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澳大利亚昆士兰苏拉特盆地矿区利用取芯井监测煤层压力
1、背景

2009年,QGC公司开始着手昆士兰液化天然气项目

      (Queensland Curtis LNG project),开发煤层气,并将其输往一家液化天然气厂。根据要求,QGC公司需要通过一口单井来监测各煤层,最好还能监测每个水层。得到的有价值的监测信息可用来校准地下模型,加强对煤层的了解,进而有针对性地?#29992;?#38075;井,提高产量。此外,有价值的水层和半隔水层信息也能够被监测到。

      一种实用的解决方案是重新利用那些原本打算废弃的、用于储层评估的取心井。这样能够省掉专门钻一口井的费用,但QGC公司面临的一个难题是?#19994;?#33021;与每口取心井94mm?#26412;?#30456;匹配的压力监测设备。

2、面临的挑战和要求

(1)作业要求:


  • 准确地监测储层压力
  • 不间断地、安全地实施和保持井控
  • 遵守《石油天然气法》(Petroleum and Gas Act)和其它相关规定
  • 准确地控制深度
  • 避免形成微?#24223;叮?#21487;供气体从中通过并抵达地表的通道)
  • 保护电缆,在井壁上下入完井工具时使其不受损害
  • 记?#38469;?#25454;,并从远处传输到办公室
  • 同时包括弃井

(2)面临的挑战

  • 煤层薄(平均厚度小于30厘米),分散,需要准确地控制深度,需要多个仪表来掌握泄油效率
  • 储层温度达50℃【需要注意聚氯乙烯(PVC)之类的材料】
  • 能够下到94mm的井筒中
  • 设备高效,成功率高
  • 能够克服井稳定性/井眼状况问题
  • 在单一井中监测储层和水层

3、施工方法

       实验室试验的目的是估算与外部流体压力相比,灌浆中传感器的?#20174;?#26102;间变化。该井中有一个经过射孔的90mmPVC管,内悬挂一个传感器。这些放置在一个压力容器内,压力容器悬浮在一个水槽?#26657;?#28201;度为储层温度(45℃)。向PVC管中倾倒水泥,密封压力容器,并加压至10MPa,将样品三轴压缩。保持压力,以0.25Mpa/次的量逐步降压之前,使水泥能?#36824;?#21270;。位于水泥块外部的容器的压力代表的是储层压力,与PVC管内压力计的压力进行对?#21462;?#20869;部和外部传感器在数秒内达到?#21496;?#21387;(如下图),验证?#33487;?#19968;概念。


图 压力随时间变化图


 
       在温度受控的环?#25345;校?#32463;过7天时间的固化,在水泥浆垂直面和水平面取?#27169;?#27979;量其渗透?#30465;?#22402;向渗透率测量结果为0.09md,水平方向渗透率为0.27md。

       基于初步试验所取得的成功,另外的11口井也被用来开展进一步试验,包括老井和新钻的取心井,以此来确保拟定方案能够满足全部的要求。


  • 使用毛细连续油管作为注水泥导管,发挥以下作用:

      – 一种能够下入94mm井筒内的输送机构
      – 一种牢固的媒介,连接压力计电缆
      – 能够计算流体静压力,实?#33267;?#22909;的深度控制效果。


  • 加入降阻剂,改良水泥浆,使水泥和地层?#33322;?#25928;果好,顺利固井,降低固化温度,由此避免电缆融化和压力计受损,同时停留在较低的地层压裂梯度内。
  • 加入一个清洗喷嘴,如果设备悬挂在突出物或者遇到淤淀,可以在井下喷射。
  • 得益于工作窗口和电缆密封?#20302;?#30340;设计和加工,可进?#33455;?#25511;和封?#28014;?/span>
  • 压力计的使用,限制了其它井下部件,由此延长工作寿命。
  • 下入多个压力计的风险之一是——如果电缆串在一起,会形成微?#24223;叮?#21487;能形成通道,使气体流向地表。为了?#33322;?#36825;种风险和保护电缆,使其不与井壁发生摩擦,作业方与当地一家企业合作,设计和加工了一?#20540;?#25104;本注塑材料的电缆隔开器(cable  spacer)和扶正器,将电缆隔开,不与井壁摩擦(图2-1-7和图2-1-8)。得益于此,能够在一口单井中成功地下入多达8个压力计。
  • 加入聚合物,使完井液?#26032;?#21270;钾的浓度从2%增加到6%,下入压力计之前帮助保持井筒稳定。
  • 一个井帽(Well Cap),上面有一个带衬垫的侧孔,用于穿过电缆,拆除防喷器后和场地修复期间,增加一个压力计和排放阀。监测井帽压力,提供必要的设备信息,证明没有气体泄漏。
  • 专门建造的遥测滑橇(telemetry skids),可以实现实时数据传输,降低对环境的影响,减少健康、安全和环境方面的风险,否则,人员需要频繁地去往现场下载数据。

4、基本操作步骤

     安装压力计,修井前的电缆活动(根据情况进行)。搬入电缆设备并安装;如果井已经搁置了一段时间,和一个通井规一起下入井?#26657;?#30830;认悬持深度(holdup depth)。


图 操作图

 
(1)修井活动

  • 根据情况,进行洗井,洗至完钻深度,进行调节,使井保持稳定(新钻的井不需要洗井)。
  • 在指定深度进行射孔(如果需要在上方水层段安装压力计)。
  • 最后通井至完钻深度,调节泥浆。然后可以拆除修井机或者取心钻机,搬离现场。
  • 搬入毛细连续油管设备并安装,连续油管下井,获取一个tag总深。起出井外,确保深度计数器归零,以确认获得的深度数。
  • 连续油管重新下井,起出井外的时候标注压力计的位置,再次确认获得的深度数。
  • 连续油管重新下井,将压力计坐放到位,将压力计连接至记录器,开?#25216;鍬际?#25454;。
  • 原地循环隔离液-压力计和水泥-压力计。
  • 稳压,保持防喷器状态,直至水泥固化(大约72小?#20445;?/span>
     
5、结果

       截止目前,通过使用毛细连续油管,共31口取心井被转换成了监测井(未出现失时工伤),每口井?#33455;?#23433;装了多个压力计,安装深度从103米到843米不?#21462;?#32467;果显示,储层段安装五个或者六个压力计效果最佳,这样有额外的通道,用于水层监测和井下温度监测。装置的成功率达到了85%,失败的主要原因是偏离标准操作步骤而造成的电缆损伤。压力计数据质量保证分为两个步骤:首先,使用一个自动化脚本检测偏低的单值读数、异常值和空白或者缺省值;第二,人工审查压力数据,?#39029;?#26410;检测到的?#36824;?#21017;值,如突然出现的压力峰值、不稳定的压力读数和与地层层次不一致的读数?#21462;?br />
6、结论

       取心井重新完井是一种节约成本的方法,可采集到有价值的井下数据,避免了在附近专门钻一口监测井。可以安装多个压力计,但是随着仪表数目的增多,难度越来越大,操作风险也越来越高。采用分步实施这一方法,能够总结经验,改进工艺并逐步完善,提前规划,在开展现场试验之前“确保是正确的”。这种理念帮助达到较高的成功率,即便是在研发过程中。

       目前为止,接收到的数据证明?#33487;?#26679;的事实——对比监测井中的仪表能够直接测量煤层的生产响应。与生产数据相结合,它们能够帮助对地下模型(subsurface models)进行历史拟合。同样地,利用水层压力来监测地下水对煤层气开采的响应。


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(来源:金正纵横油气半月刊)

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