砂巖孔隙型回灌井成井工藝探析

沈健 王連成 趙艷婷

摘要：砂巖熱儲(chǔ)回灌技術(shù)是孔隙型熱儲(chǔ)可持續(xù)開發(fā)利用中的主要技術(shù)難題，也是影響孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用的一個(gè)瓶頸問題。而其中回灌井成井工藝是影響砂巖熱儲(chǔ)回灌效果的一個(gè)重要因素。天津開展新近系孔隙型砂巖熱儲(chǔ)回灌井成井工藝研究已有二十多年歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，尤其在濱海新區(qū)的館陶組熱儲(chǔ)取得了較好的應(yīng)用效果。本文對(duì)目前常用的回灌井成井工藝進(jìn)行了分析對(duì)比，為今后不同地區(qū)回灌井施工提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源，回灌，成井工藝，砂巖熱儲(chǔ)，館陶組

中圖分類號(hào)：P314.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1001-9138-（2016）07-0075-80 收稿日期：2016-06-07

1 前言

地?zé)豳Y源是一種清潔能源，主要分為砂巖孔隙型儲(chǔ)層地?zé)岷蛶r溶裂隙型儲(chǔ)層地?zé)?。砂巖孔隙型儲(chǔ)層地?zé)豳Y源，具有埋藏淺、分布廣、儲(chǔ)量大、利用范圍廣等特點(diǎn)，近年來開發(fā)利用規(guī)模呈逐年增大趨勢，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益。

目前，砂巖熱儲(chǔ)回灌技術(shù)是孔隙型熱儲(chǔ)可持續(xù)開發(fā)利用中的技術(shù)難題，也是天津孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用的一個(gè)瓶頸問題。以往，在天津新近系熱儲(chǔ)層只能開采不回灌的現(xiàn)象普遍存在，大大地縮短了新近系砂巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源開發(fā)利用的壽命。砂巖熱儲(chǔ)回灌受多個(gè)因素制約，尤其是回灌井的成井工藝更是回灌能否實(shí)現(xiàn)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，開展回灌井成井工藝的研究，并將先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)地?zé)峄毓嗉夹g(shù)的開發(fā)，推廣具有十分重要的作用。

天津市在多年的館陶組孔隙型地?zé)峄毓嗑┕すに囂剿髦校e累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在對(duì)濱海新區(qū)館陶組熱儲(chǔ)層特征分析的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)不同的儲(chǔ)層特征，達(dá)到理想的回灌效果，不斷地進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。通過分析各階段鉆井工程的技術(shù)改進(jìn)，確定適宜的回灌井施工工藝，指導(dǎo)實(shí)際鉆井施工，取得了較好的應(yīng)用效果，為促進(jìn)本地區(qū)的回灌工作發(fā)揮了巨大的作用。

2 一開過濾器成井工藝

2.1 工藝概述

一開過濾器成井工藝在濱海新區(qū)主要應(yīng)用于熱儲(chǔ)層埋深較淺（孔深<1500m）的館陶組回灌井中，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，能有效提高回灌效果。

該工藝采用大口徑填礫工藝，如圖1所示，為阻擋進(jìn)砂，確保回灌效果，礫料厚度應(yīng)大于75mm，且礫料高度必須超出濾水管，以起到濾水、擋砂的作用；礫料上部填粘土球止水。這種工藝，井徑較大，投入礫料可預(yù)防松散粉細(xì)砂巖地層出砂，破壁換漿徹底，因人工投入的礫料質(zhì)量好，過水效果好，可有效提高回灌效果。

該成井完井后選擇擴(kuò)孔，按規(guī)范要求，井管和井壁之間單邊間隙要大于75mm。在過濾器和井壁之間充填一定厚度的礫料，填礫時(shí)應(yīng)保證礫料到位，起到濾水、擋砂的作用，形成很好的濾層。

2.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

由于口徑較大，井身結(jié)構(gòu)簡單，洗井方法簡便，可以保證成井后的回灌能力；同時(shí)施工成本較低。

2.3 技術(shù)要點(diǎn)

（一）施工過程中對(duì)鉆井液選擇：在施工上部明化鎮(zhèn)組時(shí)應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)鈉土鉆井液，適當(dāng)加入銨鹽及一些可除解材料；在施工下部館陶組應(yīng)采用自然造漿方式，避免對(duì)熱儲(chǔ)層造成傷害堵塞。

（二）破壁換漿：下管前做到“破壁”去除泥皮，下管后填礫前“正循環(huán)管外循環(huán)換漿”，徹底清除井內(nèi)鉆井液，破壞井壁泥餅。

（三）物探測井：確保過濾器的位置對(duì)應(yīng)下至目的含水層。

（四）逐級(jí)擴(kuò)孔：嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（五）填礫：應(yīng)采用動(dòng)水投礫，一般要求礫料頂面超過過濾器頂部20m。

3 二開過濾器成井工藝

3.1 工藝概述

二開過濾器成井工藝的應(yīng)用歷史較久，早在1987年，天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院、大港石油管理局和南開大學(xué)數(shù)學(xué)系在大港油田水電廠對(duì)新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組熱儲(chǔ)進(jìn)行早期回灌試驗(yàn)研究時(shí)，就采用了該成井工藝，如圖2所示。該工藝應(yīng)用至今，較為成熟。二開過濾器成井工藝在濱海新區(qū)主要應(yīng)用在較深地?zé)峋校咨?1500m），采用水泥固井止水方法。水泥固井具體工藝是在過濾器上部加裝盲管，并預(yù)打旋流孔，待井管下至預(yù)定位置后，利用旋流孔進(jìn)行注水泥固井作業(yè)。旋流孔下部加高強(qiáng)度橡皮傘，防止水泥漿下沉。

3.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

該種工藝成井質(zhì)量較高，既能固定井管，又能起到隔絕上部冷水層的止水作用，保證取水段的溫度和出水量。該工藝在地?zé)峋┕ぶ袘?yīng)用廣泛，濱海新區(qū)早期館陶組地?zé)峋捎迷摲N工藝。

3.3 技術(shù)要點(diǎn)

（一）由于井孔較深，要根據(jù)鉆井地層的不同調(diào)配不同性能的鉆井液，其基本要求是鉆井液要有較好的攜砂能力，具有潤滑性，能防坍塌、防縮徑的特點(diǎn)，保證井下安全。

（二）下管：由于含水層一般不連續(xù)，下管前要準(zhǔn)確安排好技術(shù)套管和過濾器下入順序，丈量套管一定要準(zhǔn)確，成井后確保過濾器的位置與目的含水層一一對(duì)應(yīng)，且套管串頂部與上部表層套管重疊不少于30m。

（三）止水：各含水層之間用橡皮兜止水。

（四）固井：二開固井一般采用二級(jí)固井方法。第一級(jí)固井在距過濾器頂部以上100m左右的位置進(jìn)行，該處預(yù)留旋流孔，水泥漿上返高度不少于300m，候凝24h再進(jìn)行二級(jí)固井；第二級(jí)固井在二開套管頂部擠入水泥漿，干水少于5T。兩次固井的水泥漿密度均為1.85g/cm3。兩次固井都采用G級(jí)油井水泥，套管內(nèi)水泥塞高度不少于10m。

（五）洗井作業(yè)：完井后，首先要用清水換漿，采用六偏磷酸鈉溶液浸泡，對(duì)含水層噴射洗井，破壞泥皮，然后再進(jìn)行氣舉洗井。

4 二開射孔成井工藝

4.1 工藝概述

射孔技術(shù)是指將射孔器用專用儀器設(shè)備輸送到井下預(yù)定深度，對(duì)準(zhǔn)目的層引爆射孔器，穿透套管及水泥環(huán)，構(gòu)成目的層至套管內(nèi)連通孔道的一項(xiàng)工藝技術(shù)。該技術(shù)作為石油鉆井領(lǐng)域比較成熟的技術(shù)，在油氣層成井中廣泛使用。近年來被嘗試性地應(yīng)用于孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峋删に囍?，效果較好，尤其是在地?zé)峄毓嗑袘?yīng)用，明顯提升了回灌能力。

射孔技術(shù)一般應(yīng)用在較深地?zé)峋校ㄒ话?1500m）。

該成井工藝結(jié)合測井曲線解釋成果分析熱儲(chǔ)層的滲透率、孔隙度、含水層厚度及井溫等參數(shù)，通過射孔作業(yè)方式，建立滲水通道成井。該工藝應(yīng)用于賦水性好、滲透率大、地層成巖性好，膠結(jié)較致密的熱儲(chǔ)層中，如圖3所示。

4.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

該種工藝成井質(zhì)量較高，工藝成熟。既能隔絕上部冷水層，保證取水段的溫度和出水量，也能做到保護(hù)熱儲(chǔ)層不被污染，增加回灌量。該工藝近年來在地?zé)峄毓嗑┕ぶ袘?yīng)用較多。

4.3 技術(shù)要點(diǎn)

（一）由于井孔較深，要根據(jù)鉆井地層的特點(diǎn)控制鉆井液的性能，要求鉆井液有較好的攜砂能力，具有潤滑性，能防坍塌、防縮徑，保證套管能下入到位。

（二）二開固井一般采用二級(jí)固井方法。第一級(jí)固井要確保水泥漿上返高度超過射孔井段以上150-200m，保證射孔井段管外有完整的水泥環(huán)封固。

（三）射孔作業(yè)要根據(jù)測井解釋成果和地層情況選擇合適的射孔槍型和彈型。

（四）完井后徹底洗井。

5 二開過濾器與射孔工藝回灌效果比較

（一）射孔工藝相對(duì)于過濾器成井工藝更為簡單，而且在特定的地層中應(yīng)用，由于射孔建立的通道更為直接，事實(shí)證明是有利于地?zé)峄毓嗟摹?/p>

（二）過濾器成井工藝能選擇合適的過濾器類型和纏絲間距，對(duì)止砂和出水的效果較好把握，一般能做到含砂少，涌水量大。

（三）過濾器工藝經(jīng)過多年的應(yīng)用，技術(shù)成熟，對(duì)天津地區(qū)絕大多數(shù)孔隙型地層都適用，射孔技術(shù)對(duì)地層的成巖性和膠結(jié)程度要求較高，不適用于淺井和膠結(jié)差的地層。

（四）過濾器成井工藝對(duì)下管位置準(zhǔn)確度要求高，如果過濾器與含水層不能準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，則會(huì)嚴(yán)重影響回灌效果。而且在施工過程中，限于過濾器長度和過濾器兩端各存在30-50cm左右的實(shí)管和管箍的影響，過濾器和目的層嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的難度會(huì)增大。

射孔成井工藝不存在以上問題，選位過程中利用測井曲線與作業(yè)只要做到對(duì)應(yīng)于既定含水層射孔即可，不存在順序和丈量的問題。

（五）對(duì)于裸眼段較長的地?zé)峋?，過濾器工藝由于管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各段承受應(yīng)力有區(qū)別，過濾器強(qiáng)度較弱，下管過程中格外要注意。如果選擇雙壁過濾器，則外徑更大，對(duì)井身質(zhì)量和井眼軌跡要求更高。

6 結(jié)論

結(jié)合濱海新區(qū)館陶組熱儲(chǔ)層特征，考慮到不同成井工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同區(qū)域應(yīng)選用適合的成井工藝：

（一）在孔深較淺（一般<1500m），目的層埋深較淺的地?zé)峋校瑑?chǔ)層膠結(jié)程度一般較差，較為松散，考慮選用一開過濾器成井工藝。

（二）對(duì)于深度較大的館陶組地?zé)峄毓嗑ㄒ话?1500m），為減小施工風(fēng)險(xiǎn)，多采用二開成井方式，其中館陶組地層賦水性好、滲透率大且膠結(jié)性較好的儲(chǔ)層，選用射孔成井工藝，射孔成井方式，對(duì)于膠結(jié)性較差的松散地層，采用二開單層過濾器成井工藝。

（三）二開過濾器成井和射孔成井工藝在技術(shù)上各有優(yōu)缺點(diǎn)，今后應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)成井工藝的研究，根據(jù)不同地層選擇適合的成井工藝，使回灌效果最大化。

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作者簡介：

沈健，2005年畢業(yè)于長安大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，畢業(yè)后就職于天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，現(xiàn)為水工環(huán)地質(zhì)專業(yè)工程師，主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)、地?zé)峄毓嗟葘I(yè)技術(shù)工作。

王連成，1997年畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院巖土工程專業(yè)，畢業(yè)后就職于天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，現(xiàn)為水工環(huán)地質(zhì)專業(yè)高級(jí)工程師，主要從事暖通工程、地?zé)岬刭|(zhì)、地?zé)峄毓嗟葘I(yè)技術(shù)工作。

趙艷婷，2013年畢業(yè)于中南大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，畢業(yè)后就職于天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，現(xiàn)為水工環(huán)地質(zhì)專業(yè)助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)、地?zé)峄毓嗟葘I(yè)技術(shù)工作。