射孔和酸化压裂技术在地热井洗井中的应用

  射孔是石油钻井的主要完井方法之一, 射孔新技术、新工艺在20世纪80年代以来有了飞速的发展[ 1] 。随着地热资源开发深度和广度的不断发展,近年来, 射孔和酸化压裂技术逐渐应用到地热钻井中[ 2、3] 。射孔技术在北京地热钻井的应用主要在对技术套管井段的射孔, 为了增加地热井的出水量, 射孔后再配合酸化洗井, 大多数地热井都取得了明显的增产效果。北京YRG-1地热井由于施工失误水泥封固了目的热水储层井段, 造成了该地热井基本不再出水, 后经应用射孔和酸化压裂技术等洗井工艺, 基本恢复了原来的产能, 增产效果十分明显[ 4] 。

 

  1 地热井主要特征

 

  1.1 井孔结构

 

  YRG-1地热井施工钻机为45 -G型, 钻探能力4500 m。全孔采用正循环全面钻进方法, 牙轮钻头、泥浆钻井液。G级油井水泥固井, 井管为API标准石油套管。井孔结构见图1。

 

  1.2 地层及岩性

 

  YRG-1地热井钻探揭露地层及岩性特征见表1。

 

  1.3 储层条件

 

  YRG-1地热井储层地层为奥陶系和寒武系,地下水类型为碳酸岩盐岩溶裂隙水。物探测井解释热水储层成果见表2。本井热储取水深度2383.20～ 3349.00 m, 钻进过程中没有明显泥浆漏失。物探测井解释热水储层共计30层, 累计厚度209.20 m,储集层系数为21.7%, 储层平均孔隙度为4.69%。

 

  其中一类储层2层, 累计厚度16.2 m;二类储层11层, 累计厚度52.8 m;三类储层17层(表2中未列出), 累计厚度140.2 m。

 

  2 射孔和酸化压裂技术的应用

 

  2.1 洗井情况简介

 

  YRG-1地热井在射孔前经过了三聚磷酸钠-压缩空气联合洗井、盐酸-液态二氧化碳-压缩空气-水泵抽水联合洗井、喷射-压缩空气联合洗井、盐酸-压缩空气-水泵抽水联合洗井及压缩空气洗井5个阶段的洗井程序。出水量1980.5 m3 /d, 出水温度65 ℃, 动水位92.02 m, 热恢复最高水位高出地面5.6 m, 单位涌水量19.366 m3 /(d· m)。但热水呈黑灰色, 含有大量黑灰色悬浮物。经过分析和试验, 证明热水中的黑灰色悬浮物是“三开”井段石炭系煤系地层污染的泥浆, 顺“二开”顶部与“一开”的重叠部位渗漏到了井中, 经下入分隔器打压检验证明重叠部位水泥封固失效。

 

  在水泥“戴帽”过程中, 由于“二开”底部的密封装置失效, 发现水泥浆(密度1.90 g/cm3 )下窜到了“四开”取水井段中, 紧接着下钻循环清水划至井底, 重新进行了水泥“戴帽”作业, 并经憋压5 MPa持续30 min检验合格。

 

  下钻用清水进一步替清水泥污染的井液, 用S-10/150型空气压缩机连续气举洗井16 h。下入200QJR80/120型水泵抽水, 5 min后断流, 证明下窜水泥浆严重堵塞了热水储层的孔隙通道。经到大港油田咨询, 决定采用射孔技术增产。

 

  2.2 射孔技术应用

 

  2.2.1 射孔器主要参数

 

  射孔器采用聚能射孔技术, 127型射孔枪, 混凝土穿深>700 mm。炸药类型为RDX, 装药量38 g,弹外径52 mm, 弹长63 mm。每枪射孔3 m, 共39个孔, 平均13孔/m, 孔径10 mm。

 

  2.2.2 射孔储层选择

 

  根据物探测井热水储层的解释成果, 主要选择在一类和二类储层射孔, 射孔段为: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枪, 共计234个孔。

 

  2.2.3 水泵试水情况

 

  射孔后即下入水泵抽水, 效果没有较明显的改善, 抽水6 min后仍然断流。分析射孔后的水泵抽水情况, 表明射孔破坏水泥堵塞储层的最初期望没有达到。分析原因可能是水泥堵塞孔隙比较深, 射孔的孔隙度对于地热井的产能要求来说还比较低。

 

  经咨询石油钻井专家得知, 油田一般射孔后要进行酸化压裂工艺洗井, 才能取得较好的效果。本井的射孔工作对进行酸化压裂工艺是必要的, 射孔能改善酸液渗入储层的通道条件。由于石油企业酸化压裂技术服务费用很高, 为此, 我们根据现有设备条件进行简易酸化压裂工艺。

 

  2.3 酸化压裂洗井

 

  2.3.1 密封工艺选择

 

  由于地热井“二开”和“三开”技术套管井段不是全井段水泥固井, 套管抗挤压能力差, 同时套管重叠部位水泥封固的工艺质量也不能承受太大的压力, 不能采用操作工艺简单的井口焊接密封工艺。

 

  因此, 须采用下入封隔器的工艺, 封隔器封堵位置选择在“三开”井段“穿鞋”水泥固井质量较好的底部向上4 ～ 5 m处。使用一套7 inP-T型卡瓦封隔器。

 

  2.3.2 设备及材料选择

 

  (1)注酸深度选择:根据前期洗井地热井的出水温度分析, 出水段主要集中在取水井段的上部井段, 所以注酸深度选择在已射孔的最下部的一类储层, 钻杆排酸出口深度2840 m。

 

  (2)注酸管路使用 89 mm和 127 mm钻杆。

 

  (3)盐酸选择:普通工业盐酸, 用量20 t, 浓度

 

  31%, 加入浓度约3%的甲醛防腐剂和醋酸稳定剂。

 

  (4)泵车选择:一台700型泵车, 安全打压能力40 MPa;一台钻机自备的3NB-1300C型泥浆泵, 安全打压能力26 MPa。

 

  (5)排酸抽水设备:S-10 /150型空气压缩机;

 

  200QJR80/120型潜水泵等。

 

  2.3.3 作业程序

 

  (1)将钻具连同分隔器下至设计打酸深度, 封隔器坐封, 泥浆泵送清水检验封隔器的封隔质量。

 

  (2)连接泵车、泥浆泵、酸灌车与井口钻杆的管路, 管路分段连接必须用油壬接口。泵车以低速排量送清水检验管路的密封质量。

 

  (3)用泵车高速排量打完盐酸后, 同时开动泥浆泵和泵车连续打入清水。压力最高达到16 MPa,最后降至9 MPa, 表明压开了储层的孔隙通道, 停止打入清水。

 

  (4)上提钻杆至深度800 m, 连接空气压缩机气举引喷, 连续气举18 h至基本水清。出水情况基本与射孔前洗井相近。

 

  (5)下入水泵抽水24 h, 出水量1829 m3 /d, 出水温度68 ℃, 动水位95.09 m, 单位涌水量18.172m3 /(d· m), 水清砂净。

 

  3 效果评价

 

  本井经过射孔酸化压裂洗井后, 单位涌水量减少1.194 m3 /d, 衰减率6.17%, 基本恢复了地热井原来的出水量;出水温度增加3 ℃, 表明酸化压裂作用打开了深部温度较高的热水储层。

 

  4 经验总结

 

  由于初次应用射孔和酸化压裂技术, 经验不足,同时考虑降低施工成本因素, 射孔深度偏浅, 深部的3处二类储层没有射孔, 影响了地热井的出水温度;盐酸浓度偏高(一般15% ～ 20%), 盐酸用量偏少,至少应该达到40 t, 酸量太小有些储层可能没有或渗入酸液太少, 影响溶蚀效果;应选用2 ～ 3台700型泵车打压, 有助于提高升压速度和储层压裂效果。

 

  可以推测, 如果采用上述改进条件, 地热井的出水量和温度均会超过原来的产能指标。

 

  5 结语

 

  YRG-1地热井应用射孔和酸化压裂技术洗井基本解除了水泥对热水储层堵塞, 基本恢复到了地热井原来的出水量, 单位涌水量衰减6.17%。同时压裂作用也打开了深部的高温储层, 地热井出水温度提高了3 ℃。虽然受成本和各方面条件的限制,酸化压裂工艺比较简单, 但仍取得了很好的效果。

 

  本次射孔和酸化压裂技术的成功运用, 为以后北京地区地热井应用射孔和酸化压裂技术洗井增产提供了工艺改进的借鉴经验, 一定程度上降低了地热井的风险.