崴瘜W(xué)類型以Cl-Na型為主,地?zé)崴牡V化度為22 000 mg/L。該區(qū)東營組熱儲資源潛力較大,測算工區(qū)范圍資源量為2.1×108GJ,為經(jīng)濟(jì)性地?zé)豳Y源。
2.2 采灌井網(wǎng)模擬
依據(jù)南郊花園東營組熱儲層埋藏深度和厚度分布,建立了研究區(qū)東營組地?zé)岬刭|(zhì)概念模型,開展了數(shù)值模擬工作。該區(qū)熱儲層為常壓系統(tǒng),地?zé)嵛菜毓噍^為容易,可以設(shè)計較少的回灌井即可實現(xiàn)尾水全回灌。該區(qū)用熱量適中,單井采水量為70 m3/h可滿足生產(chǎn)需求。通過對地?zé)崴姆治龌灴芍?地?zé)崴^濾后水質(zhì)變化較小,回灌溫度較高,地?zé)嵛菜畬醿游镄杂绊戄^小。綜合考慮熱儲層及地?zé)崴男再|(zhì)特征,通過模擬確定了一采一灌的井網(wǎng)模式,采灌井距為300 m。該項目后期的高效同層回灌和地?zé)岱€(wěn)定供熱也說明了井網(wǎng)設(shè)計的合理性。
2.3 優(yōu)化的成井工藝
在國內(nèi)常規(guī)地?zé)峋删に嚨幕A(chǔ)上,創(chuàng)新提出了一種新的地?zé)峋删に?圖2)。全井采用二開成井結(jié)構(gòu)。一開采用444.5 mm直徑的鉆頭鉆至400 m,下入石油套管,不留口袋。二開采用311 mm直徑的鉆頭鉆穿目的層成井。400 m至目的儲層頂下入石油套管,其中包括篩管。下入套管時,帶有兩個管外封隔器和盲板,下完套管后,對主力熱儲層之上至400 m的套管位置進(jìn)行固井。目的熱儲層至井底采用篩管完井,各含水層之間用橡皮傘止水,井底留沉砂管。
以上改進(jìn)后的成井工藝有3方面的優(yōu)勢:①安裝封隔器和盲板可以有效防止固井對下部主力熱儲層的污染;②主力熱儲層之上采用固井的方式可以減少套管腐蝕,延遲套管壽命,同時還可以防治非儲層段由于出砂、出水而影響主力熱儲層出水量和出水溫度;③石油套管和全焊不銹鋼繞絲篩管可最大程度減緩井管腐蝕,提高其使用壽命。
2.4 創(chuàng)新的井口設(shè)置
回灌管線穿越完成以后,管線內(nèi)不可避免的攜帶垃圾,目前國內(nèi)回灌井口裝置不能對地?zé)嵛菜芫€進(jìn)行沖洗,不能直接進(jìn)行高壓風(fēng)機洗井。當(dāng)回灌壓力增大,回灌水量減少時,只能停止回灌,并需要拆卸井口設(shè)備,上作業(yè)隊下油管進(jìn)行洗井后才能再次進(jìn)行尾水回灌,費時費力且增大了成本。本次突破了傳統(tǒng)的井口設(shè)計模式,采用法蘭、球閥和旁通管線,充分考慮的生產(chǎn)實際,利用了尾水可在四通管道中流動思路,形成的新型井口裝置,不同方式的法蘭和球閥的開啟和關(guān)閉可以實現(xiàn)不同的功能。井口為密閉裝置,有效防止了外界氧氣進(jìn)入井中產(chǎn)生微生物?？梢圆徊鹦毒谠O(shè)備進(jìn)行高壓風(fēng)機洗井,通過旁通排放雜質(zhì),避免雜質(zhì)引起堵塞導(dǎo)致回灌量減少。新的井口裝置節(jié)約了工作時間,大大降低運營成本。
圖2 地?zé)峋删に嚪桨改Ｊ?/p>
2.5 完善的地上地?zé)崴幚硐到y(tǒng)
地上地?zé)崴幚硐到y(tǒng)主要包括兩部分,一是水氣分離裝置,另一個是硅藻土地?zé)崴^濾系統(tǒng)。
深井地?zé)岵沙龅責(zé)崴畷r有時會含有一定量的天然氣,特別是東營凹陷的很多地?zé)峋芯刑烊粴?地?zé)犴椖啃枰袣馑蛛x設(shè)備。目前,國內(nèi)水氣分離裝置均比較簡單,水氣分離效果不太理想,熱水進(jìn)入板換還需要外加壓力,且存在地?zé)崴绯鏊畾夥蛛x氣灌的安全隱患。本項目針對氣水分離存在的問題,攻關(guān)形成了一種智能型的深井水氣分離裝置。在罐體外設(shè)計了壓力變送器、帶控制系統(tǒng)的變頻器材等裝置,一方面可以隨時觀察罐體內(nèi)部水位,另一方面液位變送器為為旁通電動閥門提供信號,可以智能地控制罐體內(nèi)部的水位,既除去了深井地?zé)崴械奶烊粴夂湍嗌?也保證了機房設(shè)備的安全運行。
該項目充分利用了硅藻土具有多孔性、較低的密度、較大的比表面積、吸附能力強等特性,采用硅藻土作為過濾裝置的過濾介質(zhì),研發(fā)了可靠的ZL系列過濾裝置。裝置過濾精度高,超過了國家能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的過濾精度(小于5 μm)的要求。過濾系統(tǒng)過濾功能強大,不僅可以過濾地?zé)嵛菜械膽腋∥?還可以將部分微生物過濾掉,有效降低了地?zé)嵛菜毓喈a(chǎn)生的各種堵塞,為高效回灌奠定了基礎(chǔ)。
2.6 應(yīng)用效果
在山東東營地區(qū)南郊花園地?zé)犴椖恐?采用了地?zé)嵛菜母咝Щ毓喙ぷ魉悸?設(shè)計部署了地?zé)岵晒嗑W(wǎng),安裝了配套的水處理系統(tǒng)和井口裝置,經(jīng)過兩個地?zé)岵膳镜倪\行,實際回灌效果比較好。在地?zé)衢_采井開采量相同的情況下,地?zé)?井在2015年采暖季結(jié)束后水位降深約為13 m,2016年采暖季結(jié)束后水位降深約為18 m,自2018年1月5日開始回灌,截止3月15日累計回灌量為102 504 m3,平均回灌量為每小時70 m3,水位降深約為3 m,1-1井回灌有效遏制了水位降深下降的速度,回灌起到了良好的效果。2018年11月13日,南郊花園供暖系統(tǒng)開始運營,隨之回灌系統(tǒng)啟動,截至2019年3月15日,項目總回灌量達(dá)到883 000 m3,回灌量每小時達(dá)70 m3,回灌率達(dá)到100%,回灌效果良好,實現(xiàn)了該區(qū)域地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。經(jīng)測算,該項目供暖面積約33×104m2,可節(jié)約標(biāo)煤8 910 t,減排二氧化碳25 410 t。
形成的地?zé)嵛菜毓嗨悸吩跂|營龍居社區(qū)地?zé)峄毓囗椖恐幸策M(jìn)行了應(yīng)用。龍居社區(qū)位于東營市龍居鎮(zhèn)政府駐地西側(cè),2016年鉆探兩口地?zé)峋糜谛^(qū)供暖,總供暖面積10×104m2。采用了“一采一灌、同層回灌”的模式。2018年11月15至2019年3月15日,回灌量每小時達(dá)78 m3,采出水全部回灌至同一地層中,回灌率達(dá)到100%,回灌效果良好,有效解決了地?zé)嵛菜呐欧艈栴},實現(xiàn)了地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。經(jīng)測算,該項目可節(jié)約標(biāo)煤2 700 t,減排二氧化碳7 700 t,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3 結(jié)束語
山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用前景廣闊,但碎屑巖熱儲尾水高效回灌仍具有難度,還需要地?zé)峥碧焦ぷ髡呷スタ?。結(jié)合東營南郊花園地?zé)犴椖?形成了以“開展地?zé)岬刭|(zhì)研究、設(shè)計科學(xué)的采灌井網(wǎng)、選取適合的成井工藝、優(yōu)選適合的井口裝置、設(shè)計完備的地上水處理系統(tǒng)”為核心的碎屑巖孔隙型熱儲地?zé)嵛菜咝Щ毓喙ぷ魉悸?有效指導(dǎo)了山東東營地區(qū)地?zé)嵛菜毓?取得了良好的效果。自2012年以來,山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源得到了大力的開發(fā)和利用,也建成了一批有經(jīng)濟(jì)效益的地?zé)犴椖?保持了地?zé)衢_發(fā)利用高效發(fā)展的態(tài)勢。今后,只要堅持綠色、可持續(xù)發(fā)展的理念,以創(chuàng)新的思維和科學(xué)的工作,山東東營地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)利用定能在今后相對長的時間內(nèi)發(fā)揮較大的作用。
