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气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索

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气体 钻井 应用于 致密 砂岩 开发 思索
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第32卷第4期 2 钻 采 工 艺 5· 气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索 吴志均 ,周春梅 ,唐红君 (1中国石油勘探开发研究院廊坊分院2西南油气田分公司川中矿区) 吴志均等.气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索,22(4):5—7 摘要:致密砂岩气藏是非常重要的非常规油气资源,其储层致密、孔喉细小、黏土改造作用强、强亲水且原 始水饱和度低;采用钻井液钻开储层可能造成较为严重损害,且难以解除,严重影响气井产能。气体钻井是保护该 类储气层的最有效技术,可以获得高的产能。我国在应用该技术开发致密砂岩气藏中取得较好的效果,但是部分 井的效果差,甚至发生井下复杂情况。由于断层、透镜体和裂缝的作用使得气藏非均质性强,为充分发挥气体钻井 的优势,应开展气藏精细描述,综合分析储层发育的主控因素,建立高渗富集区分布模式,优选井位和井身轨迹,这 是气井高产稳产的物质基础。由于气体钻井与常规钻井有较大差异,需要做好气体钻井的工程可行性论证,气体 钻井和完井一体化设计来实现有效保护气层且投产快;并根据其技术特点加强现场组织实施工作,以达到在安全 顺利条件下获得高产气量。 关键词:致密砂岩气藏;气体钻井;非均质性;高渗富集带;工程可行性 中图分类号:42.9 文献标识码:A 0.3969/j.006—768x.23.002 气体钻井开发致密砂岩气藏的关键不仅在于做 好气体钻井的工程论证和施工,而且要与低渗气藏 储层综合表征技术相结合,钻到高渗富集带,充分发 挥它能提高单井产量的优势。 一、致密砂岩气藏的特征及气体 钻井对储层的保护作用 1.致密砂岩气藏地质特征 1.1储层的低孔低渗性 致密砂岩气藏储集层孔隙有粒间孔隙、次生孔 隙、微孔隙和裂缝四种基本类型,且都具有孔隙连通 小、喉道细的特征,一般喉道小于2 m。泥质含量 高,伴生大量自生黏土。常规实验室测定的气体渗 透率与实际储集层条件下的渗透率差别很大,要尽 量模拟地层条件测定其渗透率。 1.2储层的强亲水性和低原始水饱和度 黏土一方面增加骨架颗粒表面粗糙度,减小润 湿接触角,储层普遍表现为强亲水特征;另一方面它 对喉道的分割作用形成大量的微细孔喉,导致了岩 石致密化,成岩致密化和黏土矿物对孔喉空间的分 割使得该类气藏的束缚水饱和度较高(50%~ 70%);而成藏过程的各种地质作用以及黏土矿物 形成过程对原生孔隙水的消耗则降低该类气藏原始 水饱和度(30%~40%)。强亲水性加上低的原始 水饱和度使得气藏在接触外来水相时具有强的毛细 管自吸势能。 1.3储层的非均质性强 致密砂岩气藏储层的非均质性表现在两个方 面:一是透镜体和断层构造因素作用使储层在厚度 上分布不均匀;一是由于裂缝和成岩后期作用改善 储层的孔渗性,使得孔渗性具有不均匀性。只有高 的孔渗性与足够的储层厚度相匹配,才能形成高渗 富集带。 2.致密砂岩气藏钻完井储层损害特征 钻完井对致密砂岩气藏储层损害的主要特征 为:①固相堵塞损害:固相颗粒侵入砂岩孔隙的深度 较浅,但可以侵入裂缝的深部,堵塞裂缝及裂缝网 络,使裂缝渗流能力大幅降低,甚至完全堵死;②液 相损害:一是造成水锁损害,液相不仅在正压差作用 下侵入气层,而且即使负压差时在毛细管自吸效应 作用下也可侵入气层,更为值得注意的是含水饱和 度的小幅度增加,就可造成致密储层气相渗透率显 著降低,甚至接近或等于零;二是液相与黏土发生不 配伍反应,导致水敏、碱敏等敏感性损害;③应力敏 感性损害:以裂缝的应力敏感损害为主。在过平衡 钻井过程中,正压差使裂缝张开,固、液相得以大量 收稿日期:2009—02一回日期:22 作者简介:吴志均(1964一),高级工程师,主要从事钻完井技术研究,中国石油勘探开发研究院廊坊分院海外工程中心。地址:(065河北省廊坊市44号信箱海外工程中心,电话:叭0—69213155,E—163.6· 钻 采 工 艺 009年7月 009 侵入;起下钻引起的压力激动也将引起裂缝内侵入 固相的重复压实和堵塞。欠平衡钻井中,裂缝趋于 闭合,渗流能力降低,钻开储层时就采取有效的储层 保护措施,以确保气藏高效勘探开发。 3.气体钻井对储层保护作用 气体钻井利用氮气、天然气、二氧化碳等气体作 为钻井循环介质,从根本上避免了常规钻井技术发 生储层损害的物质基础。它不仅避免了固相堵塞和 液相侵入引起的敏感性损害,而且还彻底克服了钻 井液滤液侵入引起的水锁损害,有效保护了基块孔 隙和裂缝。钻进过程中地层流体迅速流入井筒,可 为及时发现和准确评价油气层提供最直接的地质信 息,同时避免井漏和压差卡钻等井下复杂情况的发 生。钻开储层后通常采用裸眼完井,避免了固井、射 孔和增产带来的二次损害和作业施工费用,还能够 提高钻速,缩短建井周期,降低作业成本。 二、气体钻井在致密砂岩气藏 开发应用情况及分析 现将我国气体钻井技术应用于致密砂岩气藏开 发的情况列为表1,并可以得到三点初步认识:①气 体钻井可以获得高的产气量,其产量是同构造井的 几至几十倍,并高于加砂压裂增产后的产量;②一些 井没有见到高的产气量,甚至仅产微气;③由于地层 出水、垮塌,发生卡钻等复杂情况,无法继续进行气 体钻井,只能转换为钻井液钻井。 下面就体钻进过 程中利用综合录井仪对气体组分进行监测,其综合 测井解释成果数据见表2。在钻穿几个差或含气层 时,甲烷和全烃含量仅有小幅度上升,且随着钻进的 进行,甲烷和全烃含量又降低至零;这说明这些差或 含气层不仅产气量低,而且产气时间非常有限;当钻 穿裂缝孔隙性气层后,不仅甲烷和全烃含量迅速上 升56%左右,而且一直保持在此水平;氮气钻井的 注入气量约为8.6×10 m /d,这样就可推算出该气 层的产气量约为×1O m /d。在随后气体钻进 过程中扭矩大幅度上升,憋停顶驱;悬重也上升,反 复活动无效,卡钻事故发生;此时立压上升,后分析 卡钻是地层出水所至的。通过上述分析表明:由于 致密砂岩气藏具有强的非均质性,只有高渗富集带 才可能形成高产量,这是高产气井的物质基础,所以 井位和井身轨迹优选尤其重要。在实施气体钻井过 程中地层出水和垮塌可能引起井下复杂情况,导致 无法继续实施气体钻井,需进行气体钻井的工程可 行性性论证。 表1 气体钻井开发致密砂岩气藏的典型应用情况表 井号 主要情况 主要结果 白马庙构造侏罗系蓬 完井测试产量为6.85 莱镇组,先用柴油机 ×10 m /d,是同构造 似井的8.25倍以 尾气后用天然气,水 平段长225 m 上,它比同井场压裂增 产后产量还高 平落坝潜伏构造须家 原钻具环空测试测试, 河组须二段,长期开 在流动压力为 采后储层压力梯度仅 14.84.800m.3696 气产量47.27×10 m / —37印.71d,远高于同构造其它 气钻井 井初始产量 测试产量为4.6×10 荷包场构造须家河 m /d,未使用气体钻井 ,天然气钻井 技术前,该区块没有获 得工业性气流 测试天然气产量为 荷包场构造须家河 3.77×10 m /d,并且 ,氮气钻井 首次在区块测试原油 产量为18m /d 鄂尔多斯盆地大牛 环空测试产量为(6— 地气田石盒子和山 8)×l0 m。/d,是邻井 西组,2600—2803 m 井段氮气钻井 产量的三倍左右 大邑背斜须家河组, 环空测试产量为1O× 652.26~4775.45 m 10 m。/d,但因卡钻转 井段氮气钻井 化为钻井液钻井 白马庙构造侏罗系 蓬莱镇组,1046~ 因地层出水,几次发生 钻,后转换为液体欠 1078.8O 钻井 平衡钻井 邛西构造浅层气评 井,2078.50~2183 仅产微气 尔多斯盆地石盒 因地层出水,垮塌严 4~4 子组,2262 m 重,转换为常规钻井液 井段氮气钻井 钻井 新场构造沙溪庙组, 410—2587.28 产微气 然气钻井 三、气体钻井应用于致密砂岩 气藏开发的研究 1.加强气藏地质研究,开展气体钻井的地质可行性 论证 气体钻井技术只能有效保护气层,但不能改造 气层,高渗富集带是高产的物质基础,这就需要加强 第32卷第4期 2 钻 采 工 艺 7· 表2测井解释成果数据表 井深 D C 释 序号 (m) n·m) (Q·m) ( s/(%) (g/ (%) 结果 1 4656.5~4672.5 55 65 53 63 3 2.52 11 差气层 2 4675.0~4681.5 56 68 56 62.5 3.5 2.48 7 差气层 3 469O.0~4703.0 69 80 63 60 3.6 2.49 11 含气层 4 4704.7~4718.0 61 83 70 60~75 2.5~9 2.26~2.48 9 差气层 5 4720.O~4724.5 63 68 57 60 2.5 2.55 9 含气层 6 4724.5~4736.0 51 28~93 23~69 6O~73 2,5~6 2.25~2.45 6 裂缝孔隙性气层 气藏综合地质评价和研究,利用多种技术手段确定 高渗富集带的展布。为此需要应用高分辨率层序地 层学原理等多种地质技术,建立储层各级别的等时 地层格架,结合地质、测井和地震,确定不同的沉积 微相组合;利用测井、测试、地震相干数据切片,对小 层的砂体展布和沉积微相进行描述和标定,综合分 析储层发育的主控因素,建立高产富集区分布模式; 应用多井约束、多井标定、逐井外推的方法,优选开 发层位和井位,如果有可能采用大斜度井或水平井 来增加气层暴露面积,还需要优化井身轨迹;更为重 要的是要预测气井产量,进行初步经济评价。 2.做好可行性论证。气体钻井和完井一体化设计 由于气体钻井在控制地层压力、地层流体流入 能力等方面存在不足,利用测井、岩石力学等技术判 断地层稳定性和出水的可能性,由此评价气体钻井 的工程可行性,选择合适的气体钻进段。在此基础 上确定合适的注气量及设备,按照气体钻井要求做 好井身结构、井控装置、气体钻井施工参数和工艺、 储备钻井液、按不压井 完井要求做好完井、投产工艺的设计,以有效保护气 层且投产快;预算施工周期和费用,进行经济评价。 3.加强气体钻完井的组织、协调和现场试验工作 气体钻井的井控、安全工作更为重要,实施时间 短,需要加强组织协调,并及时决策。主要组织协调 工作有:①如果采用天然气钻井,协调天然气供应和 保障;②提供消防和医疗保障,并按照要求做好防火 防毒演习工作;③如采用地质导向钻水平井,地质和 工程人员进行预钻的井身轨迹预测,并及时监测和 调整井身轨迹;④根据现场实施情况,及时终止气体 钻井;⑤利用钻开气层测试产气量大小,确定合适的 完井方式,尽快投产,并将天然气输送到管网。 四、结束语 我国致密砂岩气藏资源丰富,开发难度大;随着 气藏精细描述等技术的发展,预测高渗富集带展布 的准确度越来越高,气体钻井工艺技术日臻完善,它 在开发致密砂岩气藏的作用越来越重要。设计和实 施过程中,要由地质、钻井、开采和成本核算人员共 同完成,充分发挥气体钻井提高单井产能优势,加强 地质论证和评估工作。当然,气体钻井也会在异常 低压油气藏和强水敏油气藏开发中发挥重要作用。 参考文献 [1]李皋,孟英峰,唐洪明,等.气体钻井高效开发致密砂岩 气藏[J].天然气工业,2007,27(7):59—62. 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