火山巖氣藏采氣工藝及方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李文魁劉巖周廣厚王云曹光強(qiáng)吳曉東

1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油天然氣工程學(xué)院

火山巖氣藏采氣工藝及方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李文魁1劉巖1周廣厚1王云1曹光強(qiáng)1吳曉東2

1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油天然氣工程學(xué)院

李文魁等.火山巖氣藏采氣工藝及方案設(shè)計(jì)要點(diǎn).天然氣工業(yè),2010,30(2):58-60.

火山巖氣藏地質(zhì)和開發(fā)特征具有特殊性,對(duì)其采氣工藝及方案設(shè)計(jì)開展了相應(yīng)的研究與探討。以松遼盆地的大慶徐深氣田和吉林長(zhǎng)嶺氣田為例,運(yùn)用理論研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析相結(jié)合的方法,研究了火山巖氣藏在完井方式選擇、儲(chǔ)層改造、防腐工藝及排水采氣等采氣工藝方面的特點(diǎn),并指出了火山巖氣藏采氣工程方案設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵點(diǎn)。研究結(jié)果表明:火山巖氣藏固相侵入、水鎖傷害嚴(yán)重,必須全生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù);裂縫開啟機(jī)理復(fù)雜,需采取合理的壓裂設(shè)計(jì)與工藝措施,如加支撐劑前加細(xì)粉砂等;同時(shí)考慮到火山巖氣藏CO2含量普遍較高,在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)防腐工作。

火山巖氣藏 完井方式 采氣工藝 方案 設(shè)計(jì) 水鎖 裂縫(巖石) 防腐

1 火山巖氣藏地質(zhì)與開發(fā)特征

1.1 儲(chǔ)層分布特點(diǎn)

火山巖氣藏氣層由多段組成,含氣井段長(zhǎng),單一氣層厚度變化大。平面上,分布較為分散,連續(xù)性差。區(qū)塊之間不連續(xù),但區(qū)塊內(nèi)氣層平面上可以疊加連片。

1.2 氣藏特征

1.2.1 儲(chǔ)滲空間

火山巖儲(chǔ)集空間類型具有多樣性,既有孔隙又有氣孔和裂縫,孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。火山巖滲流通道也比較復(fù)雜,既有孔隙吼道,也有裂縫,甚至有串珠狀氣孔。火山巖孔隙連通性差,雖然有原生孔隙存在,但多數(shù)呈孤立狀,因而難以對(duì)儲(chǔ)滲起作用。而在有裂縫存在的巖段,雖然孔隙度幾乎沒(méi)有什么增加,但滲透率卻高達(dá)幾百、甚至幾千毫達(dá)西,可見(jiàn)裂縫在改善火成巖儲(chǔ)集性能方面所起的重要作用。

1.2.2 儲(chǔ)層物性類型

火山巖氣藏孔滲普遍較低,多為中—低孔、中—低—特低滲儲(chǔ)層。

1.2.3 氣水系統(tǒng)

總體氣水關(guān)系復(fù)雜。徐深火山巖氣藏構(gòu)造高部位為純氣層,構(gòu)造低部位為氣水同層或水層;長(zhǎng)嶺主體區(qū)塊具統(tǒng)一氣水界面,為底水構(gòu)造氣藏。

1.3 氣藏溫度壓力特征

大慶徐深氣田地層壓力系數(shù)為1.020～1.067,地溫梯度為3.08℃/100m[1];吉林長(zhǎng)嶺1號(hào)壓力系數(shù)平均為1.132;地溫梯度平均為3.412℃/100m。均屬正常溫度系統(tǒng)。新疆陸東—五彩灣火山巖氣藏屬正常溫度系統(tǒng)[2],壓力系數(shù)介于1.16～1.33,有部分井區(qū)屬異常高壓。

1.4 流體特點(diǎn)

吉林長(zhǎng)嶺、大慶徐深和新疆五彩灣火山巖氣藏都是以甲烷為主的干氣藏,不含H2S。長(zhǎng)嶺氣田CO2含量高且穩(wěn)定,平均27.19%;徐深氣田CO2含量變化較大,0.54%～31%;五彩灣氣田CO2含量低,最高只有0.32%。

1.5 開發(fā)特征[3-4]

1)氣井試氣無(wú)阻流量普遍較低,徐深氣田以小于10×104m3/d為主,長(zhǎng)嶺氣田無(wú)阻流量介于15.4～74.5×104m3/d。

2)徐深氣田各井產(chǎn)量差異大,多數(shù)井產(chǎn)量較低,需壓裂措施方可獲得工業(yè)氣流;長(zhǎng)嶺1號(hào)氣田產(chǎn)量較高,但有部分井仍需壓裂改造。

3)單井產(chǎn)量、壓力遞減快,關(guān)井壓力恢復(fù)緩慢,表明儲(chǔ)層物性差、外圍供給能力弱,需合理控制采氣速度,提高最終采收率。

4)氣水關(guān)系復(fù)雜,存在裂縫、邊水、底水,需控制一定的生產(chǎn)壓差。

5)儲(chǔ)層連通性差,單井控制動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量少。

2 火山巖氣藏開采工藝特點(diǎn)

2.1 完井方式選擇

火山巖儲(chǔ)層產(chǎn)能低,存在邊、底水,具有改造增產(chǎn)的潛在要求,因此直井、水平井的主體完井方式都選擇射孔完井。對(duì)于產(chǎn)能高、無(wú)須壓裂的水平井,由于火山巖出砂的風(fēng)險(xiǎn)比較小,可選用篩管+管外封隔器或裸眼方式完井。

2.2 儲(chǔ)層改造

火山巖儲(chǔ)層雖然微裂隙較發(fā)育,但大多基質(zhì)滲透率低、物性差,壓裂前大部分井很難達(dá)到工業(yè)產(chǎn)氣量,需通過(guò)人工裂縫有效溝通天然裂縫,提高單井控制面積,獲得較高產(chǎn)能。因此壓裂改造是保證火山巖氣藏有效開發(fā)的重要技術(shù)手段。

但火山巖的壓裂又有其特殊性。這是由于火山巖中的大量微裂縫,如不加控制,在壓裂中會(huì)出現(xiàn)多條裂縫同時(shí)開啟,這些開啟的小裂縫及巖體中的微裂縫只過(guò)液不過(guò)砂,導(dǎo)致局部砂橋而使施工失敗[5]。因此,必須優(yōu)化壓裂方案設(shè)計(jì),以形成有足夠?qū)挾扰c長(zhǎng)度的主裂縫,才能保證施工順利,從而大幅提高氣井產(chǎn)能。

2.3 防腐工藝

防腐技術(shù)主要采取兩條路線:①特殊管材防腐。鉻鋼(主要是11Cr、13Cr,更高級(jí)的有 HP13Cr、22Cr等)、內(nèi)涂層油管、非金屬管、雙金屬?gòu)?fù)合油管等。②緩蝕劑應(yīng)用。可用普通碳鋼P(yáng)110或N80+井下封隔器+油套環(huán)空加緩蝕劑。由于低合金鋼(3Cr、9Cr)耐蝕性比碳鋼無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)且價(jià)格高出2～3倍,因此可用普通碳鋼而不用低合金鋼。

徐深氣田達(dá)深3區(qū)塊CO2分壓在0.012～10.24MPa范圍內(nèi),井底溫度最高達(dá)142℃,必須采取防腐措施。從采用普通管材并加入緩蝕劑、采用內(nèi)涂層油管以及11Cr管材3種選擇方案的單井總投資費(fèi)用對(duì)比可看出:①對(duì)于生產(chǎn)年限較長(zhǎng)的一類井,在10年的生產(chǎn)期內(nèi),采用11Cr管材要比普通管材加入緩蝕劑更加經(jīng)濟(jì);此生產(chǎn)年限使用內(nèi)涂層油管雖然經(jīng)濟(jì),但后期效果不一定好,綜合考慮采用11Cr管材更合理。②對(duì)于生產(chǎn)年限短的二、三類井,使用普通管材+緩蝕劑或者內(nèi)涂層管材要比使用11Cr管材更經(jīng)濟(jì)。

2.4 排水采氣

從火山巖氣藏開發(fā)特征來(lái)看,氣水關(guān)系復(fù)雜、存在邊底水、裂縫發(fā)育,因此氣井出水會(huì)比較嚴(yán)重,選擇適宜的排水采氣方式是穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。徐深氣田有的氣井出水已比較嚴(yán)重,但目前大慶徐深氣田的大部分井能攜液生產(chǎn),未大面積采取氣舉措施。由于泡排技術(shù)比較成熟,適合氣井產(chǎn)水量小的情況,比較適合達(dá)深3區(qū)塊的氣井。目前達(dá)深3區(qū)塊正在一些井上進(jìn)行試驗(yàn),優(yōu)選適合的泡排劑。

大慶在下白堊統(tǒng)登婁庫(kù)組的深層產(chǎn)氣量低、高產(chǎn)水的氣井上成功應(yīng)用了氣舉輔助排液采氣工藝,對(duì)徐深火山巖氣藏很有借鑒意義。

3 火山巖氣藏采氣工程方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

火山巖氣藏采氣工程方案設(shè)計(jì)和常規(guī)氣藏一樣要嚴(yán)格按《采氣工程方案設(shè)計(jì)編寫規(guī)范》和《天然氣管理規(guī)定》的基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì),方案設(shè)計(jì)的方法應(yīng)具有科學(xué)性、方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)具有針對(duì)性和完整性、方案設(shè)計(jì)的實(shí)施具有較強(qiáng)的可操作性與經(jīng)濟(jì)可行性。這里主要針對(duì)火山巖氣藏特征進(jìn)行方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討。

3.1 關(guān)于儲(chǔ)層保護(hù)

首先要通過(guò)敏感性實(shí)驗(yàn)來(lái)確定儲(chǔ)層傷害的原因。對(duì)于低孔低滲、裂隙發(fā)育的火山巖儲(chǔ)層,固相入侵、水鎖通常是首要的傷害原因;其次分析采氣作業(yè)中可能導(dǎo)致的氣層傷害。表1為火山巖氣藏在各種作業(yè)中可能造成氣層傷害的主要形式。

表1 采氣作業(yè)中氣層傷害的形式表

針對(duì)敏感性分析結(jié)果和各種作業(yè)中導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害的形式,制定具體、有效的保護(hù)措施。根據(jù)大慶徐深某區(qū)塊巖心敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)入井液提出了以下要求:①無(wú)固相體系;②入井液中加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┗蚴褂梅撬鳂I(yè)液降低入井液的表面張力和界面張力,減輕水鎖損害程度;③礦化度高于14000mg/L,加入聚季胺鹽等黏土穩(wěn)定劑,防止水敏;④減少入井液濾失量,壓井液等密度一般控制在1.1～1.25g/cm3。

作業(yè)中通過(guò)下列措施,減輕或消除傷害:①盡量采用近平衡鉆井,負(fù)壓射孔;②盡可能開展各種聯(lián)作技術(shù),減少重復(fù)壓井引起的儲(chǔ)層損害;③優(yōu)化施工設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化作業(yè)工序,縮短浸泡時(shí)間;④條件許可時(shí),壓裂后采用不壓井作業(yè)施工。

3.2 完井設(shè)計(jì)

火山巖儲(chǔ)層的特點(diǎn)是裂隙發(fā)育、低孔低滲。因此壓裂增產(chǎn)、控制邊底水以及防腐,應(yīng)成為火山巖氣藏選擇完井方式的首要考慮因素。同其他完井方式相比,套管射孔完井有如下特點(diǎn):

1)選擇性射開不同壓力物性氣層,避免層間干擾。2)避開夾層水、底水;避開夾層坍塌。

3)具備分層采氣和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)條件。

因此,火山巖儲(chǔ)層的直井、水平井的主體完井方式都選擇套管射孔完井。由于火山巖儲(chǔ)層低孔低滲、出砂風(fēng)險(xiǎn)比較小,對(duì)于產(chǎn)能高、無(wú)須壓裂的水平井,也可考慮選用篩管+管外封隔器或裸眼方式完井。

3.3 采氣井口優(yōu)選

對(duì)于CO2含量較高的火山巖氣藏,在選擇采氣井口時(shí)要優(yōu)先考慮材料級(jí)別,其次是壓力等級(jí)、溫度等級(jí)等。大慶徐深和吉林長(zhǎng)嶺1號(hào)火山巖氣田的井口基本要求如下。

1)材料級(jí)別:按標(biāo)準(zhǔn)用CC級(jí)即可,但考慮國(guó)內(nèi)材料質(zhì)量,可用FF級(jí)。

2)耐溫等級(jí):LU(-46～121℃)。

3)壓力等級(jí):70MPa。

3.4 排水采氣工藝

排水采氣的方法主要有泡沫排水、氣舉排水(連續(xù)氣舉、間歇?dú)馀e)、機(jī)抽排水、電潛泵排水、射流泵排水等。各種排水采氣方法有其技術(shù)特點(diǎn)和適應(yīng)條件,大慶和長(zhǎng)嶺火山巖氣藏排水采氣方法主要以泡沫排水和氣舉為主。

3.5 防腐設(shè)計(jì)

大慶和長(zhǎng)嶺火山巖氣藏氣井的CO2腐蝕普遍嚴(yán)重。CO2的腐蝕主要是由于CO2溶于水生成碳酸引起的電化學(xué)腐蝕所致。從以下幾方面對(duì)腐蝕程度進(jìn)行初判:

1)根據(jù)靜壓以及CO2含量,計(jì)算區(qū)塊典型井的CO2分壓情況。

2)判斷地層水的Cl以及礦化度情況。

3)當(dāng)溫度低于60℃時(shí),以均勻腐蝕為主;當(dāng)溫度在60～110℃時(shí),局部孔蝕嚴(yán)重;當(dāng)溫度高于150℃時(shí),腐蝕率下降。

4)如果p H值大于8,則會(huì)大大減弱腐蝕程度。

根據(jù)以上評(píng)判及生產(chǎn)實(shí)際綜合判斷影響氣井油套管腐蝕的主要原因、程度(指不腐蝕、腐蝕還是嚴(yán)重腐蝕)及各種因素的腐蝕速率等。然后根據(jù)井的產(chǎn)量、開采年限,再結(jié)合腐蝕初判,計(jì)算采用各種防腐措施所需要的費(fèi)用進(jìn)行防腐方案選擇。

對(duì)于產(chǎn)量高、開采時(shí)間長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益好而腐蝕嚴(yán)重的井需要重點(diǎn)保護(hù),考慮采用11Cr、13Cr及以上鋼級(jí)管材增加其使用年限;對(duì)于產(chǎn)量中等、經(jīng)濟(jì)效益一般的井,若腐蝕嚴(yán)重可采用低鉻鋼加注緩蝕劑的方法或采用高鉻鋼;對(duì)于產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差的井,只采用普通管材加注緩蝕劑防腐。

4 認(rèn)識(shí)與建議

1)針對(duì)火山巖氣藏,要精心組織、周密細(xì)致做好采氣工程方案的編制工作。

2)火山巖氣藏由于固相入侵、水鎖傷害嚴(yán)重,必須全生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)。

3)火山巖氣藏壓裂裂縫開啟機(jī)理復(fù)雜,需要加強(qiáng)測(cè)試壓裂分析,采用合理的壓裂措施,例如,加支撐劑前加細(xì)粉砂壓裂技術(shù)等。

4)火山巖氣藏大多CO2含量高,需要加強(qiáng)實(shí)施防腐措施:對(duì)于高產(chǎn)井,選用不銹鋼管材防腐;對(duì)于低產(chǎn)井,選用普通鋼管材防腐劑防腐。

5)火山巖氣藏排水采氣方式優(yōu)先采用優(yōu)選管柱、泡排和氣舉。

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DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.013

Li Wenkui,professor,was born in1965.He holds a Ph.D degree,being mainly engaged in research and management of natural gas production technologies.

Add:Mail Box44,Wanzhuang,Langfang,Hebei065007,P.R.China

Tel:+86-10-69213171 E-mail:lwk69@petrochina.com.cn

Production technologies and engineering design for the volcanic gas reservoirs

Li Wenkui1,Liu Yan1,Zhou Guanghou1,Wang Yun1,Cao Guangqiang1,Wu Xiaodong2
(1.L angf ang B ranch,PetroChina Petroleum Ex ploration and Development Research Institute,L angf ang, Hebei065007,China;2.China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

In view of the unique of geological and development characteristics,an in-depth study was carried out on production technologies and engineering designs in the development of volcanic gas reservoirs.Combining theory studies with field practices in the Xushen and Changling volcanic gas reservoirs in the Songliao Basin,we analyzed the characteristics of gas production technologies such as the selection of proper completion methods,EOR simulation means,anticorrosion measurements,gas recovery by water drainage,and so on.Moreover,we believed that the key points should be focused on in engineering design.This study indicated that reservoir protection for the volcanic gas reservoirs is necessary during all the production life due to serious solid intrusion and water block damage.And on account of the complex fracture opening mechanism,advisable fracturing treatment design and technologic measures should be adopted,e.g.,adding fine sand before bumping proppants;also in consideration of a high content of CO2in volcanic gas reservoirs,anticorrosion measurements should be taken in most cases.

volcanic gas reservoir,well completion system,production technology,arrangement,design,water block,fracture (rock),antisepsis

book=58,ebook=28

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.013

2009-10-16 編輯 韓曉渝)

李文魁,1965年生,教授,博士;從事采氣工藝與技術(shù)、完井方式與射孔優(yōu)化、管柱理論分析與損傷修復(fù)技術(shù)等方面的研究工作,獲省部級(jí)二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng),出版專著4部,發(fā)表論文63篇。地址:(065007)河北省廊坊市44號(hào)信箱。電話: (010)69213171。E-mail:lwk69@petrochina.com.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.58-60,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)