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        “裂縫型”氣藏儲氣庫鉆井工程方案設(shè)計(jì)
        ——以銅鑼?shí){儲氣庫為例

        2021-09-28 14:21:12楊華建
        天然氣勘探與開發(fā) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:開鉆銅鑼儲氣庫

        羅 增 曹 權(quán) 楊華建 濮 強(qiáng)

        1. 中國石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 2. 中國石油西南油氣田公司重慶氣礦

        0 引言

        世界上天然氣主要的儲存方式包括氣藏儲氣庫、油藏儲氣庫、鹽穴儲氣庫、CNG[1-5]。作為主要的儲氣庫建設(shè)方式,枯竭氣藏改建儲氣庫具有建設(shè)成本大、建設(shè)周期長、存儲更安全且能大幅度提升老氣田服役壽命的特點(diǎn)[3]。四川盆地銅鑼?shí){氣田主要產(chǎn)層為上二疊統(tǒng)長興組,含硫化氫且儲層裂縫發(fā)育,經(jīng)過多年開發(fā),儲層壓力系數(shù)已降至0.14,為緩解川渝地區(qū)保供壓力,擬在2022年全面開建為銅鑼?shí){儲氣庫,但該種“裂縫型”儲氣庫在建庫過程中有可能發(fā)生嚴(yán)重漏失,在國內(nèi)建設(shè)碳酸鹽巖裂縫型儲氣庫尚屬首次,無現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)借鑒。國內(nèi)“孔隙型”砂巖呼圖壁儲氣庫和“孔隙型”碳酸鹽巖相國寺儲氣庫的成功建設(shè),已驗(yàn)證了孔隙型壓力虧空與是否產(chǎn)生漏失不具有相關(guān)性。但“裂縫型”儲層壓力虧空是否會導(dǎo)致鉆井漏失,以及在含硫情況下的安全鉆井等關(guān)鍵技術(shù)尚無可借鑒經(jīng)驗(yàn),亟待通過區(qū)域鉆井技術(shù)梳理、安全鉆井技術(shù)攻關(guān)形成“裂縫型”儲氣庫鉆井工程方案[4-5]。

        1 儲層特征

        銅鑼?shí){上二疊統(tǒng)長興組主要為一套淺海碳酸鹽臺地相沉積,沉積厚度100 m左右。巖性主要為石灰?guī)r、生物屑石灰?guī)r夾少量燧石結(jié)核石灰?guī)r,局部具弱白云化作用,泥質(zhì)含量一般小于10%,重結(jié)晶作用較強(qiáng)。

        據(jù)巖心、巖屑資料分析,銅鑼?shí){長興組儲層的儲集空間以裂縫為主,洞穴、生物鑄??住⑷芸?、晶間孔等均較少(表1),屬典型的裂縫型儲層[6-7]。

        表1 銅鑼?shí){長興組巖心縫洞統(tǒng)計(jì)表

        裂縫類型主要為構(gòu)造縫、溶蝕縫、壓溶縫。構(gòu)造縫主要為中、小斜縫,多呈X型,常見局部被溶蝕成不規(guī)則網(wǎng)狀及分枝狀,呈全充填或半充填;壓溶縫呈鋸齒狀,多被泥質(zhì)充填,局部被溶蝕擴(kuò)大后被充填或半充填;溶蝕縫多呈網(wǎng)狀、分枝狀,局部密集分布,多被方解石充填或半充填,部分為構(gòu)造、壓溶縫溶蝕改造形成。天口場潛高軸部的巖石破裂系數(shù)K值介于1.351~1.426,屬Ⅰ級裂縫。

        2 井身結(jié)構(gòu)方案

        針對裂縫發(fā)育儲層儲氣庫注采井,考慮既往老井銅4井鉆井過程中復(fù)雜情況及必封層位[8-11],合理確定套管必封點(diǎn),優(yōu)化形成注采井井身結(jié)構(gòu)。

        2.1 鉆井難點(diǎn)及要求

        明確了銅鑼?shí){儲氣庫注采井鉆井難點(diǎn)主要在3個方面:①下侏羅統(tǒng)自流井組、上三疊統(tǒng)須家河組、下三疊統(tǒng)嘉陵江組等相對低壓地層和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組斷層發(fā)育,地層井漏頻發(fā);②且裂縫系統(tǒng)十分發(fā)育,易發(fā)生惡性井漏;H2S含量439 mg/m3,無法采用空氣鉆井;③儲氣庫運(yùn)行周期長(一般為30~50年),注采井要求強(qiáng)注強(qiáng)采,并且周期循環(huán),因此對生產(chǎn)套管的強(qiáng)度和固井質(zhì)量要求高。

        針對以上鉆井工程難點(diǎn),需在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、優(yōu)選鉆井液體系和固井工藝等方面開展針對性工作,形成適合低壓低滲枯竭型儲氣庫的鉆井工程設(shè)計(jì)方案。

        2.2 必封點(diǎn)分析

        根據(jù)鉆井難點(diǎn)分析,儲氣庫新鉆井的有4個必封點(diǎn):①導(dǎo)管處,封隔淺層浮土、地表竄漏層;②自流井組易垮、漏失,故須家河組頂需下一層套管封隔;③由于嘉陵江組存在區(qū)域漏層,飛一段可能鉆遇高壓水層,嘉一段頂需下一層套管;④由于長興組地層壓力系數(shù)低,裂縫發(fā)育,漏失風(fēng)險(xiǎn)大,應(yīng)考慮儲層專打,因此飛一段底為必封點(diǎn)。

        2.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        對應(yīng)井身結(jié)構(gòu)如下:① 導(dǎo)管由?660.4 mm鉆頭鉆至50~70 m后,下?508 mm導(dǎo)管,封隔地表竄、漏層;②第一次開鉆由?444.5 mm鉆頭鉆至須家河組頂,下?339.7 mm表層套管,封隔上部自流井組漏、垮層;③第二次開鉆由?311.2 mm鉆頭鉆至嘉一段頂,下?244.5 mm技術(shù)套管,封隔上部漏、垮層;④第三次開鉆由?215.9 mm鉆頭鉆至飛一段底,下?206.4 mm(井口200 m)+?177.8 mm復(fù)合生產(chǎn)套管,封隔飛仙關(guān)組相對高壓層、水層,為儲層鉆井專打創(chuàng)造條件,并采用管外封隔器提高固井質(zhì)量;⑤第四次開鉆由?149.2 mm鉆頭鉆至完鉆井深,懸掛?127 mm篩管(表2)。

        表2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表

        3 儲層安全鉆井技術(shù)方案

        3.1 可酸溶防漏堵漏技術(shù)

        縫洞是儲層主要的滲流空間,鉆完井過程中漏失復(fù)雜多發(fā),導(dǎo)致嚴(yán)重的固相顆粒傷害。而且絕大部分固相造成的損害無法酸化解除,裂縫性儲層鉆井過程中,技術(shù)難點(diǎn)是鉆井過程的儲層漏失。通過調(diào)研國內(nèi)外防漏堵漏技術(shù)[12-14],結(jié)合儲氣庫強(qiáng)注強(qiáng)采對儲層保護(hù)要求,優(yōu)選了可酸溶纖維防漏堵漏技術(shù)。

        可酸溶纖維的主要成分是改性聚乳酯纖維,可為球形,片狀,粉狀和纖維狀。粒徑分布為10~3 mm,可根據(jù)油氣層孔吼特征優(yōu)化配方。通過人造裂防漏堵漏縫試驗(yàn),調(diào)整可酸溶封堵劑長度和濃度,可以成功封堵裂縫寬度為0.5~3.0 mm的裂縫通道,承壓能力至少5 MPa以上(表3)。根據(jù)儲層埋深和承壓能力測算,能將銅鑼?shí){儲氣庫儲層壓力系數(shù)由0.14提高到0.25。

        表3 試驗(yàn)可酸溶纖維堵漏漿推薦配方參數(shù)表

        3.2 儲層安全鉆井液方案

        通過壓力系數(shù)與井底ECD匹配關(guān)系,針對裂縫—縫洞儲層特征[15],結(jié)合優(yōu)選的防漏堵漏技術(shù),形成了低密度聚合物(聚磺)鉆井液+可酸溶纖維防漏堵漏技術(shù),鉆進(jìn)中應(yīng)做好防漏堵漏與鹽膏層封堵防塌工作。

        自流井組以上巖性為泥頁巖及砂巖,地層傾角大(銅12井達(dá)到75°),防止應(yīng)力垮塌和水化垮塌;須家河組—飛仙關(guān)組巖性為砂巖、頁巖及石灰?guī)r含石膏,應(yīng)強(qiáng)化鉆井液抑制性、封堵性,同時考慮防H2S污染。長興組氣藏為裂縫性氣藏,要強(qiáng)化鉆井液封堵性。推薦第一次開鉆采用無固相鉆井液,第二次開鉆采用聚合物鉆井液,第三次開鉆至第五次開鉆采用聚磺鉆井液(表4),裂縫發(fā)育地層需配合使用可酸溶纖維防漏堵漏技術(shù)。

        表4 鉆井液方案設(shè)計(jì)表

        4 固井方案

        4.1 套管選擇

        儲氣庫注采氣量大,對螺紋的氣密封性能要求高,普通標(biāo)準(zhǔn)螺紋套管不能滿足儲氣庫注采井生產(chǎn)套管的需求。因此,生產(chǎn)套管設(shè)計(jì)采用金屬與金屬密封的特殊螺紋扣型,具有較好的氣密封性能,以滿足儲氣庫注采井服役要求[16-18]。同時,嘉陵江組、飛仙關(guān)組氣藏基本都含有H2S,因此技術(shù)套管和油層套管、儲層段篩管都應(yīng)選用抗硫管材[19-21]。推薦 選材如表5所示。

        表5 套管選型方案一覽表

        4.2 固井方式及套管串結(jié)構(gòu)方案

        為滿足儲氣庫注采井長期安全生產(chǎn)需要,固井質(zhì)量是重點(diǎn),借鑒相國寺儲氣庫固井技術(shù)成果并結(jié)合銅鑼?shí){儲氣庫特點(diǎn)[22],推薦采用以下固井配套工藝技術(shù):①扶正器類型和位置優(yōu)選技術(shù);②漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) ;③雙膠塞固井技術(shù);④韌性水泥;⑤套管氣密封檢測;⑥管外封隔器防氣竄技術(shù)。各層套管固井方式及套管串結(jié)構(gòu)方案如表6所示,為保證套管固井質(zhì)量,需要做好地層承壓試驗(yàn),若井漏,必須堵漏,以提高地層的承壓能力。通井并努力消除嚴(yán)重狗腿,使井眼軌跡平滑;最后一次通井到底分段循環(huán)帶干凈井內(nèi)巖屑后,視摩阻情況在斜井段加入一定數(shù)量的固體潤滑劑,并調(diào)整好鉆井液性能;通井起鉆時按規(guī)定堅(jiān)持灌滿井筒鉆井液,保證井壁穩(wěn)定。

        表6 固井方式及套管串結(jié)構(gòu)方案一覽表

        5 結(jié)論

        1)含硫、低壓“裂縫型”碳酸鹽巖儲氣庫,方案設(shè)計(jì)中對井身結(jié)構(gòu)、鉆井漏失、固井質(zhì)量要求高。

        2)針對銅鑼?shí){儲氣庫,二開套管封隔自流井組有利于避開上部地層漏失,實(shí)現(xiàn)下部地層安全鉆進(jìn),避免噴漏同存;三開套管封隔高壓水層有利于實(shí)現(xiàn)下部儲層段儲層專打。

        3)與“孔隙型”砂巖儲氣庫相比,碳酸鹽巖儲層裂縫更發(fā)育,存在極大的漏失污染儲層風(fēng)險(xiǎn),通過采用可酸溶纖維防漏堵漏技術(shù)提高地層承壓能力,有利于減少鉆井過程中儲層漏失,避免儲層污染。

        4)選擇滿足儲氣庫注采井安全生產(chǎn)的氣密封扣抗硫套管及韌性水泥漿固井工藝,能夠增加水泥漿彈性,除去水泥環(huán)與套管間的微環(huán)隙,提高長期防竄能力,通過提高水泥石韌性,可實(shí)現(xiàn)儲氣庫注采井的長期注采。

        5)由于低壓含硫裂縫型儲氣庫在國內(nèi)建設(shè)無可經(jīng)驗(yàn)可供參考,形成的鉆井工程方案設(shè)計(jì)需通過儲氣庫鉆井實(shí)施來驗(yàn)證,應(yīng)實(shí)時優(yōu)化方案以確保儲氣庫安全建設(shè)。

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