酸化液壓技術在地熱增產中的應用分析

王 平,程萬慶,宗振海,田光輝

(天津地熱勘查開發設計院,天津 300250)

酸化液壓(也叫酸化壓裂)是保持油田高產、穩產的有效措施之一.近年來,天津市在開發奧陶系地熱井中應用酸化液壓技術增產取得了良好的效果和經驗.

1 酸化液壓的基本原理

用地面高壓壓裂泵車,以高于儲層能吸收的速度,先從井的套管或油管向井下注入凍膠液體,增高井筒內壓力,使處理層段巖石破裂;而后泵入酸液,在處理層段形成裂隙酸蝕溝槽.當注酸壓力高于熱儲層破碎壓力,酸液同時發揮化學作用和水力作用可形成延伸遠、流通能力高的滲流通道.酸化液壓后,擴大了有效井徑.地熱井的產水量一般與有效井徑成正比,當酸化液壓擴大了有效井徑后,產量會與之提升.

近年來天津地熱井的酸化液壓技術,已經作為一項有效的增產措施.

2 天津市南開區中心城上城小區NKR-24D地熱井酸化液壓施工簡況

2.1 地熱井井深和井身結構

NKR-24D是一眼古生界奧陶系地熱井,井深為2010.36m,裸眼成井(圖1).

2.2 地質構造情況

NKR-24D地熱井位于滄縣隆起雙窯凸起北部.鉆井揭露地層有新生界第四系、新近系明化鎮組、館陶組;古生界石炭-二疊系、奧陶系和寒武系地層(圖1).

圖1 NKR-24D井成井結構及酸化管柱安裝示意圖

2.3 熱儲層情況

NKR-24D地熱井熱儲層為古生界奧陶系灰巖,頂界埋深1320m.其巖性以灰白色、灰褐色灰巖為主,夾少量灰黑色灰巖,厚度為611m.測井顯示該井二類裂隙有2層,厚度14.5m;三類裂隙有4層,厚度35.7m,三類裂隙在未酸化時基本不具有產水能力.巖石孔隙度1.94～5.78%,滲透率0.21～1.75X10-3?m2,透水性較差[3],見表1.

表1 NKR-24D井測井解釋成果表(三開)

2.4 完井試水情況

本井完井后利用空壓機進行了24h的連續洗井和歷時9h的抽水試驗(利用4寸深井泵下深148m),出水量47.33m3/h,水溫54℃,動水位144.45m,水位變化幅度3～7cm/h,本次完井試水水位達到穩定,見表2.

表2 NKR-24D完井試水數據

2.5 酸化液壓洗井

為提高該井的產水量,實施了酸化液壓洗井.

(1)選用20%HCl溶液洗井

在進行酸化液壓之前,對處理層進行了室內物理化學性質的實驗分析,選擇酸化液壓材料.盡可能的模擬井下壓力、溫度條件選擇與之相容性(又稱配伍性)好的酸化液壓液體,對產層進行有效的改造,增加盡可能多的產量.其室內實驗數據見表3.

表3 NKR-24D井巖屑溶蝕率檢測結果

備注:酸液濃度20%HCL ,溶蝕1h,溫度40℃.

根據圖2總表皮系數變化模擬結果,泵入酸量達到100m3以后,酸量增大之裂隙總表皮溶蝕趨向0.

(2)主要施工工藝及參數

①酸化工藝:鹽酸酸壓工藝

② 擠注方式:正擠

③ 擠注壓力:≤20MPa

④ 排酸方式:汽化水排酸

(3)施工用料

見表4、表5.

圖2 總表皮系數變化模擬結果

表4 施工液量配置表

表5 備料名稱及數量

(4)施工工序

①井口安裝

井口安裝250型采油樹,并加固,采油樹四周用鋼絲繩固定.

②施工管柱完成

如圖1所示完成酸化施工管柱,封隔器下深1200m(錯開套管節箍位置),封隔器以下替滿3% NH4Cl液體,座封封隔器.

③ 配液

配制處理液混合均勻,酸液用水為清水.

④地面管線試壓

接好地面施工管線,高壓管匯清水試壓25MPa,不刺不漏為合格.

⑤ 打平衡

施工時,套管打平衡≤5MPa.

⑥泵酸

按施工泵注程序注酸(按定壓方式施工),泵注程序如表6所示.

表6 施工程序表

⑦ 排液

(a) 放噴排液,控制油嘴放噴(6～11mm油嘴),排出殘酸濃度〈0.2%;

(b )放噴結束后,采用汽化水排液.

酸化前后洗井、抽水對比見表7.采取酸化洗井后該井上水時間與上水間隔時間明顯變短,立柱泵壓變化幅度減小,說明已有效打通了裂隙,使得該井補給條件暢通,補給量增加.實際抽水情況也證明了這一點,該井的出水量由47.33 m3/h提高到119.33 m3/h,水溫上升到57℃,動水位提高到73.67m.

表7 酸化前后洗井、抽水情況對比表

3 天津市津南區小站鎮JNR-09地熱井酸化液壓總結

JNR-09地熱井位于滄縣隆起東部的小韓莊凸起上的北閘口次凹陷中,基巖埋深在900m左右(圖3).

JNR-09井身結構為四開,裸眼完井,完井深為2403.98m,熱儲層為奧陶系灰巖.儲層頂界埋深1858m,揭露厚度545.98m(未穿),測井解釋成果表(完井)見表8.該井有一類裂縫層2層,總厚度20.90m,二類裂縫層5層,厚度71m,三類裂縫層3層,總厚度32.30m,一類、二類裂縫層總厚度占裸眼段長度的16.83%.含水層孔隙度為0.40%～5.37%,滲透率為0.10～0.85X10-3um2,泥質含量為3.50%～13.91%[5].

圖3 JNR-09井附近基巖地質圖

據此可以看出該井巖溶裂隙發育,孔隙度大、滲透率大.

表8 JNR-09井測井解釋成果表(四開)

測井后進行了抽水試驗(圖4).可以看出,JNR-09井的水量和水位沒有穩定,其中流量不能穩定,后期逐漸減小,水位持續下降.

圖4 JNR-09井酸化前抽水試驗歷時曲線

在這種情況下,采用與NKR-24D井相似的酸化液壓施工工藝,進行了增產施工.施工完成后對本井進行了抽水試驗(圖5).

圖5 JNR-09井酸化后抽水試驗歷時曲線

可以看出酸化后的抽水試驗具有與酸化前相同的特征:動水位和流量不能達到穩定,具有持續下降的特點.酸化后水量看似有所增長,但是以動水位下降為條件的,單位降深涌水量并沒有增加.

通過兩次抽水試驗分析,造成此次酸化液壓失敗的原因為:JNR-09井目的層處于一個相對封閉的地質環境中,該井可能處于一個四周均為隔水邊界的地質構造帶中央,很可能該井四周區域奧陶系地層有所缺失,致使該井四周沒有導水通道,所以沒有良好的側向補給來源.該井的兩次抽水消耗的只是奧陶系熱儲層的靜儲量,這是有限的"盆中水",所以抽水時水位、流量會持續下降,導致了地熱井產量無明顯提升.

通過這兩個例子可以看出:應用酸化液壓技術的前提條件是熱儲層為碳酸鹽巖地層,同時儲層應發育一定的裂隙.但裂隙發育情況并不能決定酸化液壓的效果.還必須考慮基礎地質條件,否則不能達到令人滿意的增產結果.

4 結論

(1)通過實踐證明酸化液壓工藝可以視地質條件應用于對基巖裂隙型地熱井的增產施工中,是一項值得在地熱開發中推廣的技術.該技術可以應用于天津市以碳酸鹽巖熱儲層為目的層的地熱井完井增產中.

(2)應用酸化液壓技術之前,應重視對基礎地質資料的分析研究,特別是酸化前抽水試驗資料的分析,搞清酸化液壓技術應用的前提條件和必要條件,只有這樣才能達到理想的結果.

[1]王連成,李明朗,程萬慶等.酸化壓裂方法在碳酸鹽巖熱儲層中的應用[J].水文地質與工程地質2010.5.

[2]薛禹群.地下水動力學[M].北京: 地質出版社, 1997: 64.

[3]王 平,張連弟.《天津市南開區中新城上城小區NKR-24D地熱井完井報告》[R].天津:天津地熱勘查開發設計院.

[4]天津市國土資源和房屋管理局.地熱資源管理法規文件匯編[S].2007.1.

[5]王繼革,林圣明.《天津市津南區小站鎮JNR-09地熱井完井報告》[R].天津: 天津地熱勘查開發設計院.