气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索.pdf

第 3 2卷第 4期 V0 I ． 3 2 No ． 4 钻 采 工 艺 D R I L L I N GP R OD U C T 1 0N T E C HN O L 0 G Y 5 气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索 吴志均 ， 周春梅 ， 唐红君 1中国石油勘探开发研 究院廊坊分院 2西南油气田分公 司川中矿 区 吴志均等．气体钻井应用于致密砂岩气藏开发的思索， 2 o 0 9 ， 3 2 4 5 7 摘要致密砂岩气藏是非常重要的非常规油气资源， 其储层致密、 孔喉细小、 黏土改造作用强、 强亲水且原 始水饱和度低； 采用钻井液钻开储层可能造成较为严重损害， 且难以解除， 严重影响气井产能。气体钻井是保护该 类储气层的最有效技术， 可以获得高的产能。我国在应用该技术开发致密砂岩气藏中取得较好的效果， 但是部分 井的效果差， 甚至发生井下复杂情况。由于断层、 透镜体和裂缝的作用使得气藏非均质性强， 为充分发挥气体钻井 的优势， 应开展气藏精细描述， 综合分析储层发育的主控因素， 建立高渗富集区分布模式， 优选井位和井身轨迹， 这 是气井高产稳产的物质基础。由于气体钻井与常规钻井有较大差异， 需要做好气体钻井的工程可行性论证， 气体 钻井和完井一体化设计来实现有效保护气层且投产快； 并根据其技术特点加强现场组织实施工作 ， 以达到在安全 顺 利条件 下获得 高产气量。 关键词致密砂岩气藏；气体钻井；非均质性；高渗富集带； 工程可行性 中图分类号 T E 2 4 2 ． 9 文献标识码 A D 0I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 67 6 8 x． 2 o o 9 ． O 3 ． 0 0 2 气体钻井开发致密砂岩气藏的关键不仅在于做 好气体钻井的工程论证和施工， 而且要与低渗气藏 储层综合表征技术相结合， 钻到高渗富集带， 充分发 挥它能提高单井产量的优势。 一 、致密砂岩气藏的特征及气体 钻井对储层的保护作用 1 ． 致密砂岩气藏地质特征 1 ． 1储层的低孔低渗性 致密砂岩气藏储集层孔隙有粒 间孔隙、 次生孔 隙、 微孔隙和裂缝四种基本类型， 且都具有孔隙连通 小 、 喉道细的特征 ， 一般喉道小于 2 m。泥质含量 高 ， 伴生大量 自生黏土。常规实验室测定 的气体渗 透率与实际储集层条件下的渗透率差别很大 ， 要尽 量模拟地层条件测定其渗透率 。 1 ． 2储 层 的强 亲水性 和低 原 始水饱 和度 黏土一方面增加骨架颗粒表面粗糙度 ， 减小润 湿接触角 ， 储层普遍表现为强亲水特征 ； 另一方面它 对喉道的分割作用形成大量的微细孔喉， 导致了岩 石致密化 ， 成岩致密化和黏土矿物对孔喉空 间的分 割使得该类气藏的束缚 水饱和度较高 5 0 ％ ～ 7 0 ％ ； 而成藏过程 的各种地质作用 以及黏土矿 物 形成过程对原生孔隙水的消耗则降低该类气藏原始 水饱和度 3 0 ％ ～4 0 ％ 。强亲水性加 上低 的原 始 水饱和度使得气藏在接触外来水相时具有强的毛细 管 自吸势能。 1 ． 3储层的非均质性强 致密砂岩气藏储层 的非均质性表现在两个 方 面 一是透镜体和断层构造因素作用使储层在厚度 上分布不均匀； 一是由于裂缝和成岩后期作用改善 储层的孔渗性， 使得孔渗性具有不均匀性。只有高 的孔渗性与足够的储层厚度相匹配， 才能形成高渗 富集带。 2 ． 致密砂岩气藏钻完井储层损害特征 钻完 井对致密砂岩气藏储层 损害的主要特征 为 ①固相堵塞损害 固相颗粒侵入砂岩孔隙的深度 较浅 ， 但可 以侵入裂缝 的深部 ， 堵塞裂缝 及裂缝 网 络， 使裂缝渗流能力大幅降低， 甚至完全堵死； ②液 相损害 一是造成水锁损害， 液相不仅在正压差作用 下侵入气层 ， 而且 即使负压差时在毛细管 自吸效应 作用下也可侵入气层， 更为值得注意的是含水饱和 度的小幅度增加 ， 就可造成致密储层气相渗透率显 著降低 ， 甚至接近或等于零 ； 二是液相与黏土发生不 配伍反应 ， 导致水敏、 碱敏等敏感性损害； ③应力敏 感性损害 以裂缝的应力敏感损害为主。在过平衡 钻井过程中， 正压差使裂缝张开， 固、 液相得以大量 收稿 日期 2 0 0 90 2一 O 7； 修 回 日期 2 o o 9一 O 61 2 作者简介吴志均 1 9 6 4一 ， 高级工程师， 主要从事钻完井技术研究， 中国石油勘探开发研究院廊坊分院海外工程中心。地址 0 6 5 o o 7 河北省廊坊市 4 4号信箱海外工程 中心 ， 电话 叭0 6 9 2 1 3 1 5 5， Em a i l e t c w u 1 6 3 ． c o m 6 钻 采 工 艺 DRI I 上I NG ＆ PR0DUC_ r J ON T ECHN0L 0GY 2 0 0 9年 7月 J u l y 2 0 0 9 侵入； 起下钻引起的压力激动也将引起裂缝内侵入 固相 的重复压实和堵塞 。欠平衡钻井 中， 裂缝趋于 闭合 ， 渗流能力降低， 钻开储层时就采取有效的储层 保护措施， 以确保气藏高效勘探开发。 3 ． 气体钻井对储层保护作用 气体钻井利用氮气、 天然气、 二氧化碳等气体作 为钻井循环介质 ， 从根本上避免 了常规钻井技术发 生储层损害的物质基础 。它不仅避免 了固相堵塞和 液相侵入引起的敏感性损害， 而且还彻底克服了钻 井液滤液侵入引起的水锁损害， 有效保护了基块孔 隙和裂缝。钻进过程中地层流体迅速流入井筒， 可 为及时发现和准确评价油气层提供最直接的地质信 息 ， 同时避免井漏和压差卡钻等井下复杂情况 的发 生。钻开储层后通常采用裸眼完井 ， 避免了固井 、 射 孔和增产带来 的二次损害和作业施工费用 ， 还能够 提高钻速， 缩短建井周期， 降低作业成本。 二、 气体钻井在致密砂岩气藏 开发应用情况及分析 现将我国气体钻井技术应用于致密砂岩气藏开 发的情况列为表 1 ， 并可以得到三点初步认识 ①气 体钻井可以获得高的产气量， 其产量是同构造井的 几至几十倍， 并高于加砂压裂增产后的产量； ②一些 井没有见到高的产气量， 甚至仅产微气； ③由于地层 出水、 垮塌， 发生卡钻等复杂情况， 无法继续进行气 体钻井 ， 只能转换为钻井液钻井 。 下面就 D Y一 1 情况深入分析讨论 ， 气体钻进过 程中利用综合录井仪对气体组分进行监测， 其综合 测井解释成果数据见表 2 。在钻穿几个差或含气层 时， 甲烷和全烃含量仅有小幅度上升 ， 且随着钻进的 进行， 甲烷和全烃含量又降低至零； 这说明这些差或 含气层不仅产气量低 ， 而且产气时间非常有 限； 当钻 穿裂缝孔隙性气层后 ， 不仅 甲烷和全烃含量迅速上 升 5 6 ％左右 ， 而且一直保持在此水平 ； 氮气钻井 的 注入气量约为8 ． 6 1 0 m ／ d ， 这样就可推算出该气 层的产气量约为 l O ． O 1 O m ／ d 。在随后气体钻进 过程 中扭矩大幅度上升 ， 憋停顶驱 ； 悬重也上升， 反 复活动无效， 卡钻事故发生； 此时立压上升， 后分析 卡钻是地层出水所至 的。通过上述分析表明 由于 致密砂岩气藏具有强的非均质性， 只有高渗富集带 才可能形成高产量， 这是高产气井的物质基础， 所以 井位和井身轨迹优选尤其重要。在实施气体钻井过 程中地层出水和垮塌可能引起井下复杂情况 ， 导致 无法继续实施气体钻井， 需进行气体钻井的工程可 行性性论证 。 表 1 气体钻井开发致密砂岩气藏的典型应用情况表 井号 主要情况 主要结果 白马庙构造侏罗系蓬 完井测试产量为 6 ． 8 5 莱镇组， 先用柴油机 1 0 m ／ d ， 是 同构造 B Ql 1 1 H 相似井 的 8 ． 2 5倍 以 尾气后用天然气 ，水 平段长2 2 5 m 上， 它比同井场压裂增 产后产量还高 平落坝潜伏构造须家 原钻具环空测试测试 ， 河组须二段， 长期开 在 流 动压力为 采后储层压力梯度仅 1 4 ． 8 4 MP a 条件下天然 P L 1 9 0 ．8 o M R 1 0 0 m． 3 6 9 6 气产量4 7 ． 2 71 0 m ／ 3 7 印． 7 1 m井段天然 d ， 远高 于同构造其它 气钻井 井初始产量 测试产量为 4 ． 61 0 荷包场构造 须家河 m ／ d ， 未使用气体钻井 B Q 4 一 x2 组 ， 天然气钻井 技术前 ， 该区块没有获 得工业性气流 测试 天 然 气 产 量 为 荷包 场构造须 家河 3 ． 7 71 0 m ／ d ， 并 且 B Q 2 0 1 组， 氮气钻井 首次在区块测试原油 产量为 1 8 m ／ d 鄂尔 多斯盆地 大牛 环空测试产量为 6 地气 田石盒子 和山 D 1 2 1 8 l 0 m 。 ／ d ， 是邻 井 西组 ，2 6 0 0 2 8 0 3 m 井段氮气钻井 产量的三倍左右 大邑背斜须家河组， 环空测试产量为 1 O DY 一1 4 6 5 2 ． 2 6～4 7 7 5 ． 4 5 m 1 0 m。 ／ d ，但 因卡钻转 井段氮气钻井 化为钻井液钻井 白马庙构造 侏罗 系 蓬 莱 镇 组 ， 1 0 4 6 ～ 因地层出水， 几次发生 B Q 1 2 0 H 卡钻， 后转换为液体欠 1 0 7 8 ．8 O m井段天然 气钻井 平衡钻井 邛西 构造浅 层气评 Q Q一 2 价井， 2 0 7 8 ． 5 0～ 2 1 8 3 仅产微气 m天然气钻井 鄂尔多斯 盆地 石盒 因地 层 出水， 垮 塌严 S 3 9 1 4～ 4 子组， 2 l 7 0～3 2 6 2 m 重 ， 转换为常规钻井液 井段氮气钻井 钻井 新场构造沙溪庙组， C X 4 8 8 2 4 1 02 5 8 7 ． 2 8 m天 仅产微气 然气钻井 三、 气体钻井应用于致密砂岩 气藏开发的研究 1 ． 加强气藏地质研究， 开展气体钻井的地质可行性 论证 气体钻井技术 只能有效保护气层 ， 但不能改造 气层， 高渗富集带是高产的物质基础， 这就需要加强 第 3 2卷第4期 V0 I ． 3 2 No ． 4 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆ P R 0 DU C T 1 0N T E C HN O L 0 GY 7 表2 测井解释成果数据表 井深 G R R D R S A C C N L D E N V s h 解释 序号 m A P I n m Q m s ／ f t ％ g ／ c m ％ 结果 1 4 6 5 6 ． 5～ 4 6 7 2 ． 5 5 5 6 5 5 3 6 3 3 2 ． 5 2 1 1 差气层 2 4 6 7 5 ． 0～ 4 6 8 1 ． 5 5 6 6 8 5 6 6 2 ． 5 3 ． 5 2 ． 4 8 7 差 气层 3 4 6 9 O ． 0～ 4 7 0 3 ． 0 6 9 8 0 6 3 6 0 3 ． 6 2 ． 4 9 1 1 含气层 4 4 7 0 4 ． 7～ 4 7 1 8 ． 0 6 1 8 3 7 0 6 0～ 7 5 2 ． 5～ 9 2 ． 2 6～ 2 ． 4 8 9 差气层 5 4 7 2 0 ． O～ 4 7 2 4 ． 5 6 3 6 8 5 7 6 0 2 ． 5 2 ． 5 5 9 含气层 6 4 7 2 4 ． 5～ 4 7 3 6 ． 0 5 1 2 8～ 9 3 2 3～ 6 9 6 O～ 7 3 2 ， 5～ 6 2 ． 2 5～ 2 ． 4 5 6 裂缝孔隙性气层 气藏综合地质评价和研究， 利用多种技术手段确定 高渗富集带的展布。为此需要应用高分辨率层序地 层学原理等多种地质技术 ， 建立储层各级别 的等时 地层格架 ， 结合地质 、 测井和地震 ， 确定不 同的沉积 微相组合 ； 利用测井 、 测试 、 地震相干数据切片 ， 对小 层的砂体展布和沉积微相进行描述和标定， 综合分 析储层发育的主控因素， 建立高产富集区分布模式； 应用多井约束 、 多井标定 、 逐井外推 的方法 ， 优选开 发层位和井位 ， 如果有可能采用大斜度井或水平井 来增加气层暴露面积， 还需要优化井身轨迹； 更为重 要的是要预测气井产量 ， 进行初步经济评价。 2 ． 做好可行性论证 。 气体钻井和完井一体化设计 由于气体钻井在控制地层压力、 地层流体流入 能力等方面存在不足 ， 利用测井 、 岩石力学等技术判 断地层稳定性和出水的可能性， 由此评价气体钻井 的工程可行性， 选择合适的气体钻进段。在此基础 上确定合适的注气量及设备， 按照气体钻井要求做 好井身结构、 井控装置、 气体钻井施工参数和工艺、 储备钻井液、 H s E措施等 的设 计工作 ， 并按不压井 完井要求做好完井、 投产工艺的设计， 以有效保护气 层且投产快 ； 预算施工周期和费用 ， 进行经济评价。 3 ． 加强气体钻完井的组织、 协调和现场试验工作 气体钻井的井控、 安全工作更为重要， 实施时间 短 ， 需要加强组织协调 ， 并及时决策。主要组织协调 工作有 ①如果采用天然气钻井 ， 协调天然气供应和 保障； ②提供消防和医疗保障， 并按照要求做好防火 防毒演习工作 ； ③如采用地质导向钻水平井 ， 地质和 工程人员进行预钻 的井身轨迹预测 ， 并及 时监测和 调整井身轨迹； ④根据现场实施情况， 及时终止气体 钻井； ⑤利用钻开气层测试产气量大小， 确定合适的 完井方式， 尽快投产， 并将天然气输送到管网。 四、 结束语 我 国致密砂岩气藏资源丰富， 开发难度大； 随着 气藏精细描述等技术 的发展 ， 预测高渗富集带展布 的准确度越来越高， 气体钻井工艺技术日 臻完善， 它 在开发致密砂岩气藏 的作用越来越重要。设计和实 施过程 中， 要由地 质、 钻井、 开采和成本核算人员共 同完成 ， 充分发挥气体钻井提高单井产能优势 ， 加强 地质论证和评估工作 。当然 ， 气体钻井也会在异常 低压油气藏和强水敏油气藏开发中发挥重要作用。 参考文献 [ 1 ] 李皋， 孟英峰， 唐洪明， 等． 气体钻井高效开发致密砂岩 气藏[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 7 5 9 6 2 ． [ 2 ] 杨玻 ， 肖润德， 潘登， 等． 四川欠平衡钻井完井配套技术 完善与推广应用[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 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