射孔和酸化壓裂技術(shù)在地熱井洗井中的應用

  射孔是石油鉆井的主要完井方法之一, 射孔新技術(shù)、新工藝在20世紀80年代以來(lái)有了飛速的發(fā)展[ 1] 。隨著(zhù)地熱資源開(kāi)發(fā)深度和廣度的不斷發(fā)展,近年來(lái), 射孔和酸化壓裂技術(shù)逐漸應用到地熱鉆井中[ 2、3] 。射孔技術(shù)在北京地熱鉆井的應用主要在對技術(shù)套管井段的射孔, 為了增加地熱井的出水量, 射孔后再配合酸化洗井, 大多數地熱井都取得了明顯的增產(chǎn)效果。北京YRG-1地熱井由于施工失誤水泥封固了目的熱水儲層井段, 造成了該地熱井基本不再出水, 后經(jīng)應用射孔和酸化壓裂技術(shù)等洗井工藝, 基本恢復了原來(lái)的產(chǎn)能, 增產(chǎn)效果十分明顯[ 4] 。

 

  1 地熱井主要特征

 

  1.1 井孔結構

 

  YRG-1地熱井施工鉆機為45 -G型, 鉆探能力4500 m。全孔采用正循環(huán)全面鉆進(jìn)方法, 牙輪鉆頭、泥漿鉆井液。G級油井水泥固井, 井管為API標準石油套管。井孔結構見(jiàn)圖1。

 

  1.2 地層及巖性

 

  YRG-1地熱井鉆探揭露地層及巖性特征見(jiàn)表1。

 

  1.3 儲層條件

 

  YRG-1地熱井儲層地層為奧陶系和寒武系,地下水類(lèi)型為碳酸巖鹽巖溶裂隙水。物探測井解釋熱水儲層成果見(jiàn)表2。本井熱儲取水深度2383.20～ 3349.00 m, 鉆進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有明顯泥漿漏失。物探測井解釋熱水儲層共計30層, 累計厚度209.20 m,儲集層系數為21.7%, 儲層平均孔隙度為4.69%。

 

  其中一類(lèi)儲層2層, 累計厚度16.2 m;二類(lèi)儲層11層, 累計厚度52.8 m;三類(lèi)儲層17層(表2中未列出), 累計厚度140.2 m。

 

  2 射孔和酸化壓裂技術(shù)的應用

 

  2.1 洗井情況簡(jiǎn)介

 

  YRG-1地熱井在射孔前經(jīng)過(guò)了三聚磷酸鈉-壓縮空氣聯(lián)合洗井、鹽酸-液態(tài)二氧化碳-壓縮空氣-水泵抽水聯(lián)合洗井、噴射-壓縮空氣聯(lián)合洗井、鹽酸-壓縮空氣-水泵抽水聯(lián)合洗井及壓縮空氣洗井5個(gè)階段的洗井程序。出水量1980.5 m3 /d, 出水溫度65 ℃, 動(dòng)水位92.02 m, 熱恢復最高水位高出地面5.6 m, 單位涌水量19.366 m3 /(d· m)。但熱水呈黑灰色, 含有大量黑灰色懸浮物。經(jīng)過(guò)分析和試驗, 證明熱水中的黑灰色懸浮物是“三開(kāi)”井段石炭系煤系地層污染的泥漿, 順“二開(kāi)”頂部與“一開(kāi)”的重疊部位滲漏到了井中, 經(jīng)下入分隔器打壓檢驗證明重疊部位水泥封固失效。

 

  在水泥“戴帽”過(guò)程中, 由于“二開(kāi)”底部的密封裝置失效, 發(fā)現水泥漿(密度1.90 g/cm3 )下竄到了“四開(kāi)”取水井段中, 緊接著(zhù)下鉆循環(huán)清水劃至井底, 重新進(jìn)行了水泥“戴帽”作業(yè), 并經(jīng)憋壓5 MPa持續30 min檢驗合格。

 

  下鉆用清水進(jìn)一步替清水泥污染的井液, 用S-10/150型空氣壓縮機連續氣舉洗井16 h。下入200QJR80/120型水泵抽水, 5 min后斷流, 證明下竄水泥漿嚴重堵塞了熱水儲層的孔隙通道。經(jīng)到大港油田咨詢(xún), 決定采用射孔技術(shù)增產(chǎn)。

 

  2.2 射孔技術(shù)應用

 

  2.2.1 射孔器主要參數

 

  射孔器采用聚能射孔技術(shù), 127型射孔槍, 混凝土穿深>700 mm。炸藥類(lèi)型為RDX, 裝藥量38 g,彈外徑52 mm, 彈長(cháng)63 mm。每槍射孔3 m, 共39個(gè)孔, 平均13孔/m, 孔徑10 mm。

 

  2.2.2 射孔儲層選擇

 

  根據物探測井熱水儲層的解釋成果, 主要選擇在一類(lèi)和二類(lèi)儲層射孔, 射孔段為:2425.00 ～2433.20、2526.00 ～ 2530.00、2616.00 ～ 2628.00、2731.40 ～ 2738.80和2838.80 ～ 2843.00 m。共射孔6槍, 共計234個(gè)孔。

 

  2.2.3 水泵試水情況

 

  射孔后即下入水泵抽水, 效果沒(méi)有較明顯的改善, 抽水6 min后仍然斷流。分析射孔后的水泵抽水情況, 表明射孔破壞水泥堵塞儲層的最初期望沒(méi)有達到。分析原因可能是水泥堵塞孔隙比較深, 射孔的孔隙度對于地熱井的產(chǎn)能要求來(lái)說(shuō)還比較低。

 

  經(jīng)咨詢(xún)石油鉆井專(zhuān)家得知, 油田一般射孔后要進(jìn)行酸化壓裂工藝洗井, 才能取得較好的效果。本井的射孔工作對進(jìn)行酸化壓裂工藝是必要的, 射孔能改善酸液滲入儲層的通道條件。由于石油企業(yè)酸化壓裂技術(shù)服務(wù)費用很高, 為此, 我們根據現有設備條件進(jìn)行簡(jiǎn)易酸化壓裂工藝。

 

  2.3 酸化壓裂洗井

 

  2.3.1 密封工藝選擇

 

  由于地熱井“二開(kāi)”和“三開(kāi)”技術(shù)套管井段不是全井段水泥固井, 套管抗擠壓能力差, 同時(shí)套管重疊部位水泥封固的工藝質(zhì)量也不能承受太大的壓力, 不能采用操作工藝簡(jiǎn)單的井口焊接密封工藝。

 

  因此, 須采用下入封隔器的工藝, 封隔器封堵位置選擇在“三開(kāi)”井段“穿鞋”水泥固井質(zhì)量較好的底部向上4 ～ 5 m處。使用一套7 inP-T型卡瓦封隔器。

 

  2.3.2 設備及材料選擇

 

  (1)注酸深度選擇:根據前期洗井地熱井的出水溫度分析, 出水段主要集中在取水井段的上部井段, 所以注酸深度選擇在已射孔的最下部的一類(lèi)儲層, 鉆桿排酸出口深度2840 m。

 

  (2)注酸管路使用 89 mm和 127 mm鉆桿。

 

  (3)鹽酸選擇:普通工業(yè)鹽酸, 用量20 t, 濃度

 

  31%, 加入濃度約3%的甲醛防腐劑和醋酸穩定劑。

 

  (4)泵車(chē)選擇:一臺700型泵車(chē), 安全打壓能力40 MPa;一臺鉆機自備的3NB-1300C型泥漿泵, 安全打壓能力26 MPa。

 

  (5)排酸抽水設備:S-10 /150型空氣壓縮機;

 

  200QJR80/120型潛水泵等。

 

  2.3.3 作業(yè)程序

 

  (1)將鉆具連同分隔器下至設計打酸深度, 封隔器坐封, 泥漿泵送清水檢驗封隔器的封隔質(zhì)量。

 

  (2)連接泵車(chē)、泥漿泵、酸灌車(chē)與井口鉆桿的管路, 管路分段連接必須用油壬接口。泵車(chē)以低速排量送清水檢驗管路的密封質(zhì)量。

 

  (3)用泵車(chē)高速排量打完鹽酸后, 同時(shí)開(kāi)動(dòng)泥漿泵和泵車(chē)連續打入清水。壓力最高達到16 MPa,最后降至9 MPa, 表明壓開(kāi)了儲層的孔隙通道, 停止打入清水。

 

  (4)上提鉆桿至深度800 m, 連接空氣壓縮機氣舉引噴, 連續氣舉18 h至基本水清。出水情況基本與射孔前洗井相近。

 

  (5)下入水泵抽水24 h, 出水量1829 m3 /d, 出水溫度68 ℃, 動(dòng)水位95.09 m, 單位涌水量18.172m3 /(d· m), 水清砂凈。

 

  3 效果評價(jià)

 

  本井經(jīng)過(guò)射孔酸化壓裂洗井后, 單位涌水量減少1.194 m3 /d, 衰減率6.17%, 基本恢復了地熱井原來(lái)的出水量;出水溫度增加3 ℃, 表明酸化壓裂作用打開(kāi)了深部溫度較高的熱水儲層。

 

  4 經(jīng)驗總結

 

  由于初次應用射孔和酸化壓裂技術(shù), 經(jīng)驗不足,同時(shí)考慮降低施工成本因素, 射孔深度偏淺, 深部的3處二類(lèi)儲層沒(méi)有射孔, 影響了地熱井的出水溫度;鹽酸濃度偏高(一般15% ～ 20%), 鹽酸用量偏少,至少應該達到40 t, 酸量太小有些儲層可能沒(méi)有或滲入酸液太少, 影響溶蝕效果;應選用2 ～ 3臺700型泵車(chē)打壓, 有助于提高升壓速度和儲層壓裂效果。

 

  可以推測, 如果采用上述改進(jìn)條件, 地熱井的出水量和溫度均會(huì )超過(guò)原來(lái)的產(chǎn)能指標。

 

  5 結語(yǔ)

 

  YRG-1地熱井應用射孔和酸化壓裂技術(shù)洗井基本解除了水泥對熱水儲層堵塞, 基本恢復到了地熱井原來(lái)的出水量, 單位涌水量衰減6.17%。同時(shí)壓裂作用也打開(kāi)了深部的高溫儲層, 地熱井出水溫度提高了3 ℃。雖然受成本和各方面條件的限制,酸化壓裂工藝比較簡(jiǎn)單, 但仍取得了很好的效果。

 

  本次射孔和酸化壓裂技術(shù)的成功運用, 為以后北京地區地熱井應用射孔和酸化壓裂技術(shù)洗井增產(chǎn)提供了工藝改進(jìn)的借鑒經(jīng)驗, 一定程度上降低了地熱井的風(fēng)險.