北京某典型地區(qū)地?zé)峋峄瘔毫言霎a(chǎn)技術(shù)研究

楊淼 林天懿 劉慶 柯柏林

摘? 要：研究區(qū)位于雙橋地?zé)崽锿鈬責(zé)峥辈橘Y料較少。區(qū)內(nèi)某地?zé)峋?800m，熱儲(chǔ)層為薊縣系霧迷山組白云巖，將用于辦公區(qū)地?zé)峁┡５涑鏊渴苤朴谏畈繜醿?chǔ)層滲透性能或沉積物堵塞地?zé)崃黧w通道等原因，小于鄰近地?zé)峋叫枰M(jìn)酸化壓裂增產(chǎn)手段，提高地?zé)峋a(chǎn)能。通過(guò)地?zé)峋某晒?shí)施，分析了地?zé)岬刭|(zhì)特征，采用實(shí)驗(yàn)室模擬、數(shù)值模擬等手段，對(duì)酸液濃度、用量、設(shè)備選型等工程參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，制定了酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)方案，指導(dǎo)進(jìn)行酸化壓裂技術(shù)應(yīng)用，酸化壓裂前后出水量從968m3/d增加至2163m3/d，水溫從43.5℃增加至46℃，實(shí)現(xiàn)了出水量增產(chǎn)123%以上，出水溫度增溫2.5℃，增產(chǎn)效果顯著。

關(guān)鍵詞：地?zé)峋?碳酸鹽巖熱儲(chǔ);酸化壓裂;地?zé)嵩霎a(chǎn)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P314? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1007-1903（2018）04-0014-05

0 前言

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，對(duì)地?zé)崮艿惹鍧嵞茉吹目辈殚_(kāi)發(fā)，是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源行業(yè)發(fā)展的未來(lái)方向（柯柏林，2009）。十三五規(guī)劃等國(guó)家戰(zhàn)略和重大規(guī)劃多次強(qiáng)調(diào)要“實(shí)施近零碳排放區(qū)示范工程”，對(duì)地?zé)豳Y源等清潔能源提出了巨大的需求。但是，地?zé)豳Y源的高效開(kāi)發(fā)利用往往受制于深部熱儲(chǔ)層滲透性能或沉積物堵塞地?zé)崃黧w通道等原因，因此，國(guó)家能源局頒布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》，明確提出“要加強(qiáng)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用，研發(fā)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)改造及增產(chǎn)技術(shù)”。

北京東部地區(qū)位于雙橋地?zé)崽锿鈬責(zé)峥辈橘Y料較少。根據(jù)已有資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)地?zé)峋骄鏊?344.55 m3/d，水溫47.5℃。而區(qū)內(nèi)鉆探實(shí)施的某地?zé)峋跗诋a(chǎn)能測(cè)試結(jié)果顯示，該井出水量968m3/d，水溫43.5℃，各項(xiàng)指標(biāo)均低于區(qū)內(nèi)平均值，亟待進(jìn)行增產(chǎn)改造。本次研究酸化壓裂增產(chǎn)技術(shù)，疏通碳酸鹽巖含水層，溝通裂隙通道，增大巖石的裂隙，提高儲(chǔ)層導(dǎo)流能力，進(jìn)而提高地?zé)峋漠a(chǎn)能（埃克諾米德斯，2002;劉興浩等， 2011;陳生輝，2010），對(duì)地?zé)崮艿母咝ч_(kāi)發(fā)利用具有重要的意義。該項(xiàng)技術(shù)的成功利用，不僅能滿足地?zé)衢_(kāi)采井增產(chǎn)的需求，對(duì)地?zé)峋毓嗄芰Φ奶嵘酥琳麄€(gè)地?zé)嵯到y(tǒng)的改造也有重要意義，具有進(jìn)一步研究和推廣的價(jià)值。

1 代表井地?zé)岬刭|(zhì)特征

1.1 代表井基本情況

本文選定的代表井位于北京東部地區(qū)，實(shí)鉆井深2800.88m，熱儲(chǔ)目的層為薊縣系霧迷山組，其主要巖性為黃褐色、淺褐色、褐色和深褐色燧石白云巖，其中在2490～2528m和2693～2729m為紫紅色泥質(zhì)白云巖。“三開(kāi)”井身結(jié)構(gòu)，取水段為1730～2800.88m，裸眼井段（圖1）。

1.2 地溫場(chǎng)情況

根據(jù)前期測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)（圖2），該地?zé)峋畬?shí)鉆霧迷山組平均地溫梯度1.04℃/100m。其中，中上段增溫率較低，說(shuō)明該層段地下熱水資源豐富，對(duì)其開(kāi)展酸化壓裂施工改造，可更大限度地提升出水量，獲取更顯著的改造效果。

1.3 熱儲(chǔ)富水性特征

依據(jù)鉆井液消耗記錄及物探測(cè)井曲線綜合解釋分析（表1），該井揭露的薊縣系霧迷山組屬于超低滲透致密儲(chǔ)層;裂縫發(fā)育差，以III類裂縫為主;富水層段比較分散，總體上由于下部地層層厚較薄且泥質(zhì)含量高，富水程度較上部弱。

1.4 前期產(chǎn)能測(cè)試

該井先后進(jìn)行了裸眼段泡藥、酸化洗井、氣舉洗井、水泵抽水等洗井工作，抽水試驗(yàn)結(jié)果顯示：水位降深約40m時(shí)出水量為968m3/d，水溫43.5℃。與鄰近地?zé)峋啾龋a(chǎn)水量較小，為改善熱儲(chǔ)滲流能力，提高地?zé)岙a(chǎn)能、回灌能力，決定對(duì)該井實(shí)施酸化壓裂增產(chǎn)措施。

2 酸化壓裂工程設(shè)計(jì)

2.1 酸液濃度設(shè)計(jì)

酸化作用效果受碳酸鹽含量、熱儲(chǔ)溫度、以及酸液濃度影響（羅晴，2012;陳賡良等， 2006;陳凌等，2004）。本次試驗(yàn)從目標(biāo)井霧迷山組白云巖熱儲(chǔ)層段取得巖樣26件，模擬井下實(shí)際溫度（45℃），進(jìn)行15%HCl和20%HCl兩種不同濃度條件下的酸化作用對(duì)比研究。結(jié)果顯示：20%HCl酸蝕效果明顯優(yōu)于15%HCl，1960m以深酸蝕效果顯著（圖3）。

2.2 酸液用量設(shè)計(jì)

為了確定酸液用量，利用StimCADE軟件模擬20%鹽酸酸化該井熱儲(chǔ)后的表皮系數(shù)變化情況，發(fā)現(xiàn)酸液用量在90～100m3之前，表皮系數(shù)隨著鹽酸用量增加而逐步降低，達(dá)到100m3之后，表皮系數(shù)趨于穩(wěn)定，無(wú)明顯效果（圖4）。

2.3 壓裂液作用范圍模擬

對(duì)20%HCl酸化壓裂作用距離進(jìn)行了模擬（圖5），模擬結(jié)果顯示，作用距離最遠(yuǎn)4m，最小2.3m，作用效果較好。

2.4 工程總體設(shè)計(jì)

針對(duì)該井地?zé)岬刭|(zhì)條件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)值模擬及前期試壓等工作，初步設(shè)計(jì)酸化壓裂工程方案如下：

（1）設(shè)備工藝

本次酸化作業(yè)的施工井段為1700m以下裸眼段，投入2臺(tái)700型壓裂泵車車組、3臺(tái)酸液罐車等設(shè)備，采用震蕩壓裂方式，正擠法注酸，擠注壓力不大于10 MPa。按圖6所示結(jié)構(gòu)完成酸化施工管柱，封隔器以下替滿NH4Cl液體。

（2）設(shè)計(jì)用料

根據(jù)前期分析結(jié)果，本次工程設(shè)計(jì)投入施工管柱完成液約20m3，用于保護(hù)井管免受腐蝕、穩(wěn)定井下氣體等;壓裂液為稀釋至20%濃度的鹽酸溶液約100m3，并添加一定劑量的緩蝕劑、助排劑、鐵離子穩(wěn)定劑、防膨劑等。具體用量如表2所示。

3 酸化壓裂試驗(yàn)

本次酸化壓裂試驗(yàn)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)執(zhí)行，施工過(guò)程最大瞬時(shí)排量1.5m3/min，最大瞬時(shí)工作壓力6.5MPa。根據(jù)壓力曲線，酸化壓裂共經(jīng)歷3個(gè)過(guò)程：第一階段，泵壓逐漸穩(wěn)定在6MPa、排量穩(wěn)定在1.2 m3/min，此時(shí)以酸化作用為主，在近井地帶蜂窩化，由未被酸蝕的巖石骨架以及孔隙內(nèi)流體壓力共同平衡地應(yīng)力，尚未溝通裂縫;第二階段，13：55時(shí)壓力曲線突然下降，反映酸蝕進(jìn)一步加強(qiáng)后，骨架整體抗壓強(qiáng)度降低，沿最大主應(yīng)力方向產(chǎn)生坍塌，形成小范圍的徑向裂縫，但由于裂縫空間小，很快被流體充填，壓力再次回升到之前的水平;第三階段，圧力曲線穩(wěn)定6MPa，排量逐漸增加至1.5 m3/min，說(shuō)明進(jìn)一步擴(kuò)大了儲(chǔ)層天然裂隙，增強(qiáng)了滲流能力，酸化效果較好。

酸化壓裂技術(shù)對(duì)該井起到了很好的增產(chǎn)效果，抽水試驗(yàn)顯示：水位降深36m，出水量2163 m3/d，較壓裂前增加了123%;出水溫度46℃，較壓裂前增加了2.5℃，實(shí)現(xiàn)了地?zé)峋a(chǎn)能的大幅提升。酸壓后，該井可為辦公區(qū)7.8萬(wàn)m2的建筑面積提供供暖調(diào)峰，較酸壓前新增約4.6萬(wàn)m2，大大提高了辦公區(qū)的可再生能源利用率，為創(chuàng)建“近零碳排放示范區(qū)”提供技術(shù)保障。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)鉆探、測(cè)井、產(chǎn)能測(cè)試資料，詳細(xì)了分析北京東部地區(qū)某地?zé)峋責(zé)岬刭|(zhì)特征，為酸化壓裂工程設(shè)計(jì)及施工提供前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

（2）采用實(shí)驗(yàn)、軟件模擬手段，確定了酸化壓裂液的濃度、用量等參數(shù)，設(shè)計(jì)了工程的主要技術(shù)指標(biāo);在此基礎(chǔ)上對(duì)該地?zé)峋畬?shí)施了酸化壓裂試驗(yàn)，增產(chǎn)后，出水量2163m3/d，較增產(chǎn)前的968 m3/d增加了123%以上，是區(qū)內(nèi)地?zé)峋骄鏊康?.61倍;出水溫度46℃，也較增產(chǎn)前增加了2.5℃;可為辦公區(qū)7.8萬(wàn)m2的建筑面積提供供暖調(diào)峰，較改造前新增約4.6萬(wàn)m2，大大提高了區(qū)域可再生能源利用率。

（3）試驗(yàn)結(jié)果證明，酸化壓裂技術(shù)是以碳酸巖為熱儲(chǔ)的地?zé)峋霎a(chǎn)改造的有效手段，可在同類型地區(qū)推廣應(yīng)用。

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