低压油气藏改建地下储气库储层保护.pdf

天然气工业 2 0 0 8 年4 月 低压油气藏改建地 下储气 库储 层保 护 黄伟和 杨玉玲 1 ． 中国石油勘探开发研究 院廊坊分 院 2 ． 中油燃料油股份有限公 司 黄伟和． 低压油气藏改建地 下储 气库储层保护． 天然 气工业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 4 1 0 2 1 0 4 ． 摘要 大张坨地下储 气库是我国第一座 天然 气地 下储 气库， 其 实践经验对 我 国储 气库建设具 有重要意义 ， 储层保护是利用油气藏建 设天然气地 下储 气库 的关键技术之一。在概述 储层保 护的基础上 ， 介绍 了储层保 护的指 导思想 ， 从储层特 性分析技术 、 保 护储层 的钻井配套技术、 固井配套技术 、 测试 求产 配套技术 4个方 面， 详细说 明了 大张坨地下储 气库 1 2口注采井建设全过程储层保 护的 1 9个技 术要点。从钻井效果、 固井效果、 完钻电测、 油气测 试和注采 能力 5 个 方面对储层 保护效果进行 了系统评价， 探 索出一套低压油气藏建设地 下储 气库的储层保护综合 配套 技 术 体 系 。 主题 词 低压 油气藏 地下储 气库 建设 储集层 保护 配套 技术 一 、大张坨地下储 气库储层保护概述 大张坨地下储气库 由 1 9 7 5年发现 的大张坨凝 析油气藏改建而成 ， 新钻 l 2口注采井， 必须保证一 次成功 ， 要 求 平均 单 井 日采 气 能 力 3 01 0 m。 。 1 9 7 5 年 测得储 层原 始地层 压力 系 数 1 ． 1 2 ， 建库 时 测 得压力 系数 为 0 ． 7 5 ， 压 力 梯 度 下 降 了 3 2 ． 7 ， 已 累 计亏空 2 ． 3 x 1 0 m。 。储 层 以上 泥 岩 地 层坍 塌 压力 系数为 1 ． 1 5 ～ 1 ． 1 8 ， 要 求钻 井 液 密度 必 须 大 于坍 塌 压力 ， 否则将有可能发生井漏、 井塌、 卡钻等复杂事 故 ， 具有很大风险， 为此要求储层段钻进时钻井液密 度最低 控制 在 1 ． 1 8 ～1 ． 2 0 g ／ c m。 。根据 常规气 井 钻 井操作规 范， 储层钻井液密度要求高于地层 压力 当 量 密度 0 ． 0 7 ～ 0 ． 1 5 g ／ c m。 ， 而新 钻 注采 井 最 小压 差 当量 密度 达到 0 ． 4 3 ～ 0 ． 4 5 g ／ c m。 ， 是 常 规气 井 的 3 ～ 6倍 ， 如果 不采取 强 有 力 的措 施 ， 储 层 将会 受 到 严 重污染 ， 一旦 储层受 到损 害 ， 注采 气 量达 不 到设 计 要 求， 将发生重大质量 问题。因此大张坨地 下储 气库 成 功与 否很关 键 的一 点是 储层保 护是 否成 功 。 二 、 储层保护施工 管理措施 1 ． 钻开储层前的验收制度 打开储层 前 5 0 m 由施 工 单 位提 交 钻 开储 层验 收报 审表 ， 组 织严格 的钻 开储 层验 收 ， 加 强井 控管 理 工作 ， 严格落实各项井控管理制度。 2 ． 旁站监 理 施工时严 格执行设计 和储层保护方案， 钻穿储 层施工、 下套管固井、 下完井管柱和放喷求产等关键 施工环节实施旁站监理， 保证各项措施落实到位。 3 ． 双 岗坐 岗 进入 储层 前 5 0 m双 岗坐 岗 ， 随 时注 意 出 口钻 井 液 流量变 化 ， 加 强观察 泥浆 池 液面 变化 ， 及 时调 整好 钻井 液性 能 参数 ， 做 到 不漏 不 喷 。测 试 求产 时关 键 岗位均设置双岗， 保证数据准确和放喷安全 。 4 ． 设 备保养措 施 进入储层前对设备进行认真 的强制保养 ， 保证 钻进储层井段不发生修理时间。 5 ． 取 心措 施 库 6井取心作业准备两套取心工具 ， 采取双筒 取心措 施 ， 尽量减 少储层 段取 心作 业时 间。 6 ． 储 备钻井 液措施 为 预 防发 生 井 下复 杂 情况 ， 除在 油 田基 地 储 备 足 够 的 钻 井 液 外 ， 在 施 工 现 场 储 备 8 0 m。钻 井 液 1 ． 1 0 g ／ c m。 、 1 ． 2 0 g ／ c m。 密度 的钻 井液 各 4 0 m。 和 相应的堵漏材料。将同时施工的 3口井泥浆罐管线 联接起来 ， 共用储备 钻井液 ， 节省 了储备钻井液费用 。 7 ． 固井水 泥 性能检 测 为保护储层 ， 在施工单位按设计要求多次复配 作者简介 黄伟和 ， 1 9 6 7年生 ， 高级工程师 ， 博士 ； 1 9 9 0年毕业 于大庆石 油学 院石油 钻井工 程专业 ； 2 0 0 2年获 中国地 质大 学 北京 工 程硕 士学位 ； 现任中国石油石油工程 造价管理 中心廊坊分 部副 主任 ， 从事 石油投 资与工程造价 管理工作 。地址 0 6 5 0 0 7 河 北 省 廊 坊 市 4 4号 信箱 。 电话 O 1 0 6 9 2 1 3 0 2 1 ， 1 3 9 3 2 6 2 8 0 1 8 。E ma i l h wh 0 0 1 p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 1 0 2 维普资讯 第2 8 卷 第4 期 天 然 气 -1-业_ _ 盟 目 目 目 囹 髓 实验 的基础上 ， 将水泥 、 现场水和各种处理剂按配方 送 国家认证 的实验 室进 行检 测 ， 直 到达标 方 可施 工 。 8 ． 储 层保 护预 备方 案 开 展专 题 研 究 保 护 储 层及 防 漏堵 漏 预 备 方 案 ， 提 出 了井 控措 施 、 储 备 钻井 液及 堵 漏 材 料 、 一 般 井漏 处理 措施 、 严 重井漏 处理 措施 、 提前 下 套 管 等 一 整套 应 急 预备方 案 。 三 、 储层保护配套技术措 施 1 ． 储层 特性 分析 技 术 1 地层压力特性 。大张坨 地下储气 库储 层为 下第三系沙河街组板 2油组 1小层 ， 1 9 7 5年板 5 2井 测 得原 始地 层压 力系 数 1 ． 1 2 ， 1 9 9 9年 测得 压 力 系 数 为 0 ． 7 5 ， 上部地层坍塌压力系数为 1 ． 1 5 。 2 敏感性特性。据岩心资料分析 ， 储层岩石成 分主要为岩屑长石砂岩 ， 胶结物以泥质 、 钙质胶结为 主 ， 含量 1 6 ． 7 3 ， 为 接 触 式 和孔 隙式 类 型 。地 层 水 为 Na HC O 。型 ， 总 矿 化 度 7 0 8 4 mg ／ L， 储 层水 敏 指 数为 0 ． 8 3 7 5 ， 为强水敏型地层。 3 储 层 承 压 特性 。选 用 4块 岩 心 样 品进 行 承 压实 验 ， 地 层 压 力 下 的 孔 隙 度 较 实 验 条 件 下 减 少 1 ， 渗透率相应降低。可推断建库时的储层物性 条 件 比原始 地层 条件 有所 变差 ， 但 变化 幅度 可 能不 大 。 4 储层孔隙特性 。孔隙类 型以粒间孔 为主， 约 占 7 0 ， 颗粒印模孔 占 1 6 ， 颗粒内孔占 1 4 ； 次生 孔隙较发育 ， 占 3 0 ～ 5 0 9 ／ 6 ； 据扫描 电镜分 析， 好 、 中、 差 砂岩 的粒 间孔 隙 直径 分别 为 2 0 ～ 5 0 m、 1 0 ～ 2 0 t L m、 5 ～ 1 0 t L m； 压 汞 实 验 显 示 ， 物性 较 好 的岩 样 最大 连通孔 隙半 径 可达 1 0 ． 6 2 t L m， 物 性 中等 的岩 样 最大 连通孔 隙半径 3 ． 1 m， 平 均孔 隙半 径 6 ． 9 4 m， 主要 孔 隙 半 径 1 ～ 5 ． 4 t L m r 1 ] 。渗 透 率 为 2 ． 9 1 ～ 1 7 ． 0 6 1 0 t L m ， 渗透 性好 。 上述分 析表明储层具 有压 力低 、 强水敏 、 中孔 、 高渗的特性 ， 要针对性地采取一系列技术措施。 2 ． 保 护储 层 的钻 井配套 技 术 1 实施 屏 蔽 暂堵 技术 。屏 蔽 暂 堵 技 术 的关 键 是 如何 能 在 近 井 壁 地 层 内快 速 形 成 有 效 的 薄 屏 蔽 环 。采 用单 粒 逐 一 堵 塞 模 型 ， 按 堵 桥 粒 子 直 径 与 地 层 孔 喉直径 比 为 2 ／ 3的 原 则 配 备 ， 这 种 桥 堵 具 有 快 速 、 浅 层 、 有 效 的特 点 。为 保 证 桥 堵 效 果 ， 要求 加 入 可变 形 的软 化 粒 子 ， 钻 井 液 中 粒径 中值 等 于地 层 孑 L 喉直径 的粒 子 占钻 井 液 的 2 9 ／ 5 ～3 重 量 百 分 比 ， 可变形 微粒 加量 为 1 重 量 百分 比 。根 据 实 验 研 究 结 果 ， 按 照 储 层 孔 隙半 径 分 布 和屏 蔽 暂 堵 技 术 要 求 ， 暂堵 剂粒 径 范 围 主 要 选 择 0 ． 6 ～ 4 ． 2 m， 其 主 要 成分 为超 细碳酸 钙， 含量 占钻井 液的 2 ， 同时加 1 单 向压 力 封闭 剂 ， 以达到 最佳 的屏 蔽效 果 。 2 充 分 调 整 钻 井 液 性 能 。进 入 储 层 前 5 0 r n ， 加入适量的硅稳定 剂、 硅腐钾、 磺化酚醛树脂 、 磺化 沥青 ， 钻井 液 密度控 制 在 1 ． 1 8 ～1 ． 2 0 g ／ c m。 ， AP I 失 水 小 于 5 mL， 高温 高压 失水 小 于 1 2 mL 。加 超 细碳 酸钙 2 和单 向压力封闭剂 1 等处理剂 ， 做好 打开储层的准备 。打开储层后 ， 钻井液密度 、 AP I 失 水 、 高温高压失水 、 含砂 、 固相含量等指标保证在设 计 范 围 以 内。 调 整 好 固 控 设 备 ， 振 动 筛 使 用 率 达 1 0 0 ， 除砂 器 、 除泥器 使用 率 达 9 0 以上 ， 离心机 连 续 使 用 ， 及 时 清 除 有 害 固 相 ， 钻 井 液 中 含 砂 小 于 0 ． 3 ， 总 固相 含 量 小 于 1 7 ， 活性 固相 膨 润 土 小 于 5 5 g ／ L， 以减少 固相 颗粒对 储 层 的损 害 。 3 地 质 录井 卡 准 储 层 。根 据 定 向井 测 斜 数 据 及 时计算 地 层 垂 深 ， 进 入 目的 层 前 5 0 m， 钻 时 录 井 由 1点／ 1 m 增 加 为 1 点 ／ o ． 5 m， 岩 屑 录井 由 1 包 ／ 1 m 增加 为 1包／ o ． 5 m。见快 钻 时 1 ～1 ． 5 m／ h ， 停 钻 循环观察 。经测井解释， 储层卡准率达 1 0 0 ％。 4 换 钻 头措 施 。进 入 储 层前 5 0 m， P DC钻 头 换成 牙轮 钻 头 ， 放 大 喷 嘴 ， 减 少 压 力 激 动 ， 避 免 压 差 卡钻 。 5 优选钻进施工参数 。钻进到储层顶部 ， 停钻 循 环 ， 加 入 处 理 剂 ， 调 整 好 钻 井 液性 能 下 钻 到 底 后 ， 先 以小排量开泵循环 ， 打开储层观察 ， 未 发现井 漏 ， 再逐渐增加 到正常排量钻进 。泵压 由正常钻 进 时的 1 7 ～1 8 MP a降低为 1 1 ～1 3 MP a ， 降低钻井液 对 储层 冲 刷污染 ， 并 且 防止 憋漏地 层 。 6 起 下钻 措 施 。储 层井 段 及 上部 1 0 0 ～2 0 0 m 用一 档起 钻 ， 下 钻 控 制 下 放 速 度 ， 并 分 段 循 环 顶 通 ， 防止 压力 激动 憋漏 地层 。 3 ． 保 护储 层 的 固井配套 技术 1 固井参数模拟计算。应用流变学进行设计 ， 进行了多次 1 ． 5 3 g ／ c m。 低密度水泥浆 、 1 ． 8 5 g ／ c m。 常规水泥浆固井参数模拟计算r 2 ] 。固井施工前认 真 计算注水泥时全井当量密度 ， 确定水泥浆密度 和水 泥浆返深 ， 实施近平衡固井技术 ， 降低储层段液柱正 压差 ， 减 少 污染储 层 机率 。 2 双级注水 泥工艺。采用分级注水泥技术 ， 合 理 确定 分级 箍位 置 ， 保 证 一级 注水 泥不 压漏储 层 。 3 优化水泥浆性能。加入 降失水剂 ， 控制 AP I 失水 在 5 0 mL以 内 ， 比常规 油 气 层 固井 1 5 0 mL水 平 提 高 2 0 0 ， 尽 可能 减少滤 液侵 入储 层 。 ] O 3 维普资讯 天然气工业 2 0 0 8 年 4 月 4 ． 保 护储层 的测 试求产 配套 技术 1 采用射孔 、 测试 、 完井、 注采气管柱一次完成 “ 四联座” 技术 ] 。常规求产作业是先射孔 、 测试和 求 产 ， 再压 井换生 产管 柱 ， 易 对储 层 二 次伤 害 。采 用 一 次性“ 四联座” 完井管柱， 实施永久式封隔， 避免多 次压井 作业 造成储 层损 害 。 2 下管柱操作规 范。大张坨储气库注采井完 井 作业 管柱是 陆上 石油天 然气 测试 求 产 中最 复 杂 的 一 种 ， 包 括 T M 扣 气 密 封 油 管 、 永 久式 封 隔 器 、 井 下 安全阀及配套井下工具， 每 口井要 1 4 ～1 6次钢丝作 业 。首次 编制 了储气 库注采 井完 井 作业 管 柱操 作 规 范， 将为今后储气库注采井完井作业起到较好 的指 导作 用 。 3 洗井措施。固井完井后用 清水 替出泥浆 。 测试 求产前 进行 2次 4个 循 环 洗 井 通 井 后 正洗 井 一 次 ， 刮削后反洗井一次 。洗井结束前 ， 每隔 2 m。 取 出 口液体样 品 1瓶 ， 共取 3瓶 ， 以检查 洗井 效果 。 4 优 选 射 孔参 数 ， 相 位 角 9 O 。 ， 孔 密 1 6孔 ／ m， 采用 1 m 深穿 透射 孔弹 ， 增 大排 气面 积 。 5 负 压 射 孔 。采 用 液 氮 掏 空 技 术 ， 将 井 口到 2 0 0 0 m左右深 的井筒内清水全部替出 ， 使射孔时井 筒 内仅 有 5 0 0 ～6 0 0 m 高的 清水液 柱 ， 井筒 内储 层段 压力 系数 0 ． 2 ～O ． 2 5 ， 远 低 于储 层 0 ． 7 5左 右 的压 力 系数 。 6 放喷措 施 。放 喷 时采用 可 调 油嘴 ， 由小 到大 逐 渐增大 出 口流量 ， 并 间歇 调整 出 口流量 ， 调 整 幅度 根据各井情况相应调整 ， 一般调整到 8 mm 油嘴时 稳定 ， 防止井下储层形成涡流和射孔弹碎片堵塞 。 四 、 储 层 保 护 效 果 评价 1 钻 井施工效 果 评价 。钻 井施 工过 程 中 1 2口 井均未发生漏失 ， 表 明保护储层的钻井配套技术发 挥 了作 用 。 2 固井 施工效 果评 价 。固井 施工 中 1 2口井储 层 段 一级 注 水 泥作 业 均 未 发生 漏 失 ， 表 明保 护 储层 的 钻井屏 蔽暂堵 技 术和 固井 配套技 术发 挥 了作用 。 3 完 钻 电测 评价 。根 据完 井 电测 结果 分析 ， 储 层段 深 、 浅 双侧 向测井 曲线 重叠性 非 常好 ， 而 同微侧 向 曲线分 开程度很 大 ， 反映 出钻井 液 侵入 范 围很 小 ， 储层基本未受到污染。 4 油气测试评价。采用不稳定试井资料分析， 库 4井 完井测 试机 械表皮 系数 为 ～4 ． 2 2 ， 库 3 、 库 4 、 库 6 、 库 9 、 库 1 1 等 5口井 储层 的机 械 表皮 系数 均 接 近于零 ， 表 明地 层损 害程度 很低 。 5 注采能力 评 价 。大 张坨 地 下储 气 库 1 2口注 采井 完 井 试 采 时 ， 除库 3井 和库 9井 因储 层 致 密产 量低外 ， 其余 1 o口井均获得 高产油气流 ， 采用 1 2 ． 7 mm 油嘴 放 喷 ， 平 均 日产 油 5 8 ． 2 t ， 日产 气 2 5 ． 5 1 0 m。 。2 0 0 0年 1 2月 1 4日至 2 0 0 1 年 3月 1 5日第 一 个采气期 ， 平均单井产量 3 4 ． 6 1 0 m。 ／ d ； 2 0 0 1年 6 月 至 1 1 月 投 入 注 气 1 2口井 ， 共 计 注 气 4 ． 3 6 1 0 。 m。 ； 2 0 0 1 年 1 1 月 1 6日至 2 0 0 2年 2月 1 2日第 二个 采气期， 平均单井产量 6 5 1 0 m。 ／ a[ 6 3 。两个采气 期实际平均单井产量均高出设计平均单井采气能力 3 O l O m。 ／ a 。2 0 0 0 ～ 2 0 0 5年 采 气 期 采 气 量 见 表 1 L 7 ] ， 采 气效果 越来 越好 ， 相 应地 ， 注气效 果也更 好 。 表 1 2 0 0 0 2 0 0 5 年 采气期采气量表 五 、 几点认识 1 所介 绍 的储 层 保 护 配套 管 理 措 施 和技 术 措 施 是一 种集成 创新 ， 包括储 层保 护施 工管 理措 施 、 储 层 保 护 配 套 技 术 措 施 、 储 层保 护 效 果 评 价 ， 体 现 了 “ 现代管理集成技术 一效益最大化” 的现代科学管 理理 念 。 2 大张坨地下储气库注采井储层保护是一个 地质、 钻井、 固井 、 测井 、 录井 、 井下作业 多工种配合 大型系统工程成功的范例 ， 是我国具备采用油气藏 1 O 4 建设 天 然 气地 下 储 气 库能 力 的标 志之 一 ， 这套 储 层 保 护 配套管理 措施 和技术 体系 为后续建 成 的板 8 7 6 、 板 中北 高点 、 板 中南 高点 、 板 8 0 8 、 板 8 2 8 等 5个油气 藏 改建地 下储 气库起 到 了很 好 的指导作 用 。 3 储 层 保 护 是枯 竭 油 气 藏 改建 储 气 库 最关 键 的技 术之 一 ， 根据 我 国天然气 工业 发 展规 划 ， 将大 规 模建设地下储气库群， 主要是利用枯竭油气藏改建， 希望本 文对 我 国建 设地 下储气 库起 到 一定 的指导 和 借 鉴作 用 。 下转 第 1 1 3页 维普资讯 弟 Z 8 巷弟 4别 大然气上业 场等参数进行 预测 。所以 ， 与气象场 的结 合是数值 模拟计算 的难点之一 。 2 它是三维 、 大空间、 时间相关 的。由于求解空 间大 ， 普通的或者说用于求解 内部流动传热与传质 的模 型和方法是无效 的， 必须采用特殊的方法与技 术才能进行有效求解 。同时 ， 由于这一现象 的特殊 性 ， 还必须考虑其时间相关性 ， 也 即需要知道泄漏发 生 1 0 mi n或 1 h和其他任意时间后 ， 特定 H S浓度 的空间范围、 持续时间以及影 响范 围内的浓度分布 情况 。 3 必 须考 虑 到地 形 、 地 貌 的影 响 。 4 准确的地形、 地貌数据 地形 、 地貌对 H。 S扩散迁移过程 的影响是重要 的， 因此必须有 准确 的地 形、 地貌数据 。当然 ， 如果 采用数值天气预报技术对气象场进行预测 ， 则这一 问题不难解决 ， 因为地形、 地貌数据 已经包括在气象 场数据中了。 三、 结论与建议 研究开发复杂地形及天气条件下天然气泄漏事 故 H S扩散动态影响区域 的预测技术 ， 对于保证我 国高含 H s气 田开发生产 的安全和健 康可持续 发 展 ， 具有重要意义 。尽管泄漏事故下 H S在大气 中 的扩散迁移属于流动 、 传热与传质的范畴 ， 但不能简 单地采用用于 内部或有限空间流动的模拟技术 、 方 法和各种商业 C F D软件来解决天然气泄漏 过程 中 上接第 1 0 4页 的 Hz S扩散 迁移 问题。气象场 参数包 括风速 、 风 向、 大气压 、 温度、 湿度 、 云层 、 可见度等均会影响到 Hz S的扩散迁移过程。因此 ， 对天然气泄漏 H S扩 散动态影响区域 的预测模拟 ， 必须借助数值天气预 报技术。由于 天气 预报 是一 种 概率 预报 ， 所 以对 Hz S扩散动态影响区域 的预测也只能是一种概率预 报 。因此 ， 借助数值天气预报技术和气 田地 区历史 天气记录 ， 确定典型气象 日， 利用典型气象 日的气象 场事先对天然气集输 系统／ 井 口可能发生 的泄漏进 行模拟 ， 并制定相应的应急方案至关重要 。 参 考 文 献 E l i王大庆， 高惠临． 天然气管线泄漏扩散及危害区域分析 E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 7 1 2 0 1 2 2 ． E 2 ]洪钟祥， 胡非． 大气污染预测的理论和方法研究进展E J ] ． 气候 与环境研究 ， 1 9 9 9 ， 4 3 2 2 5 - 2 3 0 ． E 3 ]任平． 影响大气污染物散布的气象条件E J ] ． 资源开发与 市 场 ， 2 0 0 3 ， 1 9 2 7 2 7 5 ． E 4 ]张武， 冯广泓， 张培群． 复杂地形上大气扩散规律的比较 研究E J ] ． 兰州大学学报 ， 1 9 9 7 ， 3 3 4 1 4 0 1 4 3 ． E 5 ]李又绿 ， 姚安林， 李永杰． 天然气管道泄漏扩散模型研究 E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 8 l O 2 一 l O 4 ． E 6 ]丁信伟， 王淑兰， 徐国庆． 可燃及毒性气体扩散研究E J ] ． 化 学工 程 ， 2 0 0 0 ， 2 8 1 3 3 3 6 ． [ 7 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