沈云波,于曉明,劉 鋒,張家富,李 兵,魏攀峰
(1中石油長(zhǎng)慶油田分公司氣田開發(fā)處 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 3中石油長(zhǎng)慶油田儲(chǔ)氣庫(kù)管理處 4中石油長(zhǎng)慶油田采氣六廠 5中石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院 6中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·北京 7北京力會(huì)瀾博能源技術(shù)有限公司)
儲(chǔ)氣庫(kù)注采井是天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)體系中重要一環(huán),為庫(kù)內(nèi)氣體注采提供流動(dòng)通道[1]。儲(chǔ)氣庫(kù)注采井運(yùn)營(yíng)模式不同于常規(guī)氣井,需實(shí)現(xiàn)周期性注入和采出過程,井內(nèi)流體介質(zhì)具有雙向流動(dòng)特征[2]。生產(chǎn)中后期,氣井管柱在多周期交變應(yīng)力載荷影響下易發(fā)生氣竄、腐蝕等損害,需定期開展修井作業(yè)[3]。且特殊調(diào)控制度下僅注氣期可實(shí)施修井[4],導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)注采井修井期間地層壓力系數(shù)低但持續(xù)升高,井筒流體漏失控制與儲(chǔ)層保護(hù)要求同樣苛刻。
常規(guī)低壓氣井使用清水實(shí)施壓井,但衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采井注氣期地層壓力緩慢升高,井筒液柱壓力平衡困難,壓井易失敗。國(guó)內(nèi)外最早引入超細(xì)水泥[5]解決儲(chǔ)氣庫(kù)井氣層竄漏封堵,但類似永久性堵劑無(wú)法滿足地層后續(xù)注采能力恢復(fù)要求。使用凍膠[6]、固化水[7]等手段,滿足地層壓力升高時(shí)暫堵穩(wěn)定性要求,但作業(yè)后返排徹底困難,氣層傷害風(fēng)險(xiǎn)較高。可見,衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采井修井要求面對(duì)地層壓力動(dòng)態(tài)變化封堵效果穩(wěn)定,作業(yè)結(jié)束后暫堵結(jié)構(gòu)解除徹底,保證地層氣體雙向流動(dòng)能力快速恢復(fù)。
絨囊流體是在模糊封堵理論指導(dǎo)下開發(fā)的一種無(wú)固相封堵體系[8]。流體中不同尺度囊泡結(jié)構(gòu)在漏失壓差下進(jìn)入地層漏失通道,通過變形、堆積等模式分解漏失壓力后,利用巖石壁面摩擦力實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡,提高地層承壓能力[9]。已先后應(yīng)用煤層[10]、碳酸鹽巖[11]、致密砂巖[12]等多類型地層鉆完井[13]、修井[14]、儲(chǔ)層改造[15]等環(huán)節(jié)防漏堵漏,為多類型天然氣全面開發(fā)提供暫堵手段支撐。絨囊修井液是針對(duì)油氣井修井階段漏失控制開發(fā)的暫堵型流體,通過暫堵氣層漏失通道提供作業(yè)穩(wěn)定井筒環(huán)境,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井注氣期動(dòng)態(tài)暫堵。
在直徑38 mm、長(zhǎng)60 mm巖心柱塞中制作高度約0.1 mm、0.5 mm、0.8 mm,寬30 mm貫穿型不規(guī)則裂縫,模擬地層漏失通道。將柱塞放置于夾持器中,施加溫度120℃、圍壓20 MPa、出口回壓0.5 MPa,模擬地層環(huán)境。以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液注入裂縫。室內(nèi)絨囊修井液配方:2.5%囊層劑+1.2%絨毛劑+0.5%囊核劑+0.8%囊膜劑+0.1%氫氧化鈉,現(xiàn)場(chǎng)配制流體密度0.84~0.94 g/cm3,表觀黏度35~65 mPa·s,塑性黏度20~40 mPa·s,動(dòng)塑比0.80~1.20 Pa/mPa·s。
以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液注入裂縫至驅(qū)壓達(dá)20 MPa,記錄驅(qū)壓及出口流量,見表1。
表1中,絨囊修井液注入高0.1~0.8 mm的裂縫90~120 min后,驅(qū)壓升至21.75~21.85 MPa,出口累計(jì)流量升至38.06~50.43 mL后穩(wěn)定。
表1 含三種尺度裂縫高度的巖心柱塞驅(qū)壓與出口累計(jì)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液反向注入裂縫至驅(qū)壓達(dá)20 MPa后,控制出口回壓從0.5 MPa逐漸升至1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa,監(jiān)測(cè)驅(qū)壓、入口與出口液體流量等數(shù)據(jù),見表2。
表2中,三種高度裂縫出口回壓從0.5 MPa逐級(jí)升至2.5 MPa時(shí),入口累計(jì)補(bǔ)液量0.001~0.007 mL,出口未出液。
表2 含三種尺度裂縫高度的巖心柱塞驅(qū)壓與兩端進(jìn)出液量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
目前致密氣藏儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)方法多樣,選擇恒壓法開展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。以氮?dú)鉃榻橘|(zhì),恒定壓力1 MPa測(cè)定裂縫正反向氣測(cè)滲透率大小,正向注入絨囊修井液至驅(qū)壓達(dá)20 MPa后,卸除驅(qū)壓,反向驅(qū)替氮?dú)庵脸隹跓o(wú)液體流出,記錄氮?dú)鉂B透率大小。裂縫換向后重復(fù)滲透率測(cè)定步驟,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。
表3 含三種裂縫高度的巖心柱塞中絨囊返排前后雙向滲透率恢復(fù)數(shù)據(jù)
表3中,三種高度裂縫反向滲透率從812~3 475 mD恢復(fù)至774~3 381 mD,正向滲透率從969~3 132 mD恢復(fù)至902~3 016 mD,地層雙向滲透率恢復(fù)效果良好。
儲(chǔ)氣庫(kù)注采井S2X井完鉆井深約3 500 m,生產(chǎn)后期轉(zhuǎn)為儲(chǔ)氣庫(kù)注采井。至2016年氣井地層壓力系數(shù)0.59,井口油套壓力20.6 MPa,計(jì)劃修井。修井期間附近鄰井連續(xù)注氣,預(yù)計(jì)30 d地層壓力增加1 MPa。先期泵入清水約400 m3,泵壓為0且無(wú)法返液??紤]衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)井儲(chǔ)層保護(hù)苛刻,更換密度0.90 g/cm3的絨囊修井液,以600~700 mL/min反循環(huán)注入共90 m3,泵壓升至3 MPa,繼續(xù)反循環(huán)泵入15 m3后油管返液,壓井成功。后續(xù)21 d修井作業(yè)累計(jì)補(bǔ)充絨囊修井液約35 m3,平均漏速低于0.25 m3/h。修井結(jié)束后連續(xù)氣舉1 d,地層液體返排率達(dá)96%,后續(xù)氣井注采能力恢復(fù)順利。
儲(chǔ)氣庫(kù)注采井G2Y井人工井底約3 550 m,2003年地層壓裂酸化后投產(chǎn),地層壓力系數(shù)0.69,日產(chǎn)氣穩(wěn)定在20×104m3,計(jì)劃修井。修井期間附近3口氣井持續(xù)注氣導(dǎo)致地層壓力緩慢升高,使用絨囊修井液實(shí)施暫堵。以400~500 mL/min反循環(huán)泵注密度0.90 g/cm3絨囊修井液55 m3后,井口套壓降至0。繼續(xù)反循環(huán)泵入110 m3后,泵壓升至5 MPa,開井觀察5 h,井口無(wú)壓力顯示。后續(xù)共計(jì)35 d修井作業(yè)累補(bǔ)充絨囊修井液60 m3,控制平均漏速低于0.50 m3/h。修井結(jié)束后氣舉1 d后地層液體返排率近95%,關(guān)井7 d產(chǎn)氣能力恢復(fù)至作業(yè)前水平。
以驅(qū)壓、出口累計(jì)流量表征暫堵結(jié)構(gòu)堆積效果,分析絨囊修井流體暫堵3種高度裂縫效果,如圖1。
圖1 三種高度裂縫中絨囊流體注入驅(qū)壓與出口累計(jì)流量隨時(shí)間變化圖
圖1中,伴隨絨囊修井液注入,驅(qū)壓先緩慢升高再快速爬升,出口累計(jì)流量先快速升高后放緩至穩(wěn)定不變。實(shí)驗(yàn)中裂縫長(zhǎng)度60 mm、驅(qū)壓升至20 MPa用時(shí)90~120 min,計(jì)算平均增壓速率0.003~0.004 MPa/(min·mm)。以氣井地層裂縫有效半徑100 m、泵排量500 L/min計(jì)算,高0.1~0.8 mm的裂縫承壓升至20 MPa需0.3~0.4 min,絨囊修井液封堵地層快速?,F(xiàn)場(chǎng)S2X、G2Y井反循環(huán)注入地層絨囊修井液19 m3、89 m3后泵壓升高3~5 MPa,計(jì)算地層承壓幅度13.85 MPa、12.46 MPa,封堵地層有效。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)中回壓增大時(shí),裂縫驅(qū)壓、進(jìn)口累計(jì)補(bǔ)液、出口累計(jì)出液量等參數(shù)變化規(guī)律,如圖2。
圖2 三種尺度裂縫中承壓能力隨回壓變化曲線
圖2中,回壓從0.5 MPa逐級(jí)升至2.5 MPa,驅(qū)壓增幅0.47~0.53 MPa,兩端壓差變化幅度小于0.05 MPa,承壓穩(wěn)定。期間,裂縫入口累計(jì)補(bǔ)液量0.005~0.007 mL,出口無(wú)液量流出,凈補(bǔ)液量0.005~0.007 mL,占已注入流體總體積0.1%~0.3%。實(shí)驗(yàn)表明,地層壓力升高時(shí),裂縫補(bǔ)充少量絨囊修井液后維持承壓穩(wěn)定?,F(xiàn)場(chǎng)S2Y井、G2X井暫堵后21~35 d修井期間,面對(duì)附近氣井連續(xù)注氣致地層壓力升高1~3 MPa,囊泡結(jié)構(gòu)緩慢自降解降低承壓強(qiáng)度等變化,間斷補(bǔ)充絨囊修井液35 m3、60 m3后,有效控制氣井平均漏速低于0.50 m3/h,封堵效果穩(wěn)定??梢?,絨囊修井液在衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采井修井中承壓穩(wěn)定,且通過補(bǔ)液措施可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)封堵。
以實(shí)驗(yàn)中裂縫正反向滲透率恢復(fù)率分別表征注氣通道、產(chǎn)氣通道恢復(fù)效果,如圖3。
圖3 三種高度裂縫正/反向滲透率恢復(fù)率分布圖
圖3中,三種高度裂縫反向滲透率恢復(fù)率95.32%~97.29%,正向滲透率恢復(fù)率93.09%~96.30%,均大于90%,表明裂縫雙向氣體流動(dòng)能力恢復(fù)快速?,F(xiàn)場(chǎng)S2X井、G2Y井修井后地層流體返排率超過94%,修井前日注氣量均值65×104m3,日產(chǎn)氣量均值32.7×104m3,修井后日注氣量均值73.4 m3,日產(chǎn)氣量均值31.9×104m3,恢復(fù)效果良好,絨囊修井液保護(hù)地層氣體雙向流動(dòng)能力效果突出。
(1)絨囊修井液通過在漏失通道中形成連續(xù)暫堵結(jié)構(gòu)分解漏失壓力,實(shí)施暫堵。通過控制暫堵結(jié)構(gòu)半徑調(diào)整封堵強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)壓力變化環(huán)境中動(dòng)態(tài)封堵效果,滿足儲(chǔ)氣庫(kù)注采井注氣期修井作業(yè)漏失控制與儲(chǔ)層保護(hù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的要求。
(2)動(dòng)態(tài)暫堵技術(shù)通過調(diào)控地層中絨囊流體體積,調(diào)整暫堵結(jié)構(gòu)半徑,實(shí)現(xiàn)暫堵結(jié)構(gòu)自降解時(shí)暫堵強(qiáng)度動(dòng)態(tài)恢復(fù)效果,保留無(wú)固相堵劑儲(chǔ)層保護(hù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),解決了體系暫堵強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差的難點(diǎn),為無(wú)固相封堵手段發(fā)展打開了新局面。
(3)絨囊流體暫堵用量及承壓強(qiáng)度,不僅僅與地層壓力相關(guān),還與地層通道尺度、泵注參數(shù)等因素相關(guān),下一步需研究承壓強(qiáng)度與地層、壓力、工藝等因素間定量關(guān)系,指導(dǎo)工藝優(yōu)化,進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)封堵技術(shù)應(yīng)用效果。