厄瓜多爾Tambococha油田巖屑回注技術(shù)分析與應(yīng)用

蔣振偉，李寶軍，張建斌

(1低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 2川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

巖屑回注(Cuttings Re-Injection，簡(jiǎn)稱(chēng)CRI)是一項(xiàng)起源于上世紀(jì)80年代的應(yīng)用地下灌注方法處理鉆井廢棄物的技術(shù)，將巖屑從固控設(shè)備傳輸?shù)教幚碓O(shè)備內(nèi)，通過(guò)研磨、剪切和篩選，使巖屑的粒度滿足回注要求，通過(guò)高壓回注泵將巖屑顆粒注入到地層內(nèi)，通常巖屑回注速度可達(dá)25 t/h[1]。巖屑回注最早是在美國(guó)阿拉斯加的普拉德霍灣油田首次應(yīng)用并取得成功[2]，英國(guó)石油公司首次進(jìn)行了套管環(huán)空回注試驗(yàn)并取得技術(shù)突破，巖屑回注技術(shù)2002年在國(guó)內(nèi)的蓬萊19-3油田首次應(yīng)用并取得成功[3]，國(guó)內(nèi)第一套自主研發(fā)的巖屑回注成套設(shè)備于2008年由煙臺(tái)杰瑞石油科技公司制造成功，隨后又研制了環(huán)空回注裝置和微米級(jí)巖屑回注研磨造漿設(shè)備，并在海上油田得到了成功應(yīng)用[4-5]。

經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和完善，巖屑回注已成為一項(xiàng)國(guó)際公認(rèn)安全環(huán)保的鉆井廢棄物處理技術(shù)。與其它鉆井廢棄物處理技術(shù)相比，巖屑回注技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄物的零排放，符合日趨嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，并且在許多情況下處理成本相對(duì)較低，在世界范圍內(nèi)的油氣田，尤其是在環(huán)境保護(hù)區(qū)和淺海作業(yè)區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。進(jìn)行巖屑回注作業(yè)的關(guān)鍵是設(shè)備、施工技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)控制[6]。

一、Tambococha油田概況及巖屑回注技術(shù)的選擇

Tambococha油田位于厄瓜多爾亞馬遜熱帶雨林腹地，處于亞蘇尼國(guó)家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，東部毗鄰秘魯邊界，是著名的“ITT”項(xiàng)目的重要組成部分，已探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量約8.5×108t，可采石油儲(chǔ)量達(dá)到2.2×108t，油藏埋藏深度1 500～1 600 m之間，原油API值為12～16。2018年1月該油田的第一口井TMBD-00XD井(巖屑回注井)開(kāi)鉆，截止同年9月已完井并投產(chǎn)24口井，其中水平井11口，日產(chǎn)原油6 000 t，其中TMBA-017H井日產(chǎn)達(dá)806 t，打破了厄瓜多爾單井日產(chǎn)量記錄，預(yù)計(jì)2020年原油產(chǎn)量將達(dá)到日產(chǎn)2.7×104t。

Tambococha油田所處位置偏遠(yuǎn)，距離最近的Coca市約150 km，無(wú)陸路交通，人員、物資往來(lái)均依靠Napo河水運(yùn)，駁船來(lái)回一趟需24 h，受水位影響，對(duì)載重量有嚴(yán)格限制。Tambococha油田所在地被譽(yù)為“地球之肺”，環(huán)保要求極為苛刻，巖屑及廢棄鉆井液拉到外地處理，不但費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，沿途陸運(yùn)、水運(yùn)會(huì)帶來(lái)極高的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。巖屑回注技術(shù)可以規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)“零排放”的目標(biāo)，是開(kāi)發(fā)類(lèi)似于Tambococha油田這樣高環(huán)境敏感地區(qū)的最佳選擇[7]。

二、巖屑回注技術(shù)難點(diǎn)及施工風(fēng)險(xiǎn)

巖屑回注是一套復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，需要對(duì)巖屑進(jìn)行深加工處理及選擇合理的回注順序、回注參數(shù)等，如操作不慎可能帶來(lái)難以彌補(bǔ)的嚴(yán)重后果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 回注量大

Tambococha油田地層可鉆性好，平均建井周期約為14 d，一開(kāi)、二開(kāi)大尺寸井眼長(zhǎng)度較長(zhǎng)，產(chǎn)生的巖屑量大；根據(jù)鉆井需要，一開(kāi)、二開(kāi)及完鉆后收集的廢棄鉆井液需要回注處理，廢棄鉆井液量大；該油田所有服務(wù)商人員均長(zhǎng)期駐井，單個(gè)井隊(duì)常駐人數(shù)超130人，產(chǎn)生的生活廢水量大，需要回注處理；單口回注井服務(wù)該油田多部鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)，日回注量成倍數(shù)增加。

2. 回注時(shí)間長(zhǎng)

該油田是處于早期開(kāi)發(fā)階段，需要鉆的新井?dāng)?shù)量較多，回注井只有TMBD-00XD一口，在滿足當(dāng)前回注量要求的前提下，如何延長(zhǎng)該井的可回注時(shí)間，是制定回注參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的重要考慮因素。

3. 井下風(fēng)險(xiǎn)

回注層和主產(chǎn)層Napo-M1層雖有頁(yè)巖層隔離，但考慮到地層的延續(xù)性，需要控制好回注壓力，避免對(duì)產(chǎn)層損害；需要在尾管段較高的固井質(zhì)量，避免回注巖屑竄入產(chǎn)層，同時(shí)也需要控制好回注壓力，降低風(fēng)險(xiǎn)。

4. 地面風(fēng)險(xiǎn)

巖屑回注需要對(duì)巖屑進(jìn)行加工處理，需要的設(shè)備、車(chē)輛較多，巖屑收集和輸送系統(tǒng)存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，回注泵至井口為高壓區(qū)域等，總之，地面風(fēng)險(xiǎn)不容小視。

三、巖屑回注井基本參數(shù)

TMBD-00XD井是厄瓜多爾Tambococha油田完鉆的第一口井，為“S”型三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，井深1 816.6 m，最大井斜14.5°，承擔(dān)著該區(qū)塊全部鉆屑和廢棄鉆井液的回注任務(wù)。井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

回注層位選擇Napo-T層，該層位在垂深1 645.6～1 705.7 m之間，厚度為60.1 m，巖性為滲透率較高、孔隙度較大的砂巖，同時(shí)該層位砂巖有足夠的水平延伸，滿足可注入體積大、長(zhǎng)期可回注性強(qiáng)等回注要求。同時(shí)，Napo-T層位于主產(chǎn)層Napo-M1之下，儲(chǔ)層和回注層之間有厚度為45 m的頁(yè)巖層，頁(yè)巖層滲透率低，作為產(chǎn)層和回注層之間的隔離層，可阻止回注漿體上竄侵入，保護(hù)產(chǎn)層。

表1 TMBD-00XD井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

TMBD-00XD采用射孔方式完井，射孔后下入油管和分隔器，把油管和尾管之間的環(huán)空分隔，巖屑等由油管泵入進(jìn)入回注層。TMBD-00XD巖屑回注示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 巖屑回注示意圖

四、巖屑回注工藝流程

Tambococha油田目前有2部鉆機(jī)在進(jìn)行鉆井作業(yè)，通過(guò)運(yùn)輸車(chē)輛和管線把巖屑和廢液收集到TMBD-00XD井的回注現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行回注作業(yè)，主要流程如下，見(jiàn)圖2。

(1)將鉆井過(guò)程中產(chǎn)生鉆屑、廢棄鉆井液、廢水、生活污水等收集至鉆屑回注地罐中。

(2)通過(guò)抽汲泵將地罐中的鉆屑、污水等輸送至剪切罐。

(3)通過(guò)離心泵將漿體從剪切罐輸送至分散罐，漿體在分散罐中進(jìn)行初步的加料攪拌處理，使鉆屑進(jìn)一步分散，使?jié){體具有一定的懸浮能力。

(4)通過(guò)離心泵將漿體從分散罐輸送至振動(dòng)分選篩，經(jīng)研磨機(jī)研磨后的巖屑落入循環(huán)罐，循環(huán)罐中的漿體通過(guò)離心泵返回振動(dòng)分選篩再進(jìn)行循環(huán)，直至漿體中的巖屑顆粒大小分布符合要求。

(5)將循環(huán)罐中的漿體通過(guò)離心泵轉(zhuǎn)入配漿罐，加入聚合物及其他材料，使?jié){體參數(shù)達(dá)到回注要求，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析。

(6)漿體通過(guò)低壓泵、管匯，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器輸送至高壓回注泵組，通過(guò)高壓回注管線注入到TMBD-00XD井中。

圖2 巖屑回注工藝流程圖

五、回注漿體參數(shù)設(shè)計(jì)

巖屑回注關(guān)鍵部分是回注漿體的設(shè)計(jì)，首先要與地層孔隙度匹配，不會(huì)引起堵塞造成壓力升高，回注量下降，在回注漿懸浮液內(nèi)分布均勻；其次要考慮設(shè)備處理能力及處理成本。參照其它區(qū)塊回注情況，結(jié)合Tambococha油田回注層的特點(diǎn)，回注漿體參數(shù)設(shè)計(jì)如下：巖屑尺寸小于300 μm；漏斗黏度60～100 s；密度1.1～1.3 g/cm3；固相含量≤20%；水含量≥80%；pH值7～10。

以2018年10月12日回注漿取樣測(cè)試結(jié)果為例，該樣品中值粒徑D50為138.08 μm，累計(jì)粒度分布數(shù)D90為218.77 μm。

六、回注作業(yè)施工

在巖屑回注漿液準(zhǔn)備完畢后，進(jìn)行回注管線試壓，試壓至35 MPa，穩(wěn)壓1 min。試壓合格后，開(kāi)始回注作業(yè)，依次泵入沖洗液、隔離液、巖屑回注漿、隔離液和沖洗液，最后關(guān)井，等待壓力自然下降，恢復(fù)后進(jìn)行下一次回注作業(yè)。

以2018年10月12日TMBD-00XD井回注施工情況為例，介紹巖屑回注施工的具體操作。首先泵入清水沖洗管線，最高壓力11.6 MPa，接著泵入稠漿，然后開(kāi)始回注巖屑漿液共378 m3，約8.5 h，最高壓力12.9 MPa，隨后泵入稠漿和隔離液，本次回注共注入漿液近486 m3，關(guān)井8 h后，壓力降至2.5 MPa，見(jiàn)圖3。

圖3 2018年10月12日TMBD-00XD井巖屑回注作業(yè)曲線

截止目前已累計(jì)向該井注入漿液近1.1×105m3，回注壓力保持穩(wěn)定，證明該井回注性能良好。Tambococha油田已陸續(xù)投產(chǎn)30口井，從采油過(guò)程中未見(jiàn)回注漿對(duì)油層的損害現(xiàn)象，證明回注層與產(chǎn)層隔離完好。后續(xù)還有較大的鉆井工作量，該井的回注工作還將繼續(xù)。

七、結(jié)論與建議

(1)巖屑回注技術(shù)在Tambococha油田成功應(yīng)用，解決了鉆井現(xiàn)場(chǎng)的廢液和鉆屑的排放難題，在熱帶雨林高敏感地區(qū)實(shí)現(xiàn)了 “零排放”，有效保護(hù)了當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(2)介紹了回注井的井身結(jié)構(gòu)、回注工藝流程、回注漿參數(shù)和回注工藝。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貙犹攸c(diǎn)，嚴(yán)格控制回注顆粒粒度，保證了回注作業(yè)的連續(xù)性，沒(méi)有出現(xiàn)壓力過(guò)快升高的現(xiàn)象，Tambococha油田Napo-T砂巖層在同回注排量下回注壓力一直保持穩(wěn)定，上覆頁(yè)巖較好地完成了隔離任務(wù)。

(3)巖屑回注在國(guó)內(nèi)同樣具有廣闊應(yīng)用前景，為此國(guó)內(nèi)相關(guān)人員應(yīng)從技術(shù)和設(shè)備上進(jìn)行深入研究和完善，在國(guó)內(nèi)高環(huán)境敏感地區(qū)積極推廣應(yīng)用。