大牛地氣田盒1段氣層氮?dú)馀菽@水平井技術(shù)

何世明 湯明 邢景寶 鄭鋒輝 鄧紅琳 周曉紅 周懷光

1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2.中國石化華北分公司3.中國石油塔里木油田公司

大牛地氣田盒1段氣層氮?dú)馀菽@水平井技術(shù)

何世明1湯明1邢景寶2鄭鋒輝2鄧紅琳2周曉紅3周懷光3

1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2.中國石化華北分公司3.中國石油塔里木油田公司

大牛地氣田二疊系下石盒子組盒1段氣層具有低孔隙度、低地層壓力、特低滲透率、高基塊毛細(xì)管力、強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn),常規(guī)直井和水平井幾乎不能實(shí)現(xiàn)自然建產(chǎn),截止到2008年底探明儲(chǔ)量動(dòng)用率僅為8.42%。為了有效地動(dòng)用該氣層儲(chǔ)量,針對(duì)盒1段氣層開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的研究與現(xiàn)場試驗(yàn)。考慮到該氣層的工程地質(zhì)特征,首先優(yōu)選了氮?dú)馀菽号浞?然后分析了該氣層的產(chǎn)水情況和井壁穩(wěn)定性,認(rèn)為對(duì)盒1段儲(chǔ)層實(shí)施氮?dú)馀菽@水平井是可行的;最后介紹了DP14井、DP19井和DP22井的現(xiàn)場試驗(yàn)情況和應(yīng)用效果。DP14井、DP19井和DP22井在氮?dú)馀菽蕉毋@進(jìn)過程中油氣顯示良好,且均實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火;其中DP14井完井后,在油壓為7.1 MPa,套壓為9.3 MPa時(shí),產(chǎn)氣量為1.07×104m3/d,首次在盒1段氣層實(shí)現(xiàn)了自然建產(chǎn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明:氮?dú)馀菽菲胶馑骄苡行У貏?dòng)用該氣層儲(chǔ)量,為提高大牛地氣田盒1段氣層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率提供了新途徑,也值得類似探區(qū)借鑒。

大牛地氣田 二疊紀(jì) 氣層 氮?dú)馀菽?欠平衡鉆水平井 鄂爾多斯盆地 儲(chǔ)量動(dòng)用

大牛地氣田構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段,是中國石化5大氣源地之一。大牛地氣田二疊系下石盒子組盒1段氣層物性為低孔隙度、低地層壓力、特低滲透率、高基塊毛細(xì)管力、強(qiáng)非均質(zhì)性,常規(guī)直井和水平井幾乎不能實(shí)現(xiàn)自然建產(chǎn)。截止到2008年底,盒1段氣層探明儲(chǔ)量為1 238.74×108m3,未被動(dòng)用儲(chǔ)量為1 109.19×108m3,儲(chǔ)量動(dòng)用程度低,探明儲(chǔ)量動(dòng)用率僅為8.42%。為了提高該儲(chǔ)層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率,實(shí)現(xiàn)中國石化華北分公司年產(chǎn)氣30×108m3、穩(wěn)產(chǎn)20年的目標(biāo),迫切需要?jiǎng)佑煤?段氣層。為此對(duì)其開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井技術(shù)的研究與現(xiàn)場試驗(yàn)。

1 盒1段氣層工程地質(zhì)特征

大牛地氣田盒1段氣層為河流相辮狀河道沉積,方向?yàn)楸睎|—南西向或近南北向[1]。儲(chǔ)層孔隙類型為粒間孔,室內(nèi)巖心測試孔隙度分布范圍為4.0%～19.3%,平均孔隙度為8.37%,滲透率分布為0.101～53.6 mD,平均滲透率為0.484 mD;DST測試壓力盒1段氣層中部壓力系數(shù)為0.83～0.99,平均壓力系數(shù)為0.89[2-3]。盒1段儲(chǔ)層為辮狀河道沉積,砂體展布不均,層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng),層內(nèi)非均質(zhì)性主要表現(xiàn)為層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性。

2 循環(huán)介質(zhì)的優(yōu)選

為了盡可能地減小對(duì)儲(chǔ)層的傷害,通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)潛在的傷害機(jī)理進(jìn)行了評(píng)估。收集了盒1段氣層的巖心資料進(jìn)行了具體的儲(chǔ)層傷害分析。

圖1給出了盒1段氣層巖心損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從圖1中可以確定出盒1段氣層欠平衡水平井的最佳欠壓值為3.4 M Pa,即在盒1段氣層實(shí)施欠平衡水平井的循環(huán)介質(zhì)當(dāng)量循環(huán)密度需小于0.76 g/cm3,滿足該條件的循環(huán)介質(zhì)只有氮?dú)夂偷獨(dú)馀菽?但考慮到鉆井時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)影響、電磁隨鉆測量系統(tǒng)的可靠性要求以及鉆頭的冷卻問題,決定選用可循環(huán)氮?dú)馀菽鳛檠h(huán)介質(zhì),其當(dāng)量循環(huán)密度為0.2～0.5 g/cm3,滿足了施工要求。

圖1 盒1段氣層巖心損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

3 氮?dú)馀菽浞?/h2>

通過理論分析和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究優(yōu)選出適用于盒1段氣層的可循環(huán)氮?dú)馀菽号浞綖?0.5%～1%發(fā)泡劑+0.2%～0.5%穩(wěn)泡劑+0.5%～1%井壁穩(wěn)定劑+0.5%～1%防水鎖劑+輔助劑。其性能指標(biāo)為:密度為1 g/cm3;塑性黏度為10～20 m Pa·s;屈服值為5～12 Pa;發(fā)泡體積為350～560 m L;半衰期為200 min。該體系具有良好的抗鹽性能、耐溫性和循環(huán)性,但耐油性較弱[4-6]。

4 氮?dú)馀菽@水平井可行性分析

4.1 地層出水分析

大牛地氣田盒1段氣藏為無底水,無邊水,無氣水邊界的氣驅(qū)氣藏。根據(jù)開采和勘探歷史證明無明顯地層水存在。

表1給出了盒1段氣層部分生產(chǎn)井的試氣結(jié)果,從結(jié)果中可以明顯地看出,盒1段儲(chǔ)層的絕大部分井不產(chǎn)水,只要少部分井微量產(chǎn)水,微產(chǎn)水量不會(huì)對(duì)氮?dú)馀菽菲胶馐┕ぴ斐捎绊憽?/p>

表1 盒1段部分井試氣簡表 m3/d

4.2 井壁穩(wěn)定性分析

4.2.1 砂巖井壁穩(wěn)定

為了研究盒1段氣層欠平衡水平井在砂巖內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)的井壁穩(wěn)定性問題,對(duì)盒1段氣層直井橫向取心后,進(jìn)行了巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)。

表2給出了盒1段氣層巖心強(qiáng)度室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從表2中可以看出在圍壓為10 M Pa時(shí),巖石的平均抗壓強(qiáng)度為116.8 M Pa,而通過模擬計(jì)算在氮?dú)饨橘|(zhì)下的井內(nèi)最大應(yīng)力為93.95 M Pa,因而不會(huì)出現(xiàn)井壁失穩(wěn)[7]。

表2 盒1段氣層巖心強(qiáng)度室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

4.2.2 泥巖井壁穩(wěn)定

盒1段氣層總體上砂體展布穩(wěn)定,但其砂體內(nèi)局部仍發(fā)育有薄的泥巖夾層或泥質(zhì)條帶。為了研究在氮?dú)馀菽菲胶夤r下鉆遇泥巖的井壁穩(wěn)定性問題[8],對(duì)盒1段氣層的泥巖穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

圖2給出了盒1段氣層泥巖浸泡前(左)和浸泡后(右)井壁穩(wěn)定判斷圖。從圖2中可以明顯看出:鉆井液浸泡前井壁穩(wěn)定,只有局部有輕微剝落掉塊;鉆井液浸泡后井壁穩(wěn)定性下降,井壁開始出現(xiàn)大范圍垮塌失穩(wěn)。因此,泡沫鉆井液鉆遇泥巖或泥質(zhì)條帶存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 泥巖浸泡前(左)和浸泡后(右)井壁穩(wěn)定判斷圖

5 現(xiàn)場試驗(yàn)

2009年先后針對(duì)大牛地氣田的盒1段氣層在DP14井、DP19井和DP22井開展了氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的現(xiàn)場試驗(yàn),在儲(chǔ)層保護(hù)、油氣發(fā)現(xiàn)、自然建產(chǎn)和提高鉆井速度方面取得了顯著效果,表3給出了盒1段氣層氮?dú)馀菽菲胶馑骄畬?shí)施情況。

表3 盒1段氣層氮?dú)馀菽菲胶馑骄畬?shí)施情況表

5.1 DP14井應(yīng)用情況

DP14井在隨鉆過程中均能點(diǎn)火,且火焰高度為5～6 m。在最后一趟鉆鉆至4 147.03 m時(shí)出現(xiàn)埋鉆具事故,在處理事故放噴中,放噴口有基液夾帶大塊泥巖噴出,事故原因?yàn)殂@遇盒1段底部泥巖,出現(xiàn)泥巖垮塌埋鉆。完鉆后進(jìn)行篩管完井投產(chǎn),在油壓為7.1 M Pa;套壓為9.3 M Pa時(shí),產(chǎn)氣量為1.07×104m3/d,實(shí)現(xiàn)了盒 1段儲(chǔ)層的欠平衡直接建產(chǎn)[9]。圖 3給出了DP14井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡,圖4給出了DP14井隨鉆點(diǎn)火情況。

圖3 DP14井實(shí)鉆軌跡圖

5.2 DP19井應(yīng)用情況

DP19井采用氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井技術(shù),實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火,火焰高達(dá)3～5 m。在欠平衡水平段的鉆井過程中由于兩次鉆遇大段泥巖,進(jìn)行了兩次后退懸空下切側(cè)鉆繞泥,導(dǎo)致氮?dú)馀菽菲胶鈱?shí)鉆進(jìn)尺超過1 500 m,在整個(gè)欠平衡水平段鉆井過程中沒有出現(xiàn)井壁失穩(wěn)。圖5給出了DP19井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡,圖6給出了DP19井隨鉆點(diǎn)火情況。

圖4 DP14井隨鉆火焰圖

圖5 DP19井實(shí)鉆軌跡圖

圖6 DP19井隨鉆點(diǎn)火火焰圖

5.3 DP22井應(yīng)用情況

DP22井在水平段的氮?dú)馀菽菲胶忏@進(jìn)過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火,火焰高4～6 m,后效火焰高9～11 m,油氣顯示非常活躍。DP22井在井深3 727～3 906 m井段伽馬值偏高,判斷為鉆遇泥巖夾層,后退至3 470 m處進(jìn)行懸空下切側(cè)鉆,后鉆至井深4 442 m處完鉆,由于后退下切側(cè)鉆導(dǎo)致氮?dú)馀菽瓕?shí)鉆進(jìn)尺超過1 900 m。在最后一趟鉆起鉆過程中出現(xiàn)了卡鉆事故。事故原因?yàn)槌辽晨ㄣ@,最后一趟鉆總進(jìn)尺為281.54 m,平均機(jī)械鉆速為11.04 m/h,在鉆井過程中伽馬值偏高,同時(shí)出口處沒有巖屑返出。圖7給出了DP22井氮?dú)馀菽菲胶馑蕉螌?shí)鉆軌跡。

圖7 DP22井實(shí)鉆軌跡圖

6 取得的主要成果

DP14井、DP19井和DP22井氮?dú)馀菽菲胶忏@水平井的成功實(shí)施為提高大牛地氣田盒1段氣層的探明儲(chǔ)量動(dòng)用率提供了新途徑,對(duì)提高大牛地氣田勘探開發(fā)效益和加快大牛地氣田勘探開發(fā)進(jìn)程具有重要意義。

1)在鉆遇泥巖時(shí)應(yīng)用后退懸空下切側(cè)鉆技術(shù),能有效地保證氮?dú)馀菽菲胶忏@井在鉆遇泥巖時(shí)的井壁穩(wěn)定。

2)DP14井、DP19井和DP22井氮?dú)馀菽蕉卧诳厮巽@進(jìn)的條件下,機(jī)械鉆速分別為:5.86 m/h、3.79 m/h和10.28 m/h,3口井氮?dú)馀菽蕉纹骄鶛C(jī)械鉆速為5.90 m/h,較常規(guī)水平井平均機(jī)械鉆速提高了118%。

3)DP14井、DP19井和DP22井在氮?dú)馀菽蕉毋@進(jìn)過程中油氣顯示良好,且均實(shí)現(xiàn)了隨鉆點(diǎn)火。

4)DP14井完井后,在油壓為7.1 M Pa,套壓為9.3 M Pa時(shí),產(chǎn)氣量為1.07×104m3/d,首次在盒1段氣層實(shí)現(xiàn)了自然建產(chǎn)。

7 結(jié)論與建議

1)盒1段氣層砂體鉆遇率高,但是有效儲(chǔ)層鉆遇率低。DP14井砂體鉆遇率為100%;DP19井砂體鉆遇率為99.54%。DP14井有油氣顯示層段鉆遇率為65.36%;DP19井具有全烴顯示的層段僅為21.08%。因此,在氮?dú)馀菽骄畬?shí)施前應(yīng)做好儲(chǔ)層的精細(xì)描述,以達(dá)到預(yù)期的地質(zhì)目的。

2)鉆前進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析和鉆井工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在能達(dá)到地質(zhì)目的和經(jīng)濟(jì)可行性的基礎(chǔ)上實(shí)施氮?dú)馀菽@水平井。

3)在氮?dú)馀菽骄@井過程中,需嚴(yán)格控速鉆進(jìn),前期控速是為了保證井眼的規(guī)則和光滑,避免在前期出現(xiàn)大的狗腿,為長水平段的施工打下基礎(chǔ);后期控速是為了避免井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)。

4)制訂適合盒1段氣層的氮?dú)馀菽@水平井操作規(guī)程,在盒1段氣層欠平衡鉆水平井過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程實(shí)施。

[1]常興浩,王延賓,韓德馨.大牛地氣田下石盒子組儲(chǔ)層特征[J].天然氣工業(yè),2004,24(11):19-21.

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[3]郝蜀民,惠寬洋,李良,等.鄂爾多斯盆地大牛地大型低滲氣田成藏特征及其勘探開發(fā)技術(shù)[J].石油與天然氣地質(zhì), 2006,27(6):762-768.

[4]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營:石油大學(xué)出版社,2001.

[5]趙仁保,岳湘安,柯文奇,等.氮?dú)馀菽w系穩(wěn)定性的影響因素研究[J].石油學(xué)報(bào),2009,30(1):84-87,91.

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[8]劉向君,羅平亞.泥巖地層井壁穩(wěn)定性研究[J].天然氣工業(yè),1997,17(1):45-48.

[9]湯明,何世明,邢景寶,等.大牛地氣田DP14水平井氮?dú)馀菽@井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].天然氣工業(yè),2010,30(3):74-76.

Horizontal well drilling by nitrogen foam through the firstmember of lower Shihezi Formation at the Dan iudi Gas Field

He Shiming1,Tang M ing1,Xing Jingbao2,Zheng Fenghui2,Deng Honglin2,Zhou Xiaohong3,Zhou Huaiguang3
(1.School of Petroleum Engineering,Southw est Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China; 2.H uabei Com pany,Sinopec,Zhenzhou,Henan 450006,China;3.Tarim Oilfield Com pany,PetroChina, Kuler,Xinjiang 840000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 10,pp.49-52,10/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The pay zone of the first member of lower Permian Shihezi Fo rmation(He-1),Daniudi Gas Field,is featured by low porosity,low fo rmation p ressure,extremely low permeability,a high matrix capillary fo rce,and strong heterogeneity.Wells here can hardly achieve industrial flow by conventional verticalo r horizontalwell drilling,w hich is the reason that the ratio of p roducing p rov-en reserves had been only 8.42%by the end of 2008.In o rder to effectively p roduce mo re reserves out of He-1,studies and field tests of underbalanced drilling w ith nitrogen foam were carried out here.With the geologic conditionsof He-1 taken into consideration,base fluid for nitrogen foam was first op timized,then the water p roduction and wellbo re stability at He-1 were studied,w hich suggests that the horizontal drilling w ith nitrogen foam was p roved to be p ractical for He-1.Finally the field test results on the DP14,DP19 and DP22 wellsare introduced as follow s:Good oil/gas flow wasobserved in all the threewells during drilling,and gas flaring was perfo rmed w hile drilling;After comp letion of the well DP14,the tubing p ressure was 7.1 M Pa and casing p ressure 9.3 M Pa,and the gas rate reached up to 1.07×104m3/d,an industrial flow of w hich wasobtained at He-1 fo r the first time.The field tests also p rove that the horizontal drilling w ith nitrogen foam can effectively help p roduce reserves out of He-1,p roviding not only a new app roach fo r imp roving the ratio of p roducing p roved reserves out of He-1 at the Daniudi Gas Field,but good reference for similar explo ration areas.

Daniudi Gas Field,Permian,gas zone,nitrogen foam,horizontal drilling,underbalanced drilling,Ordos Basin,p roducing reserves

何世明等.大牛地氣田盒1段氣層氮?dú)馀菽@水平井技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(10):49-52.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.012

國家科技重大專項(xiàng)專題“大牛地氣田鉆完井技術(shù)及儲(chǔ)層壓裂技術(shù)”(編號(hào):2008ZX050450307)。

何世明,1966年生,教授,博士;主要從事欠平衡鉆井、井壁穩(wěn)定、井控等方面的科研與教學(xué)工作。地址:(610500)四川省成都市新都區(qū)新都大道8號(hào)。電話:13981894760。E-mail:hesm-swpu@sohu.com

2010-07-29 編輯 鐘水清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.012

He Shim ing,p rofessor,born in 1966,holdsa Ph.D degree,being engaged in teaching and research on UBD,wellbo re stability,and well control.

Add:No.8,Xindu Avenue,Xindu District,Chengdu,Sichuan 610500,P.R.China

Mobile:+86-13981894760 E-mail:hesm-swpu@sohu.com