酸化液压技术在地热增产中的应用分析

2011-12-08程万庆宗振海田光辉

城市地质 2011年2期

王平,程万庆,宗振海,田光辉

(天津地热勘查开发设计院,天津 300250)

酸化液压(也叫酸化压裂)是保持油田高产、稳产的有效措施之一.近年来,天津市在开发奥陶系地热井中应用酸化液压技术增产取得了良好的效果和经验.

1 酸化液压的基本原理

用地面高压压裂泵车,以高于储层能吸收的速度,先从井的套管或油管向井下注入冻胶液体,增高井筒内压力,使处理层段岩石破裂;而后泵入酸液,在处理层段形成裂隙酸蚀沟槽.当注酸压力高于热储层破碎压力,酸液同时发挥化学作用和水力作用可形成延伸远、流通能力高的渗流通道.酸化液压后,扩大了有效井径.地热井的产水量一般与有效井径成正比,当酸化液压扩大了有效井径后,产量会与之提升.

近年来天津地热井的酸化液压技术,已经作为一项有效的增产措施.

2 天津市南开区中心城上城小区NKR-24D地热井酸化液压施工简况

2.1 地热井井深和井身结构

NKR-24D是一眼古生界奥陶系地热井,井深为2010.36m,裸眼成井(图1).

2.2 地质构造情况

NKR-24D地热井位于沧县隆起双窑凸起北部.钻井揭露地层有新生界第四系、新近系明化镇组、馆陶组;古生界石炭-二叠系、奥陶系和寒武系地层(图1).

图1 NKR-24D井成井结构及酸化管柱安装示意图

2.3 热储层情况

NKR-24D地热井热储层为古生界奥陶系灰岩,顶界埋深1320m.其岩性以灰白色、灰褐色灰岩为主,夹少量灰黑色灰岩,厚度为611m.测井显示该井二类裂隙有2层,厚度14.5m;三类裂隙有4层,厚度35.7m,三类裂隙在未酸化时基本不具有产水能力.岩石孔隙度1.94～5.78%,渗透率0.21～1.75X10-3☒m2,透水性较差[3],见表1.

表1 NKR-24D井测井解释成果表(三开)

2.4 完井试水情况

本井完井后利用空压机进行了24h的连续洗井和历时9h的抽水试验(利用4寸深井泵下深148m),出水量47.33m3/h,水温54℃,动水位144.45m,水位变化幅度3～7cm/h,本次完井试水水位达到稳定,见表2.

表2 NKR-24D完井试水数据

2.5 酸化液压洗井

为提高该井的产水量,实施了酸化液压洗井.

(1)选用20%HCl溶液洗井

在进行酸化液压之前,对处理层进行了室内物理化学性质的实验分析,选择酸化液压材料.尽可能的模拟井下压力、温度条件选择与之相容性(又称配伍性)好的酸化液压液体,对产层进行有效的改造,增加尽可能多的产量.其室内实验数据见表3.

表3 NKR-24D井岩屑溶蚀率检测结果

备注:酸液浓度20%HCL ,溶蚀1h,温度40℃.

根据图2总表皮系数变化模拟结果,泵入酸量达到100m3以后,酸量增大之裂隙总表皮溶蚀趋向0.

(2)主要施工工艺及参数

①酸化工艺:盐酸酸压工艺

② 挤注方式:正挤

③ 挤注压力:≤20MPa

④ 排酸方式:汽化水排酸

(3)施工用料

见表4、表5.

图2 总表皮系数变化模拟结果

表4 施工液量配置表

表5 备料名称及数量

(4)施工工序

①井口安装

井口安装250型采油树,并加固,采油树四周用钢丝绳固定.

②施工管柱完成

如图1所示完成酸化施工管柱,封隔器下深1200m(错开套管节箍位置),封隔器以下替满3% NH4Cl液体,座封封隔器.

③ 配液

配制处理液混合均匀,酸液用水为清水.

④地面管线试压

接好地面施工管线,高压管汇清水试压25MPa,不刺不漏为合格.

⑤ 打平衡

施工时,套管打平衡≤5MPa.

⑥泵酸

按施工泵注程序注酸(按定压方式施工),泵注程序如表6所示.

表6 施工程序表

⑦ 排液

(a) 放喷排液,控制油嘴放喷(6～11mm油嘴),排出残酸浓度〈0.2%;

(b )放喷结束后,采用汽化水排液.

酸化前后洗井、抽水对比见表7.采取酸化洗井后该井上水时间与上水间隔时间明显变短,立柱泵压变化幅度减小,说明已有效打通了裂隙,使得该井补给条件畅通,补给量增加.实际抽水情况也证明了这一点,该井的出水量由47.33 m3/h提高到119.33 m3/h,水温上升到57℃,动水位提高到73.67m.

表7 酸化前后洗井、抽水情况对比表

3 天津市津南区小站镇JNR-09地热井酸化液压总结

JNR-09地热井位于沧县隆起东部的小韩庄凸起上的北闸口次凹陷中,基岩埋深在900m左右(图3).

JNR-09井身结构为四开,裸眼完井,完井深为2403.98m,热储层为奥陶系灰岩.储层顶界埋深1858m,揭露厚度545.98m(未穿),测井解释成果表(完井)见表8.该井有一类裂缝层2层,总厚度20.90m,二类裂缝层5层,厚度71m,三类裂缝层3层,总厚度32.30m,一类、二类裂缝层总厚度占裸眼段长度的16.83%.含水层孔隙度为0.40%～5.37%,渗透率为0.10～0.85X10-3um2,泥质含量为3.50%～13.91%[5].

图3 JNR-09井附近基岩地质图

据此可以看出该井岩溶裂隙发育,孔隙度大、渗透率大.

表8 JNR-09井测井解释成果表(四开)

测井后进行了抽水试验(图4).可以看出,JNR-09井的水量和水位没有稳定,其中流量不能稳定,后期逐渐减小,水位持续下降.

图4 JNR-09井酸化前抽水试验历时曲线

在这种情况下,采用与NKR-24D井相似的酸化液压施工工艺,进行了增产施工.施工完成后对本井进行了抽水试验(图5).

图5 JNR-09井酸化后抽水试验历时曲线

可以看出酸化后的抽水试验具有与酸化前相同的特征:动水位和流量不能达到稳定,具有持续下降的特点.酸化后水量看似有所增长,但是以动水位下降为条件的,单位降深涌水量并没有增加.

通过两次抽水试验分析,造成此次酸化液压失败的原因为:JNR-09井目的层处于一个相对封闭的地质环境中,该井可能处于一个四周均为隔水边界的地质构造带中央,很可能该井四周区域奥陶系地层有所缺失,致使该井四周没有导水通道,所以没有良好的侧向补给来源.该井的两次抽水消耗的只是奥陶系热储层的静储量,这是有限的"盆中水",所以抽水时水位、流量会持续下降,导致了地热井产量无明显提升.

通过这两个例子可以看出:应用酸化液压技术的前提条件是热储层为碳酸盐岩地层,同时储层应发育一定的裂隙.但裂隙发育情况并不能决定酸化液压的效果.还必须考虑基础地质条件,否则不能达到令人满意的增产结果.