氣舉—酸化聯(lián)合洗井技術(shù)在地?zé)豳Y源開發(fā)中的應(yīng)用

凌安航

摘要： 中國華北地區(qū)的碳酸鹽巖熱儲層是優(yōu)質(zhì)的地?zé)豳Y源儲層，由于儲層內(nèi)部裂縫發(fā)育，鉆井過程中常伴有嚴(yán)重的鉆井液漏失，導(dǎo)致鉆屑堵塞地層內(nèi)的滲流通道，影響地?zé)峋某鏊?。本文根?jù)氣舉-酸化聯(lián)合洗井技術(shù)在南華北地區(qū)地?zé)峋膶?shí)際應(yīng)用情況，對該技術(shù)的基本原理、施工方法和應(yīng)用效果進(jìn)行了說明，同時(shí)探討了注氣泵壓和注氣方式對洗井效果的影響，綜合考慮各類因素得出適用于實(shí)際生產(chǎn)的洗井技術(shù)參數(shù)，對指導(dǎo)地?zé)豳Y源開發(fā)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

Abstract： Carbonate thermal reservoirs in North China are high-quality geothermal resource reservoirs. Due to the development of internal fractures in the reservoirs， serious loss of drilling fluid are often accompanied in drilling process， resulting in drilling cuttings blocking the seepage channels in the formation， and influencing the output of geothermal wells. Based on the practical application of gas lift-acidification combined well-cleaning technology in geothermal wells in South China and North China， the basic principles， construction methods and application effects of this technology are described. At the same time， the influence of gas injection pumping and gas injection on the well-cleaning effect is discussed， and comprehensively considering various factors， the technical parameters of well washing suitable for actual production are obtained， which has a certain practical value on the development of geothermal resources.

關(guān)鍵詞： 地?zé)豳Y源；碳酸鹽巖熱儲；洗井

Key words： geothermal resources；carbonate rock thermal storage；well cleaning

中圖分類號：P578.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）21-0139-02

0 引言

地?zé)崮苁且环N綠色低碳的可再生能源，隨著化石能源的日益短缺和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，地?zé)崮軕?yīng)用受到了越來越多的關(guān)注。中國地?zé)豳Y源豐富，水熱型地?zé)豳Y源總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤12500億噸，年可開采資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤18.7億噸。中國華北地區(qū)在20世紀(jì)90年代即開始利用水熱型地?zé)豳Y源進(jìn)行供暖，開采對象主要為元古界、古生界碳酸鹽巖熱儲和新生界砂巖熱儲，其中碳酸鹽巖熱儲因其出水量大、水溫高、易于回灌的特點(diǎn)，成為了重點(diǎn)開采目標(biāo)。華北地區(qū)碳酸鹽巖熱儲以灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，儲層內(nèi)部裂縫、溶洞發(fā)育[1]，具有較好的滲流能力，導(dǎo)致鉆井過程中鉆井液及鉆屑經(jīng)常漏失進(jìn)入地層[2]，嚴(yán)重影響地?zé)峋某鏊髁考皽囟?。因此地?zé)峋昃畷r(shí)所采取的洗井工藝，對地?zé)峋某删|(zhì)量具有重要意義。本文擬選取開采碳酸鹽巖熱儲的典型地?zé)峋钊胗懻摎馀e-酸化聯(lián)合洗井技術(shù)在碳酸鹽巖熱儲開采中的應(yīng)用。

1 地?zé)峋闆r簡介

JY-1井位于河南省濮陽市，完鉆井深1830m，完鉆層位為奧陶系馬家溝組，該井采用“三開制”井身結(jié)構(gòu)，一開、二開完鉆后下入石油套管并固井，以封隔上部松軟地層及冷水層，三開完鉆后下入篩管完井。

JY-1井三開采用清水鉆井液鉆進(jìn)至1372m時(shí)，發(fā)生失返性漏失，隨即轉(zhuǎn)換為混氣負(fù)壓鉆進(jìn)，并不斷補(bǔ)充清水鉆井液。該井至1830m完鉆時(shí)，累計(jì)漏失鉆井液1665m3。JY-1井在完井作業(yè)后，即下入電潛泵進(jìn)行抽水試驗(yàn)，測得出水流量僅為32m3/h，且水質(zhì)渾濁，明顯未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要采取洗井措施。

2 氣舉-酸化聯(lián)合洗井作業(yè)

2.1 氣舉-酸化聯(lián)合洗井施工過程

鑒于JY-1井在鉆進(jìn)過程中發(fā)生了嚴(yán)重的漏失，初步推測該井出水量偏低的原因?yàn)榇罅裤@屑隨鉆井液進(jìn)入地層，附著在裂縫壁面，縮小了裂縫寬度，降低了裂縫的滲流能力。

氣舉洗井的原理為向井下連續(xù)注入高壓氣體，再注入清水推動井筒內(nèi)的高壓氣體上返，氣體突破井口后，井筒內(nèi)流體壓力驟降，將會在井下形成瞬時(shí)負(fù)壓區(qū)。此時(shí)在地層壓力的作用下，鉆屑等堵塞物將大量涌入井筒，并被氣液混合流體攜帶至地面，從而達(dá)到洗井的效果[3]。

酸化洗井的本質(zhì)是通過酸液對巖石膠結(jié)礦物或地層孔隙、裂縫內(nèi)堵塞物的溶解和溶蝕作用，擴(kuò)大熱儲層中原有的孔隙和裂縫，恢復(fù)或提高地層孔隙和裂縫的滲透性[4]。

為清除地層內(nèi)的堵塞物，提高出水流量，JY-1井首先進(jìn)行了氣舉洗井作業(yè)，并在作業(yè)過程中不斷探索優(yōu)化注氣泵壓、注氣方式等施工參數(shù)，較好地清除了熱儲層內(nèi)的堵塞物。

氣舉作業(yè)后，JY-1井出水量依然不甚理想，其原因可能為部分充填裂縫的鉆屑尺寸太大，無法通過氣舉洗井排出；此外熱儲層內(nèi)部分裂縫、溶孔尺寸偏小，也制約了該井的出水量。需要通過酸化工藝解決這兩方面問題[5]。根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)，將JY-1井的酸化施工井段設(shè)計(jì)為1284.4-1778.6m，準(zhǔn)備濃度16%的鹽酸16m3，活性水40m3，配料詳見表1。

經(jīng)氣舉—酸化聯(lián)合洗井作業(yè)后，JY-1井的出水流量達(dá)到了112.8m3/h，水溫55.5℃，水質(zhì)清澈，說明氣舉—酸化聯(lián)合洗井作業(yè)對于提高碳酸鹽巖熱儲的出水量有顯著作用。

2.2 氣舉-酸化聯(lián)合洗井施工參數(shù)探討

在氣舉-酸化聯(lián)合洗井作業(yè)過程中，氣舉洗井能否充分清洗出堵塞在地層中的鉆屑，直接關(guān)系到后續(xù)酸化施工時(shí)地層受效面積的大小。而注氣泵壓和注氣方式既對氣舉洗井效果有重要影響，也是施工過程中易于調(diào)控的參數(shù)，故下文將從這兩個(gè)方面開展討論。

2.2.1 注氣泵壓

注氣泵壓是指泵入壓縮氣體時(shí)井口的壓力，其大小間接反映了井底流壓的大小，影響了氣舉洗井流體的流速[6]。在JY-1井氣舉洗井過程中，記錄了各洗井周期內(nèi)氣液混合流的自噴持續(xù)時(shí)間，并將所得數(shù)據(jù)與注氣泵壓進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

由圖1可知，隨著注氣泵壓的升高，氣液混合流的自噴持續(xù)時(shí)間也逐漸增大，說明注氣泵壓越高，洗井流體攜帶鉆屑高速運(yùn)移的時(shí)間越長，氣舉洗井的效果也就越好。當(dāng)注氣泵壓在5.5-8.5MPa之間時(shí)，隨著壓力的升高，氣液混合流自噴時(shí)間增長較快；而當(dāng)注氣泵壓超過8.5MPa時(shí)，氣液混合流自噴時(shí)間的增速明顯減緩。

上述情況說明當(dāng)注氣泵壓持續(xù)上升超過一定值時(shí)，氣舉洗井的效果將很難有明顯提升?？紤]到過高的注氣泵壓可能會損壞篩管和懸掛器，因此氣舉洗井過程中，注氣泵壓應(yīng)控制在8.0-8.5MPa之間。

2.2.2 注氣方式

JY-1井氣舉洗井過程中使用了分段注氣、連續(xù)注氣兩種注氣方式，分別記錄這兩種注氣方式達(dá)到相同注氣泵壓時(shí)所用的時(shí)間，并收集洗井返出的巖屑對其粒徑與數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以便后續(xù)分析。

由圖2可知，當(dāng)注氣泵壓相同時(shí)，連續(xù)注氣所需要的注氣時(shí)間明顯少于分段注氣；隨著注氣泵壓的逐漸增加，注氣時(shí)間也在增加，而分段注氣方式的注氣時(shí)間增長的更快。

圖3顯示了兩種注氣方式洗井時(shí)返出巖屑粒徑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。兩種注氣方式都主要返出粒徑≤2mm的巖屑；對于粒徑分布在2-5mm之間的巖屑，兩種注氣方式返出的數(shù)量基本相同；然而連續(xù)注氣方式返出5-8mm和≥8mm巖屑的量明顯多于分段注氣方式。這說明相比于分段注氣方式，連續(xù)注氣方式能夠更加有效地清洗出大粒徑巖屑。

3 推廣應(yīng)用情況

JY-1井成功完井后，河南濮陽地區(qū)又先后部署鉆鑿了JY-2井、NL-2井、NL-3井等地?zé)峋?，這些地?zé)峋哪康膶佣际菉W陶系馬家溝組碳酸鹽巖熱儲，而在鉆進(jìn)過程中也都發(fā)生了嚴(yán)重的漏失，致使完井試抽水的出水流量偏低。根據(jù)JY-1井的成功經(jīng)驗(yàn)，分別對JY-2井、NL-2井、NL-3井進(jìn)行了氣舉-酸化聯(lián)合洗井作業(yè)，各井的作業(yè)效果如表2所示。

由表2可知，經(jīng)過氣舉-酸化聯(lián)合洗井作業(yè)后，JY-2井、NL-2井、NL-3井的出水量都增長了50%以上，說明氣舉-酸化聯(lián)合洗井技術(shù)普遍適用于該地區(qū)的碳酸鹽巖熱儲，并能夠顯著提高地?zé)峋某鏊俊?/p>

4 結(jié)論

①碳酸鹽巖熱儲內(nèi)部裂縫、溶蝕孔隙發(fā)育，導(dǎo)致地?zé)峋阢@進(jìn)過程中常發(fā)生鉆井液漏失，大量鉆屑隨鉆井液進(jìn)入地層，堵塞滲流通道，嚴(yán)重影響了地?zé)峋某鏊髁?。②氣舉-酸化聯(lián)合洗井技術(shù)能夠在清除殘留巖屑、疏通儲層裂縫的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大儲層滲流通道的尺寸，提高熱儲層的滲透率，從而有效提高地?zé)峋某鏊髁俊＂蹥馀e洗井過程中，綜合考慮洗井效果、施工時(shí)間、井下管柱安全等因素，應(yīng)選取連續(xù)注氣方式，且注氣泵壓宜控制在8.0-8.5MPa之間。

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