普光高含硫化氫氣井產(chǎn)出剖面測井解釋與應(yīng)用

彭鑫嶺, 曾大乾, 付德奎, 秦冬林, 李濤

(1.中國石化中原油田普光分公司, 四川 達州 635000; 2.中國石化中原油田分公司, 河南 濮陽 457001)

0 引 言

普光氣田是迄今國內(nèi)首個成功投入開發(fā)的整裝海相高含硫化氫氣田,氣藏埋深4 800～5 800 m,原始地層壓力55～57 MPa,地層溫度120～134 ℃。儲層非均質(zhì)性較強,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層間互發(fā)育;儲集空間以孔隙為主,局部發(fā)育裂縫和溶洞[1]。氣井實鉆氣層視厚度70～630 m,氣層井段跨度97～1 100 m[2]。氣井投產(chǎn)氣層厚度38～558 m,投產(chǎn)井段跨度38～839 m[3]。氣田投產(chǎn)后,部分氣井產(chǎn)能與同部位儲層發(fā)育相似氣井相比差異大,不同程度低于地質(zhì)預(yù)測產(chǎn)能,如P201-2、P203-1、P101-3等井實測無阻流量不到地質(zhì)預(yù)測無阻流量的一半。為了準確掌握氣井產(chǎn)出狀況,為下步增產(chǎn)措施提供基礎(chǔ)資料,必須及時開展產(chǎn)出剖面測井。

產(chǎn)出剖面測井參數(shù)包括流量、持水率、密度、溫度、壓力和其他參數(shù)(套管接箍、自然伽馬)等[4-5]。普光氣田開展產(chǎn)出剖面測井需要解決3個方面的難題:①硫化氫為劇毒氣體,危險性極大,井口動態(tài)密封系統(tǒng)要求非常高;②氣井井口壓力高,產(chǎn)量高(最高120×104m3/d),井口控壓防噴難度大;③井下工況條件非常惡劣,地層流體具有強烈的腐蝕性,對井下測試儀器、工具、測試電纜(或鋼絲)、密封膠圈等的材質(zhì)要求非常高[6-7]。本文通過調(diào)研和試驗研究,優(yōu)選滿足安全環(huán)保和井下高酸性工況要求的電纜直讀式井下組合儀器、測試工藝開展產(chǎn)出剖面測井。其工藝流程:①通井,掌握遇阻位置和井筒堵塞情況,確定產(chǎn)出剖面測井井段;②實施多工作制度產(chǎn)出剖面測井資料錄取。普光高含硫化氫氣井產(chǎn)出剖面測井成果的應(yīng)用經(jīng)驗,為類似氣田高效開發(fā)提供借鑒。

1 產(chǎn)出剖面測井解釋

普光高含硫化氫氣井具有硫化氫含量高、儲量豐度高、氣藏壓力高、氣藏埋藏深的特點,根據(jù)“三高一深”的特點,產(chǎn)出剖面測井優(yōu)選PBMS(自然伽馬/套管節(jié)箍/溫度/壓力)+PCMS(拉伸力測量)+PILS(連續(xù)流量計)+PFCS(扇形流量計)組合儀器串,錄取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、持水率、自然伽馬等數(shù)據(jù)[4],綜合分析氣井投產(chǎn)氣層產(chǎn)出狀況和氣、水的產(chǎn)出量及各相的含量[6]。以P201-1井為例,P201-1井位于構(gòu)造高部位,投產(chǎn)井段4 755～5 246 m,跨度491 m,投產(chǎn)氣層厚度388 m,油管鞋下入深度4 747.25 m。

1.1 產(chǎn)出剖面測井資料錄取

在通井過程中,測試儀器遇阻深度為4 943 m,遇阻位置以下303m投產(chǎn)井段堵塞;確定產(chǎn)出剖面測井井段4 770～4 935 m,跨度165 m,氣層厚度93.6 m。

首先將儀器串下至產(chǎn)層中深,按設(shè)計的30×104、50×104、70×104、90×104m3/d這4個工作制度調(diào)產(chǎn)至生產(chǎn)穩(wěn)定;在測試井段以12、18、24、30 m/min的速度勻速上提下放測試儀器串,分別錄取每個制度4趟上行和下行數(shù)據(jù)。

1.2 產(chǎn)出剖面測井資料預(yù)處理與評價

利用錄取的自然伽馬曲線對產(chǎn)出剖面測井資料進行深度校正,不存在深度誤差。評價錄取的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等數(shù)據(jù)重復性好,數(shù)據(jù)質(zhì)量合格。

1.3 產(chǎn)出剖面測井解釋

1.3.1 理論模型和原理

根據(jù)普光氣田氣井特點,產(chǎn)出剖面測井應(yīng)用持水率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速2個參數(shù)確定流量,結(jié)合溫度、壓力數(shù)據(jù)分析產(chǎn)出流體的層位以及各個層位的產(chǎn)量。分為3個步驟進行測井解釋:流型分析、選擇解釋模型、參數(shù)計算。

流型分析。對于氣液兩相流動,用測井資料判斷流型的方法是利用持氣率或流體密度測井資料判斷。泡狀流動中,氣相以氣泡狀分散在連續(xù)液相中,液相為連續(xù)相。氣泡較多時,許多小泡聚集并形成大泡,大氣泡的形狀是上部呈彈型,下面呈平面狀。氣相流量進一步增加,2個大氣泡之間由塊狀液相分開,形成段塞流。氣相流量繼續(xù)增加,段塞破裂形成氣相中心,液相介質(zhì)在流道表面形成帶有波面的液流,即沫狀流。

選擇解釋模型。根據(jù)流型分析結(jié)果,優(yōu)選合適的氣水兩相流動解釋模型。

氣水兩相流動漂流模型,適用于氣水泡狀流動和段塞狀流動

(1)

氣水兩相流動滑脫模型,適用于氣水泡狀流動和段塞狀流動

(2)

氣水兩相流動均流模型,適用于霧狀流動情況

vsg=Ygvmvsl=vm-vsg

(3)

式中,vsg為氣相表觀速度;vm為流體平均速度;Yg為氣相持率;vs為滑脫速度;vsl為液相表觀速度;co為氣體分布系數(shù);vb為氣泡在靜水中的浮升速度。

參數(shù)計算。定量解釋前,首先確定評價井段,一般選擇靠近各個產(chǎn)層上方的井段為評價井段(見圖1)。

圖1 參數(shù)計算過程

1.3.2 產(chǎn)出剖面測井解釋

首先選取合理的連續(xù)流量計校正層段。選取校正層段必須參考轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、測井速度以及壓力、溫度曲線。該井選取校正層段為4 792.5～4 809.1 m、4 827.5～4 834.5 m以及4 903.4～4 918.4 m。

根據(jù)連續(xù)流量計響應(yīng)的結(jié)果和壓力、溫度等數(shù)據(jù),解釋30×104、50×104、70×104、90×104m3/d這4個工作制度下產(chǎn)氣層厚度和各氣層產(chǎn)量占比,解釋結(jié)果基本一致。解釋測井井段(4 770～4 935 m)有8個產(chǎn)氣層,產(chǎn)氣層厚度累計32.5 m(見表1),產(chǎn)氣層厚度占投產(chǎn)氣層厚度比僅8.38%;采用產(chǎn)出剖面測井專業(yè)解釋軟件進行定量解釋,計算各層的產(chǎn)氣量(見表1)。需要說明的是該井測試儀器遇阻位置以下堵塞井段產(chǎn)量占比46.34%。

表1 P201-1井70×104 m3/d產(chǎn)出剖面測井解釋成果表

1.3.3 產(chǎn)出剖面測井成果分析

普光氣田氣井產(chǎn)出剖面測井成果表明,部分氣井投產(chǎn)井段堵塞嚴重,產(chǎn)氣層占投產(chǎn)氣層比例偏低。已完成產(chǎn)出剖面測井的18口井,投產(chǎn)井段跨度96.69～594.4 m,投產(chǎn)井段氣層厚度25.4～519.4 m。其中P201-2井、P203-1井、P101-3井、P2011-3井等4口井投產(chǎn)井段固體沉積物堵塞接近油管鞋;另外14口井投產(chǎn)井段固體沉積物堵塞程度不一,測試井段占投產(chǎn)井段比14.97%～100%;解釋產(chǎn)氣層厚度0.7～92.82 m,產(chǎn)氣層厚度占射孔投產(chǎn)氣層厚度比1.35%～86.75%。結(jié)合產(chǎn)出剖面測井解釋結(jié)果,分析生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù),投產(chǎn)井段堵塞程度與氣井產(chǎn)能密切相關(guān),氣井井筒堵塞越嚴重,產(chǎn)能越低。P201-2等4口井無阻流量遠低于地質(zhì)預(yù)測無阻流量,如P201-2井根據(jù)KH值預(yù)測無阻流量560×104m3/d,系統(tǒng)試井解釋無阻流量為150×104m3/d。普光高含硫化氫氣井投產(chǎn)井段堵塞不同程度影響氣井產(chǎn)能和單井控制儲量。

2 堵塞物實驗與分析

在產(chǎn)出剖面測試過程中,井下測試儀器串多次帶出井下固體堵塞物,實驗室X射線衍射實驗分析主要成分為CaCO3,含少量的單質(zhì)硫、硫化亞鐵等成分。結(jié)合實驗室X射線衍射實驗成果資料,分析認為普光氣田氣井投產(chǎn)層段固體堵塞物主要為屏蔽暫堵劑及酸溶性暫堵劑的主要組分超細碳酸鈣。

普光氣田含特高硫化氫,硫化氫是極易致人死亡的有毒氣體,危險性、危害性非常大[7]。為確保井控安全,在鉆進目的層段過程中,泥漿比重超過地層系數(shù)0.3左右,導致儲層污染比較嚴重[8]。普光氣田飛仙關(guān)組和長興組儲層厚度大,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層間互發(fā)育,投產(chǎn)井段跨度大,投產(chǎn)作業(yè)入井液用量大,在1 000 m3左右。在投產(chǎn)作業(yè)過程中,為保證安全,射孔完起管柱前要對產(chǎn)層進行屏蔽暫堵[8],同時為了有效酸壓改造Ⅱ、Ⅲ類儲層,特別是Ⅲ類儲層,酸壓過程中加入酸溶性暫堵劑暫堵Ⅰ、Ⅱ類高滲透儲層。普光高含硫化氫氣井放噴燃燒會形成大量二氧化硫,存在巨大的安全和環(huán)保隱患[9]。根據(jù)安全環(huán)保要求,投產(chǎn)作業(yè)完成后,只能短時間開展放噴試氣,致使入井液在投產(chǎn)放噴階段僅能排出40%左右。氣井投產(chǎn)作業(yè)結(jié)束后須等待地面工程完工后才能正式投入生產(chǎn)。氣井投產(chǎn)作業(yè)結(jié)束到正式開井生產(chǎn),時間間隔2個月到16個月不等,期間殘留在井筒中的入井液發(fā)生重力分異,屏蔽暫堵劑的主要成分CaCO3等重質(zhì)固體物質(zhì)沉淀投產(chǎn)井段,導致井筒堵塞。為了充分釋放氣井產(chǎn)能,提高儲量動用程度,必須對投產(chǎn)井段堵塞嚴重的氣井進行解堵作業(yè)。

3 改造措施與效果評價

普光高含硫化氫氣井完井采用帶永久性封隔器和井下安全閥的酸壓生產(chǎn)一體化生產(chǎn)管柱[10],結(jié)合安全控制要求和地質(zhì)特點,經(jīng)過充分調(diào)研論證,優(yōu)選材質(zhì)滿足普光高含硫化氫氣井井下工況要求的連續(xù)油管沖洗解堵,改善氣井生產(chǎn)狀況。以P201-2井為例評價連續(xù)油管沖洗解堵情況及效果。

3.1 連續(xù)油管沖洗解堵

P201-2井油管內(nèi)徑76 mm,油管鞋深度5 262 m,投產(chǎn)井段5 266～5 700 m。產(chǎn)能明顯低于同部位的P201-1井。2012年第1次產(chǎn)出剖面測井,因投產(chǎn)井段固體物堵塞,工具探測遇阻位置接近油管鞋,無法錄取相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)P201-2井完井管柱特點,選用1.5 in*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同變內(nèi)徑連續(xù)油管,噴頭(Φ38.1 mm×0.10 m)+單流閥(Φ38.1 mm×0.26 m)+Roll-on接頭(Φ38.1 mm×0.05 m)沖洗工具管串。先用溫度65 ℃熱水8.8 m3壓井后,下連續(xù)油管至5 262 m處(油管鞋球座)遇阻,反復上提下放5次不能通過。泵注降阻液沖洗無進尺,從連續(xù)油管泵注(正注)酸液(5 m3),沖洗通過了5 262 m管鞋球座處后,打開放噴流程,一臺泵車泵注降阻液,另一臺泵車泵注酸液,混合泵注依次沖洗至5 338、5 455、5 472 m處,最后沖洗至目的深度5 710 m。酸液在沖洗解堵過程中起到了很好的效果,證實固體堵塞物為暫堵劑的主要成分超細碳酸鈣。

3.2 沖洗解堵效果評價

連續(xù)油管沖洗解堵后,對P201-2井進行了第2次產(chǎn)出剖面測井。探測遇阻深度為5 631 m,實際沖洗疏通投產(chǎn)井段379 m,探測靜液面深度5 503 m,產(chǎn)氣井段占投產(chǎn)井段83.9%,確定了產(chǎn)出剖面測井井段為5 266～5 496 m。

開展30×104、50×104、60×104、80×104m3/d等4個工作制度下的產(chǎn)出剖面測井。解釋4個工作制度下產(chǎn)氣層和各氣層產(chǎn)量占比基本一致。解釋測井井段5 266～5 496 m存在3個產(chǎn)氣層,產(chǎn)氣層厚度合計27.5 m(見圖2、表2)。產(chǎn)氣層厚度占投產(chǎn)氣層厚度比僅11.77%。采用產(chǎn)出剖面測井專業(yè)解釋軟件進行定量解釋,計算各層的產(chǎn)氣量[4](見表2)。該井測試儀器遇阻位置以下堵塞井段產(chǎn)量占比23.43%。

圖2 P201-2井60×104 m3/d產(chǎn)出剖面測井解釋成果圖

P201-2井解堵前后產(chǎn)出剖面測井解釋結(jié)果表明,解堵效果顯著。①地層系數(shù)、無阻流量大幅上升。地層系數(shù)由128 mD·m*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同提高到3 230 mD·m,無阻流量由150×104m3/d提高到546×104m3/d;②生產(chǎn)壓差大幅下降,采氣指數(shù)增大明顯。解堵前,測試產(chǎn)量20～40×104m3/d,生產(chǎn)壓差9.4～20 MPa。解堵后,測試產(chǎn)量36～81×104m3/d,生產(chǎn)壓差0.2～0.8 MPa。采氣指數(shù)由2.2×104m3/d增大至100×104m3/ MPa[11];③穩(wěn)產(chǎn)期增長,穩(wěn)產(chǎn)期末累產(chǎn)氣量增加。按解堵后產(chǎn)量80×104m3/d和壓降趨勢預(yù)測,該井可再穩(wěn)產(chǎn)5.8 a,穩(wěn)產(chǎn)期末累產(chǎn)氣可比解堵前增加9.3×108m3。

王祥只覺得五雷轟頂，自己隨手就弄丟了一生可能就這么一次的發(fā)財機會。但是到底是怎么回事，王祥還在云里霧里。

表2 P201-2井6×104 m3/d產(chǎn)出剖面測井解釋成果表

4 結(jié)論及建議

(1) 普光高含硫化氫氣井產(chǎn)出剖面測井結(jié)果表明,部分氣井存在投產(chǎn)井段堵塞。實驗室化驗結(jié)果表明,堵塞物是以超細碳酸鈣為主的沉積固結(jié),分析原因是投產(chǎn)作業(yè)過程中屏蔽暫堵采用的暫堵劑所致。

(2) 針對普光氣田“三高一深”的特點,優(yōu)選PBMS+PCMS+PILS+PFCS組合儀器串開展了產(chǎn)出剖面測井,基于持水率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參數(shù)確定流量的原理,通過流型分析、優(yōu)選模型和參數(shù)計算進行解釋,明確了氣井投產(chǎn)層段產(chǎn)出狀況。

(3) 針對普光高含硫化氫氣井完井采用帶永久性封隔器的酸壓生產(chǎn)一體化管柱的特點,優(yōu)選連續(xù)油管沖洗解堵工藝,改善了氣井產(chǎn)出剖面,提高了氣井產(chǎn)能。P201-1井連續(xù)油管沖洗解堵后,氣井地層系數(shù)、無阻流量大幅上升。

(4) 鑒于普光高含硫化氫氣井鉆井過程中高比重泥漿、投產(chǎn)作業(yè)過程中暫堵劑造成氣井投產(chǎn)井段堵塞,建議類似氣井鉆井過程中優(yōu)化泥漿配方,降低泥漿比重,同時,留存一定深度的口袋,投產(chǎn)作業(yè)過程中采用酸溶性暫堵劑。

(5) 鑒于普光高含硫化氫氣井投產(chǎn)作業(yè)后放噴階段返排率偏低、暫堵劑導致投產(chǎn)井段堵塞,建議類似氣井投產(chǎn)作業(yè)減少入井液用量,作業(yè)完成后盡快投產(chǎn),避免投產(chǎn)井段固體沉積物堵塞和污染。

參考文獻:

[1] 張世民, 彭鑫嶺, 畢建霞, 等. 普光氣田開發(fā)方案 [R]. 達州: 中原油田普光分公司, 2006.

[2] 張世民, 彭鑫嶺, 張慶生, 等. 普光氣田投產(chǎn)方案 [R]. 達州: 中原油田普光分公司, 2008.

[3] 彭鑫嶺, 張世民, 張雪松, 等. 普光氣田氣井投產(chǎn)層段優(yōu)化方法與效果 [J]. 天然氣工業(yè), 2011, 31(5): 61-63.

[4] 郭海敏. 生產(chǎn)測井導論 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2010: 360-378, 381-392.

[5] 田素月, 司馬立強. 普光地區(qū)縫洞性儲層巖電參數(shù)影響因素分析 [J]. 測井技術(shù), 2009, 33(2): 130-134.

[6] 彭鑫嶺, 曾大乾, 張世民, 等. 普光氣田高含硫化氫氣井開發(fā)測井工藝優(yōu)選與應(yīng)用 [J]. 天然氣工業(yè), 2012, 32(11): 32-35.

[7] 趙開良, 吳永清, 姚慧智, 等. 高含H2S深層天然氣藏長井段射孔技術(shù) [J]. 測井技術(shù), 2010, 34(4): 398-402.

[8] 戴金星, 胡見義, 賈承造, 等. 科學安全勘探開發(fā)高硫化氫天然氣田的建議 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2004, 31(2): 1-4.

[9] 曹耀峰. 超深高酸性氣田鉆井工程技術(shù)與實踐 [M]. 北京: 中國石化出版社, 2011: 362-363.

[10] 沈琛. 普光高酸性氣田采氣工程技術(shù)與實踐 [M]. 北京: 中國石化出版社, 2013: 216-218, 251-255.

[11] 何生厚. 高含硫化氫和二氧化碳天然氣田開發(fā)工程技術(shù) [M]. 北京: 中國石化出版社, 2008: 179-181.