火山巖氣藏采氣工藝及方案設計要點

李文魁劉巖周廣厚王云曹光強吳曉東

1.中國石油勘探開發研究院廊坊分院 2.中國石油大學(北京)石油天然氣工程學院

火山巖氣藏采氣工藝及方案設計要點

李文魁1劉巖1周廣厚1王云1曹光強1吳曉東2

1.中國石油勘探開發研究院廊坊分院 2.中國石油大學(北京)石油天然氣工程學院

李文魁等.火山巖氣藏采氣工藝及方案設計要點.天然氣工業,2010,30(2):58-60.

火山巖氣藏地質和開發特征具有特殊性,對其采氣工藝及方案設計開展了相應的研究與探討。以松遼盆地的大慶徐深氣田和吉林長嶺氣田為例,運用理論研究與現場實際分析相結合的方法,研究了火山巖氣藏在完井方式選擇、儲層改造、防腐工藝及排水采氣等采氣工藝方面的特點,并指出了火山巖氣藏采氣工程方案設計中應重點考慮的關鍵點。研究結果表明:火山巖氣藏固相侵入、水鎖傷害嚴重,必須全生產過程進行儲層保護;裂縫開啟機理復雜,需采取合理的壓裂設計與工藝措施,如加支撐劑前加細粉砂等;同時考慮到火山巖氣藏CO2含量普遍較高,在生產過程中應加強防腐工作。

火山巖氣藏 完井方式 采氣工藝 方案 設計 水鎖 裂縫(巖石) 防腐

1 火山巖氣藏地質與開發特征

1.1 儲層分布特點

火山巖氣藏氣層由多段組成,含氣井段長,單一氣層厚度變化大。平面上,分布較為分散,連續性差。區塊之間不連續,但區塊內氣層平面上可以疊加連片。

1.2 氣藏特征

1.2.1 儲滲空間

火山巖儲集空間類型具有多樣性,既有孔隙又有氣孔和裂縫,孔隙結構十分復雜。火山巖滲流通道也比較復雜,既有孔隙吼道,也有裂縫,甚至有串珠狀氣孔?；鹕綆r孔隙連通性差,雖然有原生孔隙存在,但多數呈孤立狀,因而難以對儲滲起作用。而在有裂縫存在的巖段,雖然孔隙度幾乎沒有什么增加,但滲透率卻高達幾百、甚至幾千毫達西,可見裂縫在改善火成巖儲集性能方面所起的重要作用。

1.2.2 儲層物性類型

火山巖氣藏孔滲普遍較低,多為中—低孔、中—低—特低滲儲層。

1.2.3 氣水系統

總體氣水關系復雜。徐深火山巖氣藏構造高部位為純氣層,構造低部位為氣水同層或水層;長嶺主體區塊具統一氣水界面,為底水構造氣藏。

1.3 氣藏溫度壓力特征

大慶徐深氣田地層壓力系數為1.020～1.067,地溫梯度為3.08℃/100m[1];吉林長嶺1號壓力系數平均為1.132;地溫梯度平均為3.412℃/100m。均屬正常溫度系統。新疆陸東—五彩灣火山巖氣藏屬正常溫度系統[2],壓力系數介于1.16～1.33,有部分井區屬異常高壓。

1.4 流體特點

吉林長嶺、大慶徐深和新疆五彩灣火山巖氣藏都是以甲烷為主的干氣藏,不含H2S。長嶺氣田CO2含量高且穩定,平均27.19%;徐深氣田CO2含量變化較大,0.54%～31%;五彩灣氣田CO2含量低,最高只有0.32%。

1.5 開發特征[3-4]

1)氣井試氣無阻流量普遍較低,徐深氣田以小于10×104m3/d為主,長嶺氣田無阻流量介于15.4～74.5×104m3/d。

2)徐深氣田各井產量差異大,多數井產量較低,需壓裂措施方可獲得工業氣流;長嶺1號氣田產量較高,但有部分井仍需壓裂改造。

3)單井產量、壓力遞減快,關井壓力恢復緩慢,表明儲層物性差、外圍供給能力弱,需合理控制采氣速度,提高最終采收率。

4)氣水關系復雜,存在裂縫、邊水、底水,需控制一定的生產壓差。

5)儲層連通性差,單井控制動態儲量少。

2 火山巖氣藏開采工藝特點

2.1 完井方式選擇

火山巖儲層產能低,存在邊、底水,具有改造增產的潛在要求,因此直井、水平井的主體完井方式都選擇射孔完井。對于產能高、無須壓裂的水平井,由于火山巖出砂的風險比較小,可選用篩管+管外封隔器或裸眼方式完井。

2.2 儲層改造

火山巖儲層雖然微裂隙較發育,但大多基質滲透率低、物性差,壓裂前大部分井很難達到工業產氣量,需通過人工裂縫有效溝通天然裂縫,提高單井控制面積,獲得較高產能。因此壓裂改造是保證火山巖氣藏有效開發的重要技術手段。

但火山巖的壓裂又有其特殊性。這是由于火山巖中的大量微裂縫,如不加控制,在壓裂中會出現多條裂縫同時開啟,這些開啟的小裂縫及巖體中的微裂縫只過液不過砂,導致局部砂橋而使施工失敗[5]。因此,必須優化壓裂方案設計,以形成有足夠寬度與長度的主裂縫,才能保證施工順利,從而大幅提高氣井產能。

2.3 防腐工藝

防腐技術主要采取兩條路線:①特殊管材防腐。鉻鋼(主要是11Cr、13Cr,更高級的有 HP13Cr、22Cr等)、內涂層油管、非金屬管、雙金屬復合油管等。②緩蝕劑應用?？捎闷胀ㄌ间揚110或N80+井下封隔器+油套環空加緩蝕劑。由于低合金鋼(3Cr、9Cr)耐蝕性比碳鋼無明顯優勢且價格高出2～3倍,因此可用普通碳鋼而不用低合金鋼。

徐深氣田達深3區塊CO2分壓在0.012～10.24MPa范圍內,井底溫度最高達142℃,必須采取防腐措施。從采用普通管材并加入緩蝕劑、采用內涂層油管以及11Cr管材3種選擇方案的單井總投資費用對比可看出:①對于生產年限較長的一類井,在10年的生產期內,采用11Cr管材要比普通管材加入緩蝕劑更加經濟;此生產年限使用內涂層油管雖然經濟,但后期效果不一定好,綜合考慮采用11Cr管材更合理。②對于生產年限短的二、三類井,使用普通管材+緩蝕劑或者內涂層管材要比使用11Cr管材更經濟。

2.4 排水采氣

從火山巖氣藏開發特征來看,氣水關系復雜、存在邊底水、裂縫發育,因此氣井出水會比較嚴重,選擇適宜的排水采氣方式是穩產的必要條件。徐深氣田有的氣井出水已比較嚴重,但目前大慶徐深氣田的大部分井能攜液生產,未大面積采取氣舉措施。由于泡排技術比較成熟,適合氣井產水量小的情況,比較適合達深3區塊的氣井。目前達深3區塊正在一些井上進行試驗,優選適合的泡排劑。

大慶在下白堊統登婁庫組的深層產氣量低、高產水的氣井上成功應用了氣舉輔助排液采氣工藝,對徐深火山巖氣藏很有借鑒意義。

3 火山巖氣藏采氣工程方案設計要點

火山巖氣藏采氣工程方案設計和常規氣藏一樣要嚴格按《采氣工程方案設計編寫規范》和《天然氣管理規定》的基本原則進行設計,方案設計的方法應具有科學性、方案設計的內容應具有針對性和完整性、方案設計的實施具有較強的可操作性與經濟可行性。這里主要針對火山巖氣藏特征進行方案設計要點探討。

3.1 關于儲層保護

首先要通過敏感性實驗來確定儲層傷害的原因。對于低孔低滲、裂隙發育的火山巖儲層,固相入侵、水鎖通常是首要的傷害原因;其次分析采氣作業中可能導致的氣層傷害。表1為火山巖氣藏在各種作業中可能造成氣層傷害的主要形式。

表1 采氣作業中氣層傷害的形式表

針對敏感性分析結果和各種作業中導致儲層傷害的形式,制定具體、有效的保護措施。根據大慶徐深某區塊巖心敏感性實驗結果,對入井液提出了以下要求:①無固相體系;②入井液中加入適當的表面活性劑或使用非水基作業液降低入井液的表面張力和界面張力,減輕水鎖損害程度;③礦化度高于14000mg/L,加入聚季胺鹽等黏土穩定劑,防止水敏;④減少入井液濾失量,壓井液等密度一般控制在1.1～1.25g/cm3。

作業中通過下列措施,減輕或消除傷害:①盡量采用近平衡鉆井,負壓射孔;②盡可能開展各種聯作技術,減少重復壓井引起的儲層損害;③優化施工設計,簡化作業工序,縮短浸泡時間;④條件許可時,壓裂后采用不壓井作業施工。

3.2 完井設計

火山巖儲層的特點是裂隙發育、低孔低滲。因此壓裂增產、控制邊底水以及防腐,應成為火山巖氣藏選擇完井方式的首要考慮因素。同其他完井方式相比,套管射孔完井有如下特點:

1)選擇性射開不同壓力物性氣層,避免層間干擾。2)避開夾層水、底水;避開夾層坍塌。

3)具備分層采氣和選擇性壓裂或酸化等分層作業條件。

因此,火山巖儲層的直井、水平井的主體完井方式都選擇套管射孔完井。由于火山巖儲層低孔低滲、出砂風險比較小,對于產能高、無須壓裂的水平井,也可考慮選用篩管+管外封隔器或裸眼方式完井。

3.3 采氣井口優選

對于CO2含量較高的火山巖氣藏,在選擇采氣井口時要優先考慮材料級別,其次是壓力等級、溫度等級等。大慶徐深和吉林長嶺1號火山巖氣田的井口基本要求如下。

1)材料級別:按標準用CC級即可,但考慮國內材料質量,可用FF級。

2)耐溫等級:LU(-46～121℃)。

3)壓力等級:70MPa。

3.4 排水采氣工藝

排水采氣的方法主要有泡沫排水、氣舉排水(連續氣舉、間歇氣舉)、機抽排水、電潛泵排水、射流泵排水等。各種排水采氣方法有其技術特點和適應條件,大慶和長嶺火山巖氣藏排水采氣方法主要以泡沫排水和氣舉為主。

3.5 防腐設計

大慶和長嶺火山巖氣藏氣井的CO2腐蝕普遍嚴重。CO2的腐蝕主要是由于CO2溶于水生成碳酸引起的電化學腐蝕所致。從以下幾方面對腐蝕程度進行初判:

1)根據靜壓以及CO2含量,計算區塊典型井的CO2分壓情況。

2)判斷地層水的Cl以及礦化度情況。

3)當溫度低于60℃時,以均勻腐蝕為主;當溫度在60～110℃時,局部孔蝕嚴重;當溫度高于150℃時,腐蝕率下降。

4)如果p H值大于8,則會大大減弱腐蝕程度。

根據以上評判及生產實際綜合判斷影響氣井油套管腐蝕的主要原因、程度(指不腐蝕、腐蝕還是嚴重腐蝕)及各種因素的腐蝕速率等。然后根據井的產量、開采年限,再結合腐蝕初判,計算采用各種防腐措施所需要的費用進行防腐方案選擇。

對于產量高、開采時間長、經濟效益好而腐蝕嚴重的井需要重點保護,考慮采用11Cr、13Cr及以上鋼級管材增加其使用年限;對于產量中等、經濟效益一般的井,若腐蝕嚴重可采用低鉻鋼加注緩蝕劑的方法或采用高鉻鋼;對于產量低、經濟效益差的井,只采用普通管材加注緩蝕劑防腐。

4 認識與建議

1)針對火山巖氣藏,要精心組織、周密細致做好采氣工程方案的編制工作。

2)火山巖氣藏由于固相入侵、水鎖傷害嚴重,必須全生產過程進行儲層保護。

3)火山巖氣藏壓裂裂縫開啟機理復雜,需要加強測試壓裂分析,采用合理的壓裂措施,例如,加支撐劑前加細粉砂壓裂技術等。

4)火山巖氣藏大多CO2含量高,需要加強實施防腐措施:對于高產井,選用不銹鋼管材防腐;對于低產井,選用普通鋼管材防腐劑防腐。

5)火山巖氣藏排水采氣方式優先采用優選管柱、泡排和氣舉。

[1]徐正順,王渝明,龐彥明,等.大慶徐深氣田火山巖氣藏的開發[J].天然氣工業,2008,28(12):74-77.

[2]高先志,沈楠,何萬軍,等.彩25井區石炭系火成巖氣藏形成條件[J].天然氣工業,2008,28(5):18-20.

[3]曹寶軍,李相方,姚約東,等.火山巖氣藏開發難點與對策[J].天然氣工業,2007,27(8):82-84.

[4]袁昭,楊傳宏.火山巖油氣藏開發相關問題探討[J].吐哈油氣,2008,13(3):263-268.

[5]劉合,閆建文,馮程濱,等.松遼盆地深層火山巖氣藏壓裂新技術[J].大慶石油地質與開發,2004,23(4):35-37.

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.013

Li Wenkui,professor,was born in1965.He holds a Ph.D degree,being mainly engaged in research and management of natural gas production technologies.

Add:Mail Box44,Wanzhuang,Langfang,Hebei065007,P.R.China

Tel:+86-10-69213171 E-mail:lwk69@petrochina.com.cn

Production technologies and engineering design for the volcanic gas reservoirs

Li Wenkui1,Liu Yan1,Zhou Guanghou1,Wang Yun1,Cao Guangqiang1,Wu Xiaodong2
(1.L angf ang B ranch,PetroChina Petroleum Ex ploration and Development Research Institute,L angf ang, Hebei065007,China;2.China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

In view of the unique of geological and development characteristics,an in-depth study was carried out on production technologies and engineering designs in the development of volcanic gas reservoirs.Combining theory studies with field practices in the Xushen and Changling volcanic gas reservoirs in the Songliao Basin,we analyzed the characteristics of gas production technologies such as the selection of proper completion methods,EOR simulation means,anticorrosion measurements,gas recovery by water drainage,and so on.Moreover,we believed that the key points should be focused on in engineering design.This study indicated that reservoir protection for the volcanic gas reservoirs is necessary during all the production life due to serious solid intrusion and water block damage.And on account of the complex fracture opening mechanism,advisable fracturing treatment design and technologic measures should be adopted,e.g.,adding fine sand before bumping proppants;also in consideration of a high content of CO2in volcanic gas reservoirs,anticorrosion measurements should be taken in most cases.

volcanic gas reservoir,well completion system,production technology,arrangement,design,water block,fracture (rock),antisepsis

book=58,ebook=28

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.013

2009-10-16 編輯 韓曉渝)

李文魁,1965年生,教授,博士;從事采氣工藝與技術、完井方式與射孔優化、管柱理論分析與損傷修復技術等方面的研究工作,獲省部級二等獎4項、三等獎2項,出版專著4部,發表論文63篇。地址:(065007)河北省廊坊市44號信箱。電話: (010)69213171。E-mail:lwk69@petrochina.com.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.58-60,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)