高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治

吴燕 唐斌 王明 逄健 陈萍 张永宾

吴燕,唐斌,王明,逄健,陈萍,张永宾. 高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治——以塔里木盆地迪那2气藏为例[J]. 石油钻采工艺,2019,41(5):663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
引用本文: 吴燕,唐斌,王明,逄健,陈萍,张永宾. 高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治——以塔里木盆地迪那2气藏为例[J]. 石油钻采工艺,2019,41(5):663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
WU Yan, TANG Bin, WANG Ming, PANG Jian, CHEN Ping, ZHANG Yongbin. Influence factors and control of sand production in high-pressure fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on Dina 2 gas reservoir in the Tarim Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(5): 663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
Citation: WU Yan, TANG Bin, WANG Ming, PANG Jian, CHEN Ping, ZHANG Yongbin. Influence factors and control of sand production in high-pressure fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on Dina 2 gas reservoir in the Tarim Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(5): 663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018

高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治

doi: 10.13639/j.odpt.2019.05.018
详细信息
    作者简介:

    吴燕(1989-),2011年毕业于西南石油大学石油工程专业,现从事高压裂缝性致密砂岩气藏动态分析工作。通讯地址:(841000)新疆库尔勒市建设街道塔指小区黄楼D523室。E-mail:382174782@qq.com

  • 中图分类号: TE358+.1

Influence factors and control of sand production in high-pressure fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on Dina 2 gas reservoir in the Tarim Basin

  • 摘要: 迪那2气藏为高压裂缝性致密砂岩凝析气藏,采用衰竭式开发。单井普遍、持续出砂,堵塞井筒,严重影响气田正常生产。根据经验出砂指标判断基质出砂可能性小,单纯的基质因素很难造成当前的出砂现状。结合迪那地质条件、实际开发情况,从岩石力学角度出发,寻找岩石抗压强度相对薄弱区和有效上覆压力相对高值区,获取出砂影响因素。结果表明:导致岩石抗压强度降低的主要原因有砾岩和含砾岩层抗压强度薄弱带,断层、裂缝抗压强度薄弱带,射孔、酸化抗压强度薄弱带;导致有效上覆压力增加的主要原因为地层压力下降引起的有效上覆压力整体上升,越靠近射孔底部岩石受到的有效上覆压力越大,污染、集流、应力敏感等引起的附加表皮加大生产压差,生产压差越大,近井带受到的有效上覆压力越大。通过Hoek-Brown强度准则判断部分岩石在以上因素综合影响下可达到破坏条件。通过以上认识,提出防治措施,如优化射孔层段和射孔方位、加大孔密和穿深、采用清洁完井工艺,指出防治方向如井位优化、陶瓷防砂等。
  • 表  1  迪那2气田三轴岩心实验结果

    Table  1.   Triaxial core test result of Dina 2 Gasfield

    层位井号抗压强度/MPa抗剪强度/MPa抗拉强度/MPa
    最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值
    N1jDN221404322186.852.014.011.736.018.0
    DN2011363382486.633.718.611.328.220.7
    DN2021234322377.333.017.210.336.019.8
    E2-3s1-3DN221164552293.837.215.29.738.019.0
    DN2011563742606.938.618.913.031.021.7
    DN2021515192698.040.020.512.543.222.5
    E1-2km2DN221594662567.641.318.513.338.821.3
    DN20118939331110.734.324.415.832.726.0
    DN2021535842639.061.519.612.848.722.0
    下载: 导出CSV

    表  2  类似区块基质、充填、半充填单轴岩心力学实验结果

    Table  2.   Uniaxial mechanical test results of matrix, filled and semi-filled cores from similar blocks

    岩心类型深度/m弹性模量/GPa抗压强度/MPa
    基质砂岩岩心6 741.7743.28217.72
    6 744.8034.75205.52
    6 721.7327.72199.98
    6 695.0034.72185.60
    全充填砂岩岩心26.8998.33
    21.8794.89
    19.1679.76
    31.84108.91
    半充填砂岩岩心23.97114.76
    26.0666.56
    下载: 导出CSV

    表  3  迪那2气田部分单井射孔参数

    Table  3.   Perforation parameter of some single wells in Dina 2 Gasfield

    井号枪外径/
    mm
    弹型孔径/
    mm
    穿深/
    mm
    孔密/
    (孔 · m−1)
    DN2-1127大1米12.81 08016
    DN2-1089超二代10.184.616
    DN2-1189欧文10.01 12116
    DN2-11127欧文10.01 59316
    DN2-141271米12.01 00016
    DN2-25119PJO450510.91 65616
    DN2-25127欧文弹10.71 59316
    DN2-27127一米弹9.81 08016
    DN2-28127大1米弹12.31 05016
    DN2-28127大1米弹12.31 05016
    DN2-B2127欧文10.71 59316
    下载: 导出CSV
  • [1] 黎洪珍, 刘畅, 梁兵, 等. 气井堵塞原因分析及解堵措施探讨[J]. 天然气勘探与开发, 2010, 33(4):45-48. doi:  10.3969/j.issn.1673-3177.2010.04.012

    LI Hongzhen, LIU Chang, LIANG Bing, et al. Analysis on causes of gas-well plugging and removing treatment[J]. Natural Gas Exploration & Development, 2010, 33(4): 45-48. doi:  10.3969/j.issn.1673-3177.2010.04.012
    [2] 韦元亮, 邵天翔, 秦伟, 等. 高峰场气田开采中常见堵塞及对策[J]. 天然气技术, 2007, 1(6):42-45.

    WEI Yuanliang, SHAO Tianxiang, QIN Wei, et al. Common plugging in gas exploitation and production of Gaofengchang gas field[J]. Natural Gas Technology, 2007, 1(6): 42-45.
    [3] 孙贺东, 常宝华, 张静楠, 等. 裂缝性致密砂岩气藏出砂原因及对产气量的影响—以塔里木盆地克深气田为例[J]. 天然气工业, 2018, 38(11):52-58. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2018.11.006

    SUN Hedong, CHANG Baohua, ZHANG Jingnan, et al. Causes of sand production and its influence on the output of fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on the Keshen Gas Field, Tarim basin[J]. Natural Gas Industry, 2018, 38(11): 52-58. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2018.11.006
    [4] 刘加元, 刘峰, 高贵洪, 等. 英买力气田群部分井出砂原因分析[J]. 天然气工业, 2008, 28(10):18-20. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2008.10.005

    LIU Jiayuan, LIU Feng, GAO Guihong, et al. Reason analysis on sand production in some wells of the Yengimahalla Gas Field cluster[J]. Natural Gas Industry, 2008, 28(10): 18-20. doi:  10.3787/j.issn.1000-0976.2008.10.005
    [5] 齐宁, 周福建, 高成元, 等. 涩北气田出砂影响因素的灰色关联分析[J]. 特种油气藏, 2010, 17(1):100-104. doi:  10.3969/j.issn.1006-6535.2010.01.028

    QI Ning, ZHOU Fujian, GAO Chengyuan, et al. Grey correlation analysis of factors affecting sand production in Sebei Gas Field[J]. Special Oil and Gas Reservoirs, 2010, 17(1): 100-104. doi:  10.3969/j.issn.1006-6535.2010.01.028
    [6] 秦绪英, 陈有明, 陆黄生. 井中应力场的计算及其应用研究[J]. 石油物探, 2003, 42(2):271-275. doi:  10.3969/j.issn.1000-1441.2003.02.026

    QIN Xuying, CHEN Youming, LU Huangsheng. Calculation of borehole stress with full-wave acoustic logging data and its application[J]. Geophysical Prospecting for Petroleumn, 2003, 42(2): 271-275. doi:  10.3969/j.issn.1000-1441.2003.02.026
    [7] 王桂花, 张建国, 程远方, 等. 含水饱和度对岩石力学参数影响的实验研究[J]. 石油钻探技术, 2001, 29(4):59-61. doi:  10.3969/j.issn.1001-0890.2001.04.023

    WANG Guihua, ZHANG Jianguo, CHENG Yuanfang, et al. Experimental study on the effect of the water content on the rock mechanical parameters[J]. Petroleumn Drilling Techniques, 2001, 29(4): 59-61. doi:  10.3969/j.issn.1001-0890.2001.04.023
    [8] 王小鲁, 严焕德, 秦彩虹, 等.疏松砂岩出砂机理与出砂临界压差计算方法研究[J]. 新疆石油天然气, 2008, 4(增刊): 52-57.

    WANG Xiaolu, YAN Huande, QIN Caihong, et al. Mechanism of sand production in poorly consolidated sandstone and the critical pressure prediction method of sand production[J]. Xinjiang Oil & Gas, 2008, 4(S0): 52-57.
    [9] 赵彩庭, 邓金根, 王利华. 砂岩气藏出砂临界压差预测方法[J]. 长江大学学报(自然科学版), 2011, 8(6):44-46.

    ZHAO Caiting, DENG Jin'gen, WANG Lihua. The critical pressure prediction method of sand production in sandstone gas reservoirs[J]. Journal of Yangtze University (Natural Science Edition), 2011, 8(6): 44-46.
    [10] 陈元千. 气井表皮系数分解法[J]. 新疆石油地质, 2004, 25(2):160-164. doi:  10.3969/j.issn.1001-3873.2004.02.014

    CHEN Yuanqian. A decomposition method of skin factor for gas well[J]. Xinjiang Petroleumn Geology, 2004, 25(2): 160-164. doi:  10.3969/j.issn.1001-3873.2004.02.014
    [11] 罗金丽, 邓美洲, 胡秀玲. 高压高产气井高表皮系数分解方法探讨与应用[J]. 油气井测试, 2009, 18(4):20-22. doi:  10.3969/j.issn.1004-4388.2009.04.006

    LUO Jinli, DENG Meizhou, HU Xiuling. A discussion on decomposition of high skin factor in high gas rate and high pressure wells and its application[J]. Well Testing, 2009, 18(4): 20-22. doi:  10.3969/j.issn.1004-4388.2009.04.006
    [12] 李建明. 深层气井压后表皮系数偏大的原因分析[J]. 油气井测试, 2015, 24(5):25-27. doi:  10.3969/j.issn.1004-4388.2015.05.007

    LI Jianming. Causes analysis of skin factor of deep gas well being bigger after fracture[J]. Well Testing, 2015, 24(5): 25-27. doi:  10.3969/j.issn.1004-4388.2015.05.007
    [13] 杜新龙, 康毅力, 游利军, 等. 低渗透储层应力敏感性控制因素研究[J]. 天然气地球科学, 2010, 21(2):295-299.

    DU Xinlong, KANG Yili, YOU Lijun, et al. Controlling factors of stress sensitivity in low permeability reservoirs[J]. Natural Gas Geoscience, 2010, 21(2): 295-299.
    [14] 张浩, 康毅力, 陈一健, 等. 岩石组分和裂缝对致密砂岩应力敏感性影响[J]. 天然气工业, 2004, 24(7):55-57. doi:  10.3321/j.issn:1000-0976.2004.07.017

    ZHANG Hao, KANG Yili, CHEN Yijian, et al. Influence of the rock components and fractures on tight sandstone stress sensitivity[J]. Natural Gas Industry, 2004, 24(7): 55-57. doi:  10.3321/j.issn:1000-0976.2004.07.017
    [15] 蔡白洁. 岩体强度准则发展现状及适用范围[J]. 岩土工程与地下工程, 2016, 36(4):90-91.

    CAI Baijie. Development status and application scope of rock strength criterion[J]. Geotechnical Engineering and Underground Engineering, 2016, 36(4): 90-91.
    [16] 尤明庆. 岩石强度准则的数学形式和参数确定的研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(11):2172-2184.

    YOU Mingqing. Study of mathematical equation and parameter determination of strength criteria for rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2010, 29(11): 2172-2184.
    [17] 朱合华, 张琦, 章连洋. Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(10):1945-1963.

    ZHU Hehua, ZHANG Qi, ZHANG Lianyang. Review of research progresses and applications of Hoek-Brown strength criterion[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(10): 1945-1963.
    [18] 昝月稳, 俞茂宏, 王思敬. 岩石的非线性统一强度准则[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(10):1435-1441. doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2002.10.001

    Zan Yuewen, Yu Maohong, Wang Sijing. Nonlinear unified strength criterion of rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002, 21(10): 1435-1441. doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2002.10.001
    [19] 单高军, 杜志敏. 完井方式对适度出砂井产能的影响研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008, 30(3):72-75. doi:  10.3863/j.issn.1000-2634.2008.03.019

    SHAN Gaojun, DU Zhimin. The influence of well completion way on productivity of reasonable sand production well[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2008, 30(3): 72-75. doi:  10.3863/j.issn.1000-2634.2008.03.019
    [20] 张俊斌, 张庆华, 张译, 等. 疏松砂岩油藏水平井防砂筛管优选和防砂精度优化[J]. 石油钻采工艺, 2018, 40(6):811-817. doi:  10.13639/j.odpt.2018.06.022

    ZHANG Junbin, ZHANG Qinghua, ZHANG Yi, et al. Selection and sand control precision optimization of sand control screen for horizontal wells in unconsolidated sandstone oil reservoirs[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2018, 40(6): 811-817. doi:  10.13639/j.odpt.2018.06.022
    [21] 田红, 邓金根, 王治中, 等. 定向射孔技术在适度出砂管理中的应用[J]. 钻采工艺, 2005, 28(5):35-41. doi:  10.3969/j.issn.1006-768X.2005.05.011

    TIAN Hong, DENG Jin'gen, WANG Zhizhong, et al. Application of oriented perforation technology on and management[J]. Drilling & Production Technology, 2005, 28(5): 35-41. doi:  10.3969/j.issn.1006-768X.2005.05.011
    [22] NADEEM A, STRAZZI A, PABLO J, et al. Ceramic screens-an innovative downhole sand control solution for old&challenging cased hole completions[R]. SPE 166092, 2013.
    [23] 蒋贝贝,卓亦然,刘洪涛,等. 新型陶瓷筛管在克深气藏出砂气井中的适用性分析[J]. 石油钻采工艺, 2019, 41(1):48-53. doi:  10.13639/j.odpt.2019.01.009

    JIANG Beibei, ZHUO Yiran, LIU Hongtao, et al. Applicability of a new type of ceramic screen in the sand producing gas wells in Keshen gas reservoir[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(1): 48-53. doi:  10.13639/j.odpt.2019.01.009
    [24] MÜSSIG S, WAGNER S, KAYSER S, et al. The development of ceramic screens to prevent sand influx and erosion in stimulated production wells[J]. Oil Gas European Magazine, 2010, 3(4): 126-130.
  • [1] 黄洪林, 李军, 张更, 杨宏伟, 高热雨, 李文拓, 罗鸣, 张万栋.  莺歌海盆地斜坡带全井段孔隙压力预测方法 . 石油钻采工艺, 2023, 44(): 1-7.
    [2] 张祯祥, 杨进, 孙挺, 闫莉, 张亦驰, 欧启彬, 李文拓.  卸载型异常高压地层压力预测方法 . 石油钻采工艺, 2020, 42(5): 553-557. doi: 10.13639/j.odpt.2020.05.004
    [3] 贾宗文, 曹砚锋, 刘刚, 武广瑷, 王锴.  稠油出砂监测器安装位置数值模拟及实验验证 . 石油钻采工艺, 2019, 41(5): 676-680. doi: 10.13639/j.odpt.2019.05.020
    [4] 董涛, 王海涛, 高巧娟.  轻质油油井沥青质沉淀清除作业 . 石油钻采工艺, 2015, 37(5): 113-115. doi: 10.13639/j.odpt.2015.05.028
    [5] 任宜伟, 谢双喜, 陈舟圣, 崔刚, 胡云亭, 冯毅.  斜井射孔完井出砂预测模型的建立及应用 . 石油钻采工艺, 2012, 34(增刊): 30-33.
    [6] 晏海武, 綦耀光, 张计伟.  出砂抽油机井间抽时间的确定 . 石油钻采工艺, 2010, 32(2): 58-61.
    [7] 李汝勇, 朱忠谦, 伍藏原, 邓军, 王燕玲.  克拉2气田压力动态监测方法 . 石油钻采工艺, 2007, 29(5): 102-104. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2007.05.028
    [8] 雷征东, 李相方, 程时清.  考虑拖曳力的出砂预测新模型及应用 . 石油钻采工艺, 2006, 28(1): 69-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2006.01.019
    [9] 邱凌, 梁俊, 李云娟, 范子菲, 张力庆, 麻丽莉.  水平井开发异常高压低渗底水油藏采油速度研究 . 石油钻采工艺, 2005, 27(3): 48-50. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2005.03.017
    [10] 王治中, 邓金根, 田红, 蔚保华.  弱胶结砂岩油藏出砂量预测技术研究进展 . 石油钻采工艺, 2005, 27(6): 70-75. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2005.06.022
    [11] 吕广忠, 张建乔, 孙业恒.  疏松砂岩油藏出砂机理室内试验研究 . 石油钻采工艺, 2005, 27(5): 63-66. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2005.05.018
    [12] 刘扬, 庞玉山, 杜树勋, 吴长胤, 张奎祥, 胡世红.  防砂卡工艺在羊二庄油田的应用 . 石油钻采工艺, 2002, 24(6): 66-68. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2002.06.023
    [13] 曾流芳, 刘建军.  裸眼井出砂预测模型的解析分析 . 石油钻采工艺, 2002, 24(6): 42-44,63. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2002.06.016
    [14] 鲍锋, 赵政超, 王智博, 杨忠培.  电潜螺杆泵采油系统的开发与现场应用 . 石油钻采工艺, 2000, 22(1): 67-68,72. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.2000.01.019
    [15] 方立新, 沃凤林, 崔建邦, 白凤华, 马汉忠.  复合陶粒防砂技术研究与实践 . 石油钻采工艺, 1999, 21(1): 75-78. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1999.01.018
    [16] 王凤清, 秦积舜.  疏松砂岩油层出砂机理室内研究 . 石油钻采工艺, 1999, 21(4): 66-68,72. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1999.04.014
    [17] 胡连印, 沈秀通, 胡国元.  出砂油井携砂生产技术 . 石油钻采工艺, 1999, 21(1): 98-99101. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1999.01.024
    [18] 王德新, 吕从容.  油井中后期出砂预测及防砂对策 . 石油钻采工艺, 1997, 19(3): 81-84. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1997.03.018
    [19] 吴建平, 李慧源, 李文科, 史成宽.  粉细砂岩油藏防砂工艺技术 . 石油钻采工艺, 1997, 19(6): 85-89. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1987.06.017
    [20] 王艳辉, 刘希圣, 王鸿勋.  油井出砂预测技术的发展与应用综述 . 石油钻采工艺, 1994, 16(5): 79-86. doi: 10.3969/j.issn.1000-7393.1994.05.019
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  536
  • HTML全文浏览量:  130
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 修回日期:  2019-08-10
  • 网络出版日期:  2021-08-09
  • 刊出日期:  2019-09-20

高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治

doi: 10.13639/j.odpt.2019.05.018
    作者简介:

    吴燕(1989-),2011年毕业于西南石油大学石油工程专业,现从事高压裂缝性致密砂岩气藏动态分析工作。通讯地址:(841000)新疆库尔勒市建设街道塔指小区黄楼D523室。E-mail:382174782@qq.com

  • 中图分类号: TE358+.1

摘要: 迪那2气藏为高压裂缝性致密砂岩凝析气藏,采用衰竭式开发。单井普遍、持续出砂,堵塞井筒,严重影响气田正常生产。根据经验出砂指标判断基质出砂可能性小,单纯的基质因素很难造成当前的出砂现状。结合迪那地质条件、实际开发情况,从岩石力学角度出发,寻找岩石抗压强度相对薄弱区和有效上覆压力相对高值区,获取出砂影响因素。结果表明:导致岩石抗压强度降低的主要原因有砾岩和含砾岩层抗压强度薄弱带,断层、裂缝抗压强度薄弱带,射孔、酸化抗压强度薄弱带;导致有效上覆压力增加的主要原因为地层压力下降引起的有效上覆压力整体上升,越靠近射孔底部岩石受到的有效上覆压力越大,污染、集流、应力敏感等引起的附加表皮加大生产压差,生产压差越大,近井带受到的有效上覆压力越大。通过Hoek-Brown强度准则判断部分岩石在以上因素综合影响下可达到破坏条件。通过以上认识,提出防治措施,如优化射孔层段和射孔方位、加大孔密和穿深、采用清洁完井工艺,指出防治方向如井位优化、陶瓷防砂等。

English Abstract

吴燕,唐斌,王明,逄健,陈萍,张永宾. 高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治——以塔里木盆地迪那2气藏为例[J]. 石油钻采工艺,2019,41(5):663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
引用本文: 吴燕,唐斌,王明,逄健,陈萍,张永宾. 高压裂缝性致密砂岩气藏出砂影响因素及防治——以塔里木盆地迪那2气藏为例[J]. 石油钻采工艺,2019,41(5):663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
WU Yan, TANG Bin, WANG Ming, PANG Jian, CHEN Ping, ZHANG Yongbin. Influence factors and control of sand production in high-pressure fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on Dina 2 gas reservoir in the Tarim Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(5): 663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
Citation: WU Yan, TANG Bin, WANG Ming, PANG Jian, CHEN Ping, ZHANG Yongbin. Influence factors and control of sand production in high-pressure fractured tight sandstone gas reservoirs: A case study on Dina 2 gas reservoir in the Tarim Basin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(5): 663-669 doi:  10.13639/j.odpt.2019.05.018
  • 迪那2气藏为一个完整的受背斜控制的异常高压块状底水裂缝性致密砂岩凝析气藏,位于库车前陆盆地秋里塔格构造带东部迪那—东秋构造区带上,为受南北两条倾向相同的逆冲断层所夹持的一个东西向展布的长轴背斜。储集空间类型以原生粒间孔为主,次为粒间及颗粒溶孔,储层以裂缝孔隙性储层为主;裂缝发育,平均裂缝线密度0.46条/m、裂缝开度0.072 mm。储层岩性以粉砂岩、细砂岩为主,其次为含砾砂岩、砂砾岩;碎屑组分以石英、岩浆岩岩屑为主,胶结物以方解石类为主。储层段平均孔隙度3.15%~8.97%、渗透率(0.09~1.11)×10−3 μm2,总体属于低孔、低渗和特低渗储层;试井资料和测井解释综合分析迪那2井区裂缝渗透率在0.23×10−3~85.3×10−3 μm2之间。目的层段苏维依组中深5 046.16 m、库姆格列木群中深5 253.15 m。原始地层压力106.2 MPa、压力梯度0.39 MPa/100 m、压力系数为2.06~2.29,为超高压气田;原始地层温度为136.1 ℃,地温梯度2.259 ℃/100 m,为正常温度系统。地面凝析油密度0.792~0.812 g/cm3(20 ℃);天然气相对密度0.63~0.64,甲烷平均含量87.7%,酸性气体含量很低,CO2含量0.07%~6.93%,不含H2S;地层水水型为CaCl2。开发方式为衰竭式开发;完井工艺为套管射孔,套管孔眼8~12.8 mm;生产管柱早期为射孔酸化完井一体化非全通径管柱,生产管柱流动通道为直径3 mm的油管打孔孔眼;2013年以后采用全通径生产管柱。2009年投产,平均采气速度2.7%,采出程度25.7%,尚处于稳产期。面临的主要开发问题为出砂、结垢导致的井筒堵塞生产异常问题以及见水问题。25口生产井中23口井生产异常,9口单井曾因生产异常关井。单井普遍、持续出砂,堵塞井筒[1-2],严重影响气田正常生产。急需开展出砂机理研究,为后期措施优化、措施方向的选择提供依据,为类似区块的出砂防治提供参考[3]

    • 迪那2气田在投产初期就有部分单井存在油压波动、异常下降情况,拆检井口油嘴发现少量颗粒物;井口压力高达86.6 MPa,因技术条件限制,未探砂面。随着技术进步,2014年开始尝试有缆测试,为保险起见,测试深度未过封隔器,生产管柱堵塞情况未知;但油压异常井越来越多,检修期间清理出的泥砂等混合物也越来越多。2015年出现第1口因油压异常、油压低关井的单井,出砂形势变得严峻。截至2018年12月,油压异常井升至23口;14口井有缆测试井筒遇阻,证实井筒普遍存在问题;16口井45井次的异物样品化验结果以二氧化硅、碳酸钙和硫酸钙为主,其中9口井二氧化硅含量超40%,4口井碳酸钙和硫酸钙含量超40%,证实地层出砂、结垢为井筒堵塞、生产异常的主要原因。通过井筒酸化解堵、连续油管疏通管柱、大修作业等方式恢复单井生产,已累计措施作业18井22井次。

    • 从样品外观来看,颗粒大小不一,但接近一半的样品含有粒径大于10 mm的颗粒,8口井见明显砾石。从堵塞位置来看,主要在封隔器以下,砂面较深,堵塞位置到人工井底平均容积8 m3。从砂面抬升速度来看,实测砂面资料显示砂面在射孔段顶界以下抬升快、以上抬升慢,但整体较慢。从措施作业来看,5口连续油管作业井和4口大修作业井作业期间平均除砂、垢100 L,量不大。从措施后的生产情况来看,井筒彻底清理的3口单井仍在出砂,其他大部分措施井仍生产异常。从单井出砂时间来看,有一投产就生产异常的,也有2口井尚正常生产。从超声波出砂井口在线监测仪监测来看,15口井16井次监测结果显示单井出砂量差异较大,井口出砂规律表现为间歇+连续性。整体而言,迪那2气田出砂特征主要表现为普遍性、持续性、量不大、单井差异较大、已有井筒条件下难根治。

    • 通过出砂指数、声波时差、孔隙度、弹性组合模量和斯伦贝谢比经验出砂判别方法,分析基质出砂可能性[4-5]。利用测井数据计算统计所有单井5项经验出砂指标的最小、最大值,5口单井的基质有轻微出砂可能,出砂指标位于出砂临界值附近。以5口井中的DN2-1井为例,利用石文软件分析统计该井射开层段对应的5项经验出砂指标,只有不到2%(2.4~6.5 m)的射孔层段有轻微出砂可能。因此,单纯的基质自身很难引起迪那当前普遍、持续性的出砂状况。本文将结合迪那地质条件和实际开发情况,从岩石力学角度出发,寻找岩石抗压强度相对薄弱区和有效上覆压力相对高值区,获取出砂影响因素。

    • 岩石强度指岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力,一般包括抗压强度、抗剪强度和抗拉强度。抗压强度和抗剪强度往往是确定岩石稳定性的主要因素,且抗剪强度约为抗压强度的0.1~0.2倍。影响岩石抗压强度的因素很多,细粒的岩石抗压强度往往要较粗粒大,方解石胶结的抗压强度要比黏土胶结的强。抗压强度分为单轴抗压强度和三轴抗压强度,前者测试时无围压,后者有围压。天然岩体处于三向应力状态下,三轴抗压强度更接近实际情况,尤其是高温高压三轴试验。

      (1)动静态岩石力学显示岩石基质抗压强度整体很高,但存在强度薄弱区,主要为砾岩和含砾岩层。迪那三轴岩心实验抗压强度116~584 MPa(表1),利用测井数据计算理论单轴抗压强度40~417 MPa[6],岩石基质抗压强度跨度大,相差一个数量级别,均值200 MPa以上,整体很高。结合迪那储层岩性和实际出砂情况,理论认为低强度区主要为砾岩和含砾岩层。这样的砾岩和含砾岩层单井平均厚度28.8 m(1~41 m),为储层段厚度的9.6%。

      表 1  迪那2气田三轴岩心实验结果

      Table 1.  Triaxial core test result of Dina 2 Gasfield

      层位井号抗压强度/MPa抗剪强度/MPa抗拉强度/MPa
      最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值
      N1jDN221404322186.852.014.011.736.018.0
      DN2011363382486.633.718.611.328.220.7
      DN2021234322377.333.017.210.336.019.8
      E2-3s1-3DN221164552293.837.215.29.738.019.0
      DN2011563742606.938.618.913.031.021.7
      DN2021515192698.040.020.512.543.222.5
      E1-2km2DN221594662567.641.318.513.338.821.3
      DN20118939331110.734.324.415.832.726.0
      DN2021535842639.061.519.612.848.722.0

      (2)迪那2气藏断层、裂缝发育,形成强度薄弱带。理论上,在断层附近或构造顶部位构造应力大,可局部破坏原有的内部骨架,产生局部天然节理或微裂隙,这些部位的岩石抗压强度最薄弱,也是最易出砂和出砂最严重的区域。没有带裂缝的迪那岩心抗压强度实测数据,参考类似区块克深气藏单轴岩心力学实验结果(表2),带裂缝和不带裂缝的岩石抗压强度均值分别为94、202 MPa,裂缝使原有的岩石抗压强度大幅度下降。

      表 2  类似区块基质、充填、半充填单轴岩心力学实验结果

      Table 2.  Uniaxial mechanical test results of matrix, filled and semi-filled cores from similar blocks

      岩心类型深度/m弹性模量/GPa抗压强度/MPa
      基质砂岩岩心6 741.7743.28217.72
      6 744.8034.75205.52
      6 721.7327.72199.98
      6 695.0034.72185.60
      全充填砂岩岩心26.8998.33
      21.8794.89
      19.1679.76
      31.84108.91
      半充填砂岩岩心23.97114.76
      26.0666.56

      (3)用于岩石抗压强度计算的相关测井数据为裸眼测试数据,未反映射孔、酸化对近井地带岩石抗压强度的破坏。根据含水饱和度与强度关系实验数据[7],理论上随着含水饱和度的增加,岩石抗压强度受到破坏,岩石抗压强度急剧下降;迪那评价井岩心酸敏实验实测结果显示,15%盐酸酸敏指数为−174.75%,胶结物部分溶解。两者都证明,酸化会使近井带岩石抗压强度受到破坏。迪那2气田22口单井实施过酸化,挤入地层总液量平均为281 m3(177~343 m3),侵入带砂量大;试油结束时残留液体平均为147 m3(12.7~349.8 m3),投产前关井时间平均为364 d(33~1 092 d),残留液体多、关井时间长;两者结合产生酸化破坏强度薄弱带。此外,所有单井采用套管射孔完井,根据实验数据将产生厚0.8~2 cm的压实破坏强度薄弱带。

    • 岩石骨架承受的有效上覆压力,由下式确定

      $${p_{\rm e}} = {p_{\rm gs}} - {p_{\rm f}} = \rho gh /1000 - {p_{\rm f}}$$ (1)

      式中,pe为有效上覆压力,MPa;pgs为上覆地层压力,MPa;pf为地层压力,MPa;h为上覆岩层厚度,m;ρ为上覆岩层密度,g/cm3

      迪那2气田上覆地层平均密度ρ为2.36 g/cm3,上覆地层厚度取气藏中部深度4 950 m,计算上覆地层压力116.8 MPa,地层压力为106.2 MPa,计算有效上覆压力为10.6 MPa。

      (1)地层压力下降引起的有效上覆压力整体上升。地层压力逐年下降,岩石受到的有效上覆压力逐年整体抬升。气藏初始有效上覆压力10.6 MPa,目前有效上覆压力升至35.0 MPa,临界出砂压差随之下降。开发越久,有效上覆压力越大,同样的生产压差下出砂风险也越大。

      (2)越靠近射孔底部岩石受到的有效上覆压力越大。受上覆岩层密度和地层压力梯度差异影响,越靠近射孔底部岩石受到的有效上覆压力越大,越容易出砂。迪那2气田单井射孔跨度大,平均266 m(50~388 m),射孔段顶底岩石受到的有效上覆压力差平均值5.4 MPa(1~7.76 MPa)。

      (3)污染、集流、应力敏感等引起的附加表皮因数加大生产压差,生产压差越大,流压越小,近井带地层压力越低,岩石受到的有效上覆压力越大。单井自身而言,生产时,离井筒越近,地层压力越低,岩石受到的有效上覆压力越大,越容易出砂。井间对比而言,生产压差越大越易出砂。20世纪70年代初Exxon公司发现当生产压差为岩石剪切强度的1.7倍时[8],岩石开始破坏并出砂。南海某气藏生产压差控制在单轴强度的0.4倍以内时[9],可有效防止气井出砂。迪那2气田实测23井次流温流压梯度测试,生产压差均值15.60 MPa(0.77~56.62 MPa),为单轴强度的0.06 倍(0.01~0.22 倍)。根据研究,排除配产影响,导致迪那2气田单井生产压差大的主控因素为钻完井污染、集流、应力敏感等引起的表皮因数增大。压恢实测单井表皮因数平均值为393(40~1 210),表皮压降占比均值60%(11%~90%);理论计算分解表皮因数后发现[10-12],非达西表皮因数很小,可忽略,近井带应力敏感附加表皮因数为8、集流表皮因数为151、污染及其他表皮因数为234。污染、集流、应力敏感表皮因数之所以大,原因是:(1)单井钻完井平均漏失673 m3,漏失量大;水锁实验渗透率损害率21%,根据岩心测试数据计算水锁指数均值−0.60,远小于水锁临界值0.8,水锁效应明显,渗透率损害率不止21%;储层伤害影响大。(2)产气剖面实测主力产出层厚度占比仅19.9%,采气强度大,集流效应明显。(3)迪那应力敏感塑性变形幅度较大[13-14],根据岩心情况实测渗透率可永久损失8.9%~80.1%(裂缝越发育、渗透率越低、共存水含量越高、岩屑含量越高,应力敏感越强),应力敏感较强。

    • 在以上分析及提及的相关数据基础上,对比各影响因素影响程度。估算砾岩和含砾岩层强度薄弱带可导致岩石抗压强度下降31 MPa,估算断层、裂缝强度薄弱带可导致岩石抗压强度下降112 MPa,估算射孔、酸化强度薄弱带可导致岩石抗压强度下降136 MPa,计算地层压力下降引起有效上覆压力上升24 MPa,计算射孔底部受到的有效上覆压力比射孔顶部高达6 MPa,污染、集流、应力敏感等引起的附加表皮因数可导致有效上覆压力提高56 MPa。可见出砂主要影响因素为射孔、酸化强度薄弱带和断层、裂缝强度薄弱带,次要因素为砾岩和含砾岩强度薄弱带以及污染、集流、应力敏感等附加表皮导致的有效上覆压力增加。

    • 就岩石材料而言,只有拉伸和剪切2种破坏形式。承受拉应力的岩石破坏特征,因试验方法的困难和试验数据的离散,尚缺乏明确结论;压应力下剪切破坏已有大量的理论和试验研究[15-16]。到目前为止,关于不同材料的破坏规律曾经提出了上百个模型或准则,但由于材料性质的复杂性,大多数模型或准则都不具有普适性。常见的强度准则有Mohr-Coulomb强度准则、Hoek-Brown强度准则、Drucker-Prager强度准则和Griffith强度准则等。其中Hoek-Brown强度准则[17-18]是通过对几百组岩石三轴试验资料和大量现场岩体试验成果的统计分析、结合岩石性状方面的理论研究成果和实践检验提出的,在岩石工程中应用最为广泛、影响最大,已充分得到岩石力学与工程研究者的认同、研究和应用。因此,本文选用Hoek-Brown强度准则对迪那岩体进行破坏判断;由于广义Hoek-Brown岩体强度准则需要三位待定参数,获取困难;因而进一步选用Hoek-Brown岩石强度准则进行判断,其表达式为

      $${\sigma _{\rm{1}}} = {\sigma _{\rm{3}}} + {\sigma _{\rm{c}}}{\left( {{m_{\rm{i}}}\frac{{{\sigma _{\rm{3}}}}}{{{\sigma _{\rm{c}}}}} + 1} \right)^{{\rm{0}}{\rm{.5}}}}$$

      式中,σ1σ3分别为最大、最小压应力,MPa;σc为岩石单轴抗压强度,MPa;mi为岩石量纲一的经验参数,反映岩石的软硬程度。

      通过计算,迪那2气藏当前应力状态下,岩石临界抗压强度均值为49 MPa。射孔、酸化强度薄弱带和断层、裂缝强度薄弱带两者对强度的综合影响程度未查到计算方式或类似可借鉴的实验数据,结合两者独立影响程度定性判断综合影响后的岩石抗压强度可低于49 MPa,达到破坏条件。至于微观的破坏机理,岩石力学学者有一些研究成果。

    • 通过优化射孔层段和射孔方位、加大孔密和穿深[19-21]、采用清洁完井工艺等方式可防治部分出砂。

      (1)针对砾岩和含砾岩层强度薄弱、射孔底部岩石受到的有效上覆压力更大的问题,射孔时可避开相关层段,并沿最大水平主应力方位定向射孔。

      (2)针对裂缝导致岩石抗压强度下降、集流表皮问题,首先承认裂缝是把双刃剑,既是易出砂区,也是高渗流通道,但通过各种手段的综合作用,可尽量避免这种矛盾。打开裂缝密集层段,比如前期迪那2气藏射孔层段主要以测井解释的气层、差气层为目标,未考虑裂缝发育密集程度,后期大修时重新补充射孔裂缝密集层段,并取得效果;增大穿深、孔密并优化射孔方位等射孔参数,射孔时井底压力越大,射孔层段岩石抗压强度越高,对应射孔穿深会越小,迪那2气田最大穿深1 656 mm、最小穿深84.6 mm(见表3);开展清洁完井等钻完井优化。以上手段的综合作用,可提高单个孔眼连通的裂缝网络系统以及孔眼的有效性,实现主力产出层厚度的增加,达到不降产量低压差生产目的。

      表 3  迪那2气田部分单井射孔参数

      Table 3.  Perforation parameter of some single wells in Dina 2 Gasfield

      井号枪外径/
      mm
      弹型孔径/
      mm
      穿深/
      mm
      孔密/
      (孔 · m−1)
      DN2-1127大1米12.81 08016
      DN2-1089超二代10.184.616
      DN2-1189欧文10.01 12116
      DN2-11127欧文10.01 59316
      DN2-141271米12.01 00016
      DN2-25119PJO450510.91 65616
      DN2-25127欧文弹10.71 59316
      DN2-27127一米弹9.81 08016
      DN2-28127大1米弹12.31 05016
      DN2-28127大1米弹12.31 05016
      DN2-B2127欧文10.71 59316

      (3)针对污染、集流、应力敏感等引起的附加表皮因数和酸化岩石强度破坏问题,通过清洁完井工艺减少储层伤害后,根据单井情况可不考虑酸化。此外,还可开展井位优化、陶瓷防砂[22-24]等意向性防治研究。

    • (1)迪那2气田基质岩石抗压强度整体很高,单纯的基质强度问题很难引起目前的出砂现状。

      (2)选用Hoek-Brown强度准则对迪那岩体进行破坏判断,迪那临界抗压强度均值为49 MPa。抛开配产的影响,在3种岩石抗压强度薄弱区和3种有效上覆压力高值区的综合作用下,部分岩石的抗压强度可低于49 MPa,达到破坏条件,促使迪那出砂。其中主要因素为射孔、酸化强度薄弱带和断层、裂缝强度薄弱带,次要因素为砾岩和含砾岩强度薄弱带以及污染、集流、应力敏感等附加表皮导致的有效上覆压力增加。

      (3)通过优化射孔层段和射孔方位、加大孔密和穿深、采用清洁完井工艺等方式可防治部分出砂,提高单个孔眼连通的裂缝网络系统以及孔眼的有效性,实现主力产出层厚度的增加,达到不降产量、低生产压差生产目的。

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回