云页4井本溪组页岩气压裂设计文档格式.docx
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井别
预探井
地理位置
陕西省延安市延长县张家滩镇
海拔
(m)
地面:
1046
构造
位置
鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部
补心高:
8.00
钻井
目的
1.落实山西组,本溪组的泥页岩发育状况;
2.落实山西组的地化参数及储层特征资料;
3.探索山西组,本溪组页岩层含气性;
4.兼探上古生界气层。
坐标
X:
4038497.00
开钻
日期
2014/12/9
完钻层位
马家
沟组
井斜
2180.00m*2.13°
*21.05°
Y:
19419743.00
完钻
2015/1/7
完钻井深
2700.00m
完井
2015/1/19
井身结构
套管名称
外径
(mm)
壁厚
内径
钢级
深度
水泥返高
表层套管
244.5
8.94
226.62
J55
503.00
地面
气层套管
139.7
9.17
121.36
P110
2699.79
短套管
2350.30-2555.88
人工井底(m)
2674.70m
固井
质量
0-200m固井质量中等,200m-490m固井质量好,500m-765m固井质量差,765m-2530m固井质量好,
2530m-2595m固井质量中等,2595m-2604m固井质量中等,2604m到人工井底固井质量中等
(见图3)。
2.2钻井液使用情况
表2钻井液使用情况
井段(m)
钻井液类型
相对密度(g/cm3
粘度(S)
0.00~607.88
水基聚合物
1.05
28~32
607.88~2560.00
1.06~1.11
32~37
2.3目的层段录井、测井数据
通过对云页4井地质录井、电测解释及气测结果的综合分析(图2、表3),表明该井本溪组页岩储层具有良好的试气价值。
具体依据如下:
图2云页4井本溪组综合成果图
表3云页4井本溪组页岩段综合数据表
层位
井段
厚度
电阻率(Ωm)
声波时差(μs/m)
气测全烃
基值
(%)
峰值
对比系数
本溪组
2594.30-2657.80m
63.50
122.1
228.9
0.199
44.345
222.84
(1)云页4地质录井揭示:
本溪组2594.30-2657.80m,厚度63.50m,岩性组合为黑色含气页岩夹灰白色含气细砂岩。
其中,2611-2614m井段为灰白色含气细砂岩;
分析认为该井本溪组发育的薄砂层为气层富集的“甜点”。
(2)气测录井结果显示:
本溪组2611-2614m,具有较好的含气性:
气测基值为9.754%,峰值为16.793%,平均13.246%。
(3)测井结果显示见表4。
表4云页4井页岩射孔段测井结果数据表
伽玛值(API)
最小
最大
平均
2611.0-2614.0
3.00
25.91
162.43
81.92
32.44
102.81
62.48
194.43
229.44
211.09
综合优选本溪组2611-2614m井段1层3m进行压裂试气。
2.4目的层段固井质量
从固井质量图中可以看出,目的层上50米井段(2561.0-2611.0m)和下50m井段(2614.0-2664.0m)固井质量都是中等,其中2594-2604m段固井质量较好(图3)。
图3云页4井目的井段综合固井质量图
2.5井身结构
云页4井山西组压裂井身结构见附图1。
2.6临井压裂试气施工情况
2.6.1延219井施工情况
2010年5月5日13:
00-15:
36对延219井本溪组气层(2794-2798m)进行液氮伴注加砂压裂,破裂泵压43MPa,停泵压力23MPa,施工排量2.7m3/min,施工压力40-51MPa,最高工作压力56MPa,入井总液氮18m³
,平均砂比19.41%,入井总砂量35m³
,入地层净液量233.1m³
,累计排液207m3,压裂液返排率74.9%。
图4延219井本溪组压裂施工曲线
试气期间实测地层中部静压为24.788MPa/2796m,静温85.495℃/2796m。
采用三相分离器15-20mm孔板控制一点法求产81h20min,在井口油压20.2↓14.55MPa、套压20.2↓14.59MPa、地层中部流压为17.421MPa/2796m,流温84.422℃/2796m的条件下,平均稳定气产量为5.3675×
104m3/d,平均日产水1.954m3,未产凝析油,计算该层无阻流量为10.0116×
104m3/d。
求产结束后进行了压恢测试,求得该层有效渗透率为1.5758×
10-3μm2,外推地层压力为24.7235MPa/2796m,裂缝半长为35m,表皮系数为-3.75。
2.6.2延336井施工情况
2011年09月14日15:
10-16:
51由富友压裂队对延336井本1(2576-2580m)进行液氮伴注加砂压裂施工,破裂泵压54MPa,停泵压力23MPa,施工排量3.0-3.1m³
/min,施工压力43.4-57.7MPa,最高工作压力57.7MPa,入井总液氮量17m³
,平均砂比19.2%,入井总砂量31m³
,入地层净液量237.6m³
,累计排液207m3,压裂液返排率81.86%。
图5延336井本1层压裂施工曲线
试气期间实测产层中部压力为23.868MPa/2578m,温度为82.65℃/2578m,用三相分离器30mm孔板计量气产量测得8h平均稳定气产量5.9405×
104m3/d,未产凝析油,产水10.1m3,平均日产水3.0m3,放喷求产期间累计产气量为23.3372×
104m3,无阻流量13.6663×
求产结束后进行了压恢测试,求得地层有效渗透率为0.2614×
10-3μm2,外推地层压力为24.849MPa/2578m,表皮系数为0.0090,压力系数0.9639。
3压裂设计思路
(1)砂泥岩互层,高角度充填缝,不利控缝高,施工难度大。
(2)为了降低破裂压力和解除近井污染,用5m3酸对地层进行预处理。
(3)采用液态CO2加砂压裂施工,液态CO2几乎对地层无伤害,且气化后能完全返排。
(4)在液态CO2压裂前先行注入40m3交联液,以降低液态CO2在页岩储层中的滤失。
(5)由于液态CO2携砂能力弱,常规支撑剂在压裂过程中沉降易造成砂堵,本次压裂施工特选用超低密度陶粒作为支撑剂(体积密度0.65g/m3)。
4施工方案设计
4.1射孔参数及注意事项
4.1.1射孔数据
(1)射孔液配方
射孔液:
清水+1.0%KCl+0.3%气井粘土稳定剂+0.5%气井助排剂。
(2)射孔参数
表5云页4井山西组射孔数据表
射孔井段
枪型
弹型
孔密
(孔/m)
相位
射孔方式
3
SYD102
SYD127
16
60º
油管传输
4.1.2射孔注意事项
(1)作业队射孔前根据《试气地质设计》、《压裂方案设计》、《试气工程设计》、射孔队《射孔通知单》认真核对射孔层位、深度,确保射孔数据准确无误。
(2)射孔前压井液灌满井筒,并有派进行专人座岗观察、同时进行有毒有害气体检测。
(3)射孔采用油管传输射孔,钻具下到位置后,射孔队磁定位校深,调整钻具位置,坐井口,连接好地面放喷管线,方可射孔作业。
(4)射孔作业要求在白天进行,工序衔接紧凑,快速准确;
发射率在95%以上,射孔段误差小于20cm,射孔时严密注意井口,防止井喷。
(5)射孔后观察24小时,观察井口有无溢流、井喷现象,无上述现象方可进行下一步作业。
4.2压裂工艺参数设计
4.2.1压裂方式及要求
(1)该井压裂注入方式采用光套管注入方式;
(2)压裂井口选用KQ65/70采气树井口;
(3)压裂前期注入酸液和羧甲基瓜胶交联液,再继续进行液态CO2加砂压裂施工。
4.2.2管柱结构(见附图1)
施工管柱选用完井套管,详细技术参数见下表。
表6施工管柱技术参数表
名称
尺寸
内容积
(L/m)
重量
(kg/m)
抗内压
(MPa)
抗外挤
套管
11.56
29.76
87.2
76.5
4.2.3支撑剂类型及规格
表7支撑剂性能参数及用量表
类型
粒径(目)
数量(m3)
密度(g/cm3)
超低密度支撑剂
40~70
10
0.65
4.2.4液体类型及配方
(1)活性水
清水+0.3%气井粘土稳定剂+1.0%KCl+0.5%气井助排剂
(2)压裂液
水基压裂液选用与液态CO2配伍性良好的羧甲基瓜胶压裂液体系。
表8压裂液参数及用量表
备液量(m3)
配方
基液
100
0.45%羧甲基胍胶+0.8%酸性交联剂+0.5%助排剂+0.5%粘土稳定剂+0.1%杀菌剂
CO2
500
液态CO2
4.2.5压裂施工参数
表9压裂施工参数表
压裂层位
压裂井口
压裂方式
加砂量
(m3)
排量
(m3/min)
限压(MPa)
本溪组页岩层
KQ65/70
光套管
3.0-5.0
50
4.2.6压裂施工管柱摩阻预测
由于液态CO2压裂时摩阻较高,因此,选用不同排量(3.0-5.0m3/min)对3.5和5.5英寸的管柱摩阻进行了预测,井口压力按大于40MPa,入口温度按-18℃计算,结果见下表。
表10压裂摩阻预测(单位:
MPa)
管柱大小(英寸)
3.5
5.5
深度(m)
2500
3000
3.0
16.7
19.8
22.0
26.0
4.0
26.5
32.0
2.6
4.5
33.1
39.3
5.0
39.5
47.0
4.2.6压裂施工泵注程序
压裂施工泵注程序见附表1。
5压前施工准备
5.1井场及作业准备
(1)施工场地要坚实、平整、不存积水,便于车辆出入,能够满足作业设备和压裂施工设备的摆放。
(2)作业队准备KQ65/70采气树井口,井口要配齐压力表、油咀、油咀套、法兰短节、边接螺丝,所有闸门要开关灵活,密封性好,组装后试压不刺不漏。
(3)施工单位准备压裂井口,要求承压70MPa,压裂前加四道钢丝绳并用地锚固定。
(4)作业队伍应确保提升系统、动力设备、刹车系统必须运转正常,指重表灵活可靠,能满足施工期间管柱的起下操作、循环压井等作业要求。
(5)所有入井管柱必须测量精确、清除干净,涂好丝扣油,按有关标准上紧。
(6)井口安装放喷管线,朝向避开压裂区域。
每间隔10m和出口处用地锚固定,放空管线畅通,不得加装小于120°
的弯头。
(7)施工前,要求高压管线及井口等按标准试压,所有设备工作正常。
(8)井场准备好能容纳所有施工液体的排污罐,避免污染环境。
(9)压裂施工设备由施工单位组织准备,以满足施工设计要求为原则。
5.2施工材料准备及要求
5.2.1压裂用水及CO2准备
表11压裂液及CO2准备一览表
名称
酸液(m3)
线性胶(m3)
交联剂
数量
5
0.8
5.2.2压裂液材料准备
表12压裂液材料用量及备量表
编号
备料量(吨)
1
清水
2
羧甲基瓜胶
0.45
助排剂
0.5
4
粘土稳定剂
杀菌剂
0.1
6
工业盐酸
2.0
7
缓蚀剂
0.2
8
酸性交联剂
9
5.2.3备料要求
①运往现场的压裂用料要求性能符合相关技术标准,包装无损。
②配液用水为生活用水,要求清洁干净无杂质,pH值在6~7之间。
③配液用各种罐要求彻底清洗干净,保证无油、泥、机械杂质。
5.3压裂液配制说明
配液时,要求所有化工料不能从大罐口直接倒入,必须通过漏斗吸入;
化工料加完后,每罐循环至液体均匀为止。
压裂施工前进行小样检查,确保压裂液基液粘度、pH值等指标合格。
6施工步骤及要求
(1)按设计要求及配比配好施工液体;
(2)摆好车辆,连接好地面高、低压管线及防喷管线,高压管线试压65MPa无刺漏;
(3)泵注施工:
按设计泵注程序施工;
(4)应急措施
①施工过程中泵压波动较大或连续上升,现场视情况调整施工排量或施工砂比。
②施工限压50MPa。
(5)施工结束后,根据井口压力情况确定放喷时机,放喷管线连接见附图。
7安全、环保和井控要求
7.1执行标准
(1)《井下作业安全规程》(SY5727-2007);
(2)《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-96);
(3)《石油化工企业职业安全卫生设计规范》(SH3047-96);
(4)《石油工业工业动火安全规程》(SY/T5858-2004);
(5)《含硫化氢的油气生产和天然气处理装置作业的推荐做法》(SY/T6137-2005);
(6)《油气井井喷着火抢险作法》(SY/T6203-2007);
(7)《石油与天然气钻井、开发、储运防火、防爆安全生产管理规定》(SY/T5225-2005);
(8)《含硫油气田H2S检测与人身安全防护规程》(SY/T6277-2005)
7.2健康、安全与环境管理基本做法
(1)遵守国家、当地政府有关健康、安全与环境保护法律、法规等相关文件的规定。
(2)严格按照中国石油天然气集团公司《健康、安全与环境管理体系规范》(Q/CNPC104.1-2004)执行。
(3)将健康、安全与环境管理贯穿于修井作业的全过程。
(4)严格落实《天然气井试气作业计划书》、《天然气井试气作业指导书》《天然气井试气作业现场检查表》等“两书一表”及各类应急预案。
(5)加强施工作业过程的控制与管理,将各类《应急预案》落实贯穿于试气作业的全过程。
7.3安全要求
(1)施工作业应有安全照明措施。
作业车辆和液罐的摆放位置与各类电力线路保持安全距离。
(2)参照SY/T6566-2003《水力压裂安全技术要求》中的7.7:
以施工井井口为半径,沿压裂泵车出口至施工井口地面流程两侧10m为界,设定为高压危险区。
高压危险区使用专门安全警示线(带)围拦,高度为0.8m-1.2m。
高压危险区设立醒目的安全标志和警句。
(3)参照SY6443-2000《压裂酸化作业安全规定》中的4.5:
施工作业的最高压力应不大于承压最低部件的额定工作压力。
根据本井套管的抗内压技术指标(相关技术手册提供),本井地面高压管线试压65MPa,施工限压50MPa。
(4)压裂施工前,由现场指挥、井口操作人员与压裂准备作业方指定人员对施工井进行检查,确认达到设计要求。
(5)参照SY/T6566-2003《水力压裂安全技术要求》中的7.12:
地面流程承压时,未经现场指挥批准,任何人员不得进入高压危险区。
因需要进入高压危险区时,应符合下列安全要求:
①经现场指挥允许;
②危险区以外有人监护;
③执行任务完毕迅速离开;
④操作人员未离开危险区时,不得变更作业内容。
(6)压裂施工应按设计要求对压裂设备、地面流程和井口装置试压。
如管线或井口有泄露,处理后应重新试压。
(7)进行循环试运转,检查管线是否畅通,仪表是否正常。
(8)起泵应平稳操作,逐台启动,排量逐步达到设计要求。
(9)现场有关人员应配戴无绳耳机、送话器,及时传递信息。
(10)施工过程中管汇、管线、井口装置等部位发生漏,应在停泵、关井、泄压后处理,不应带压作业。
(11)压裂施工完毕,应按设计要求关井,拆卸地面管线。
(12)按设计要求关井,扩散压力,观察压力变化。
按设计要求排液。
(13)井场应平整,安全通道畅通无阻,在当地季风上风方向设立至少两个紧急集合点和逃生出口,井场内设置明显的风向标和安全防火防爆标志,严禁吸烟,严禁使用明火。
(14)关于CO2施工的安全防护要求:
①CO2泵车、增压泵和CO2罐车的摆放位置应与其他设备和井口保持15m,但不要大于30m。
如果井场较小,应尽量将CO2设备摆放在离其他设备和井口较远的地方。
CO2设备摆放区域应在下风口,并远离工作人员区域;
②不允许在没有打开管线最低处泄压阀的情况下关闭液态CO2管线两端阀门;
③管线内充满液态CO2后,应要求所有人员离开液态CO2区域;
④CO2泵头应不含任何液体和固体,所有阀和阀座应是新的或没有任何损伤;
⑤CO2泵头的吸入管汇应耐高压;
⑥CO2放喷管线,必须找桩固定(防止放喷时飞管线)。
管汇接头必须经过探伤符合安全施工要求。
放喷管线中拐角处连接弯头应加厚;
⑦各种接头丝扣不得用黄油等软质油品,应采用轻质油品,如柴油等油品(防止低温冷冻);
⑧管汇、线路、阀门等各连接部位必须密封达到不渗不漏。
试验压力达到使用压力的1.5倍(安全系数);
⑨施工完严禁立即拆卸管线,最少应在停止压裂后0.5小时检查温度上升情况(需结霜化解后)再进行拆卸;
⑩施工中应防止四种伤害:
1)缺氧,当出现人员窒息时,抢救人员应立即穿戴好氧气呼吸器进入现场,将人员背出危险区,应向上风头撤离,被抢救人员头始终保持在高处。
2)冻伤,施工人员应穿戴好劳动保护用品,特别是手套、防止镜(防止镜应同时保护太阳穴部位)、安全帽。
3)炮弹效应,人员不能任意穿越管线和站在放空口对面(防止管线炸裂和旗空时因管线内外压力不一致打出干冰)。
4)高压泵盖飞裂,泵头不能朝向人员和设备(在施工中泵盖一旦破裂飞出将会伤人和损坏设备)。
(15)放喷管线安装在当地风向的下风方向,接出井口35米以外,通径不小于62mm,放喷管线如遇特殊情况需要转弯时,要用钢弯头(或钢制弯管)。
转弯夹角不小于120度,每隔(10-15)米用地锚或水泥墩固定牢靠。
压井管线安装在上风向的套管闸门上。
7.4环保要求
(1)严格执行《石油天然气工业健康、安全与环境管理体系》(SY/T6278-1997)要求。
(2)严禁将压裂用化工料随意散落在井场,做好环境保护工作。
(3)要求将洗井液、压裂液和排出的地层液体排入专用储液罐,防止返排液污染井场。
7.5井控要求
井控工作的原则是“立足一次井控,杜绝二次井控”。
井控工作的重点在试油(气)队,关键在班组,要害在岗位。
(1)压裂施工前做好井控教育与演练工作,从开始施工到完毕,要落实专人坐岗,观察井口,发现溢流,及时报告。
(2)在起下管柱过程中密切注意井口溢流情况,对于需要压井的井,井场备好压井液。
(3)防喷器等级:
35MPa。
正常情况下,严禁将防喷器当采油树使用,作业过程中必须安装防喷器,严禁在未打开闸板防喷器的情况下进行起下管柱作业,在装采油树和防喷器切换过程中,确保互换过程中动力系统完好。
(4)防喷器在现场安装前认真保养,并检查闸板芯子尺寸应与所使用管柱尺寸吻合,检查配合三通钢圈尺寸、螺孔尺寸应与防喷器、套管四通尺寸相吻合。
(5)防喷器安装必须平正,各控制闸门应灵活、可靠、压力表应准确,上齐上全连接螺栓。
(6)对于采用液压控制的防喷器,安装在距井口25米以外,保证灵活好用。
(7)全套井控设备在现场安装完毕好后,用清水对井控装置试压。
(8)井下作业队伍要配备与井下管柱相匹配的内防喷工具。
(9)四通两侧的压井防喷管线和与之匹配连接的阀门,在作业施工前要按设计要求进行试压,保留试压记录,并在整个施工作业过程中采取防堵、防冻(冬天)措施,保证其畅通并处于完好状态。
(10)在防喷器或采油树大四通上法兰面上起下管柱作业时,上法兰必须装保护装置,以保护法兰面和钢圈槽。
(11)施工作业单位施工前必须对井场周围一定范围内的居民住宅、学校、厂矿进行现场勘察,并在施工设计中标注说明,制定相应的防喷措施。
(12)因特殊情况需要变更井控装置时,由井下作业方提出申请,需经甲方现场技术负责人审核同意后方可实施,实施前作业单位要制定相应的井控措施。
(13)严格按油井井下作业防喷技术规程SY/T6120-1995做好防喷工作。
(14)压裂施工前,通知正在施工的邻井,观察压裂施工对该邻井的影响,做好应急措施。
井下作业井控技术是确保气井试气、压裂施工的必备技术。
做好井控工作,既有利于试气、测试中发现和保护好气层,通过压裂改造提高单层、单井产量,顺利完成试气作业,又可防止和避免井喷及其失控事故,实现作业过程的安全生产。
7.6防火、防爆、防硫化氢、一氧化碳等安全措施
(1)井下作业井场布置要有防火要求,值班房、发电房、伙房、锅炉房等放置在当地季风的上风方向,距井
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