射孔是石油鉆井的主要完井方法之一, 射孔新技術、新工藝在20世紀80年代以來有了飛速的發展[ 1] 。隨著地熱資源開發深度和廣度的不斷發展,近年來, 射孔和酸化壓裂技術逐漸應用到地熱鉆井中[ 2、3] 。射孔技術在北京地熱鉆井的應用主要在對技術套管井段的射孔, 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, 后經應用射孔和酸化壓裂技術等洗井工藝, 基本恢復了原來的產能, 增產效果十分明顯[ 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。全孔采用正循環全面鉆進方法, 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,地下水類型為碳酸巖鹽巖溶裂隙水。物探測井解釋熱水儲層成果見表2。本井熱儲取水深度2383.20～ 3349.00 m, 鉆進過程中沒有明顯泥漿漏失。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%。

 

  其中一類儲層2層, 累計厚度16.2 m;二類儲層11層, 累計厚度52.8 m;三類儲層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的應用

 

  2.1 洗井情況簡介

 

  YRG-1地熱井在射孔前經過了三聚磷酸鈉-壓縮空氣聯合洗井、鹽酸-液態二氧化碳-壓縮空氣-水泵抽水聯合洗井、噴射-壓縮空氣聯合洗井、鹽酸-壓縮空氣-水泵抽水聯合洗井及壓縮空氣洗井5個階段的洗井程序。出水量1980.5 m3 /d, 出水溫度65 ℃, 動水位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。經過分析和試驗, 證明熱水中的黑灰色懸浮物是“三開”井段石炭系煤系地層污染的泥漿, 順“二開”頂部與“一開”的重疊部位滲漏到了井中, 經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”過程中, 由于“二開”底部的密封裝置失效, 發現水泥漿(密度1.90 g/cm3 )下竄到了“四開”取水井段中, 緊接著下鉆循環清水劃至井底, 重新進行了水泥“戴帽”作業, 并經憋壓5 MPa持續30 min檢驗合格。

 

  下鉆用清水進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。經到大港油田咨詢, 決定采用射孔技術增產。

 

  2.2 射孔技術應用

 

  2.2.1 射孔器主要參數

 

  射孔器采用聚能射孔技術, 127型射孔槍, 混凝土穿深>700 mm。炸藥類型為RDX, 裝藥量38 g,彈外徑52 mm, 彈長63 mm。每槍射孔3 m, 共39個孔, 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, 主要選擇在一類和二類儲層射孔, 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個孔。

 

  2.2.3 水泵試水情況

 

  射孔后即下入水泵抽水, 效果沒有較明顯的改善, 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能要求來說還比較低。

 

  經咨詢石油鉆井專家得知, 油田一般射孔后要進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。由于石油企業酸化壓裂技術服務費用很高, 為此, 我們根據現有設備條件進行簡易酸化壓裂工藝。

 

  2.3 酸化壓裂洗井

 

  2.3.1 密封工藝選擇

 

  由于地熱井“二開”和“三開”技術套管井段不是全井段水泥固井, 套管抗擠壓能力差, 同時套管重疊部位水泥封固的工藝質量也不能承受太大的壓力, 不能采用操作工藝簡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”井段“穿鞋”水泥固井質量較好的底部向上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)泵車選擇:一臺700型泵車, 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量。

 

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

 

  (3)用泵車高速排量打完鹽酸后, 同時開動泥漿泵和泵車連續打入清水。壓力最高達到16 MPa,最后降至9 MPa, 表明壓開了儲層的孔隙通道, 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 ℃, 動水位95.09 m, 單位涌水量18.172m3 /(d· m), 水清砂凈。

 

  3 效果評價

 

  本井經過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的出水量;出水溫度增加3 ℃, 表明酸化壓裂作用打開了深部溫度較高的熱水儲層。

 

  4 經驗總結

 

  由于初次應用射孔和酸化壓裂技術, 經驗不足,同時考慮降低施工成本因素, 射孔深度偏淺, 深部的3處二類儲層沒有射孔, 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有或滲入酸液太少, 影響溶蝕效果;應選用2 ～ 3臺700型泵車打壓, 有助于提高升壓速度和儲層壓裂效果。

 

  可以推測, 如果采用上述改進條件, 地熱井的出水量和溫度均會超過原來的產能指標。

 

  5 結語

 

  YRG-1地熱井應用射孔和酸化壓裂技術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的出水量, 單位涌水量衰減6.17%。同時壓裂作用也打開了深部的高溫儲層, 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單, 但仍取得了很好的效果。

 

  本次射孔和酸化壓裂技術的成功運用, 為以后北京地區地熱井應用射孔和酸化壓裂技術洗井增產提供了工藝改進的借鑒經驗, 一定程度上降低了地熱井的風險.