碳酸鹽巖儲層欠平衡鉆井技術難點與對策
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/18 源自:中華職工學習網 【字體：
】
】
塔里木盆地北部地區(簡稱塔北)的塔河油田主力油藏為奧陶系碳酸鹽巖潛山型油藏。下奧陶系深5400 m左右。地層壓力當量密度為1.08～1.12 g/cm3,屬碳酸鹽巖,其溶孔、溶洞裂縫比較發育。由于連通性較好，地層對泥漿密度很敏感，安全窗口很小(0.02～0.04 g/cm3)。在碳酸鹽巖地層非欠平衡鉆井中70%以上的井發生井漏，甚至嚴重井漏，如S48井在奧陶系施工過程中，鉆井液密度為1.08 g/cm3時，靜止就涌，循環則漏，平衡點很難掌握，奧陶系才揭開7 m，漏失泥漿和油田水超過2700 m3，不得不被迫提前完鉆，給鉆井作業和油氣發現及評價造成了較大的難度，對產層也造成了一定的污染。從1998年開展欠平衡鉆井技術攻關至今，該地區施工井次達40余口，井別涉及生產井、評價井、探井，在直井、定向井、水平井中都有應用。廣泛的應用表明，該地區的欠平衡鉆井技術較好地解決了塔北地區奧陶系碳酸鹽巖儲層鉆井漏失等工程問題,顯著地提高了油氣產量和鉆井機械速度，提高評價井、探井的油氣發現概率。
一、技術難點分析
針對塔河地區奧陶系碳酸鹽巖儲層易漏、很可能出現噴漏同層、井深、地溫高、地層壓力適中等特點，塔北欠平衡鉆井技術的開展存在如下幾個方面的難點：
(1)欠平衡鉆井設備配套的多樣性要求。奧陶系碳酸鹽巖儲層的風化殼層位裂縫、溶洞的發育具有很大的不均質性。鉆遇風化殼時會有不漏、小漏、大漏幾種不同情況發生，大型漏失一般屬置換性溶洞性惡性漏失，鉆時的表現是只進不出或泵入鉆井液返出原油。對于溶洞性漏失一般都伴隨著大的油氣產出，提前、強行完井要求對欠平衡鉆井井口設備的配置提出了不同的要求。另外，該地區施工時，有些井是在177.8 mm套管中，有些井是在244.5 mm的套管中實施欠平衡鉆井工藝，有些井是直井，有些井是水平井或定向井，這些都對井口設備和井下工具的配置提出不同的要求。
(2)儲層產能高、安全窗口小，合理欠壓值設計難。另外，欠壓值設計要滿足探井施工的特點。欠壓值是井底液柱壓力與地層壓力之差,若設計不當會對欠平衡鉆井施工造成不利影響。設計值過小,易造成井下過平衡,失去欠平衡鉆井的意義和目的；設計值過大,易造成井口設備過載甚至失控，引起重大鉆井事故。而塔河地區儲層的重要特點之一就是產能高、鉆井液密度安全窗口小，如果欠壓值較大就會有大量產液；太小易造成井下過平衡產生井漏。 所以，設計一個合理的欠壓值能最大限度地保證欠平衡鉆井施工質量的關鍵。
另外，如何設計欠壓值以滿足探井施工最大可能發現油氣的需要，也是在欠壓值設計時必須要考慮的問題。
(3)欠平衡施工安全窗口小，井底欠壓值控制難。井底壓力控制是欠平衡鉆井工藝得以成功實施的關鍵，如果井底壓力控制不當，在塔河地區會造成井漏和地層產液過大現象。當施工過程中井口起壓時是開大節流閥還是關小節流閥，壓力的傳播速度對節流閥的操作會有怎樣的影響，因為施工安全窗口小，這些都應加以考慮。必須尋找欠壓值與其它鉆井參數的關系，建立數學模型，然后根據其互動關系，制定一套便于操作的井底壓力現場控制方法。
(4)奧陶系儲層井溫高、原油多是稠油不利分離，鉆井液、壓井體系選擇難。盡管奧陶系地層穩定性好，但是井溫高不利于泥漿處理劑的選擇，如何把很粘稠的原油及時分離出來也是一個難點。由于潛水泵等常規工具不能有效地把稠油抽走，置換性漏失發生時，大量隨鉆產油如何處理也是必須考慮的。
(5)置換性漏失時壓井作業難。當惡性漏失發生時，因安全窗口小，找不到平衡點。從理論上講，避免置換性漏失的方法是使用比產液密度更低的鉆井液，這在欠平衡鉆井施工時是可行的，但起下鉆時無疑是一個矛盾，因為需要壓井。因此，置換性漏失發生時井漏是不可避免的事情。常規壓井作業壓井液不會在環空建立液柱，或者建立壓井液柱的代價太大，不僅會花費大量的金錢，也會對儲層造成嚴重污染。置換性漏失發生時，如何以較小的代價而以最快的速度完成壓井作業是該地區欠平衡作業中的又一難點。
(6)置換性漏失時強行完井作業難。置換性漏失時常伴隨著大量的油氣產出，這時一般都提前完鉆，甚至不測井而裸眼完井。即使當時壓穩的井，由于置換性漏失的存在，又會出現井涌。因此，作業過程中交互地發生井涌與壓井，如何安全順利地提出鉆具又將完井管柱下到井底也是需考慮的問題。
二、技術對策
液相欠平衡鉆井技術盡管在我國已是成熟技術，但其區域性特點又使該項技術具有一定的針對性。經過多次技術攻關和現場實踐，基本解決了施工中出現的以上問題，形成了本地區欠平衡鉆井的技術特色。具體的解決方案如下：
(1)靈活的地面設備和井下工具配置方案以滿足特殊施工工藝要求。在給出碳酸鹽巖欠平衡鉆井施工有關設備標準配置的基礎上，根據不同的施工要求設備的配置進行如下變化：A.為滿足置換性漏失情況下強行完井要求設備配置的變化：①把鉆井四通換成采油四通，并配置相應的轉換法蘭以便與上部的防噴器相連，是否采用采油四通進行欠平衡鉆井施工，要在安裝設備時就做出決定，這主要由地質人員提出的鉆遇大溶洞的概率來決定；②把旋轉防噴器膠心換成88.9 mm膠心，以便密封88.9 mm油管；③地面把88.9 mm油管接成雙根；④地面循環設備可以進行反循環壓井。B.第四次開鉆中途施工時強上欠平衡鉆井工藝情況下井口設備可能出現的變化。由于安裝井口時沒有考慮安裝旋轉防噴器的空間，因此，井口設備的安裝可能受到限制。一般的解決辦法是去掉上部的萬能防噴器，然后再安裝旋轉防噴器。由于這是一種非標準的解決方案，就要求施工工藝方面有具體技術措施，保證在沒有萬能防噴器的情況下也能安全施工。如保證旋轉防噴器膠心是新的，盡量避免換膠心，制定沒有萬能防噴器下的換膠心方案等等。C.定向井、水平井工藝導致的井下欠平衡工具的變化。定向井、水平井時由于MWD工具的使用必須對欠平衡鉆井井下工具進行調整。把兩個單流閥都要接在MWD的下部，為了保證MWD的可打撈，鉆具中不能接入投入式止流閥、投入式旁通閥等。
(2)利用科學方法合理設計欠壓值，對探井施工以滿足發現為主要出發點。欠壓值的設計要考慮隨鉆的產量和施工時不能出現正壓現象。對于生產井，如果施工者的操作水平高，壓力的波動小，在考慮計算誤差下欠壓值應盡量小，以避免有大量產液產出，因為在鉆井現場不便于把稠油運走。鉆遇溶洞時一般壓力窗口都很低，且都會有較大的隨鉆產量，因此，設計的欠壓值應盡量的小，又要能保證負壓施工，以免井漏。另外，欠壓值的設計還受井的深度、井隊技術素質、操作水平、軟件計算誤差的影響等。通過對各因素的綜合分析，塔河地區一般把鉆進時的欠壓值設計為0.5 MPa，經多口井的實踐證明，這一欠壓值是合理的。
對于探井，由于地層壓力、能否鉆遇裂隙等都具有一定的不確定性。為滿足發現油氣層的需要，欠壓值應具有較大的調節空間，設計原則是在鉆井液密度允許、井口設備條件較好的情況下欠壓值要大些，塔河地區探井設計欠壓值推薦為2~3 MPa。施工時采用如下控制方法：開始負壓鉆進時井口加壓1.5～2.5 MPa，這時井底欠壓值約0.5 MPa。如果幾個循環周后沒有油氣顯示，把套壓減壓到1.0～2 MPa，這時井底欠壓值約1.0 MPa。這樣反復多次，直到有油氣產出或井口套壓為0 MPa。
(3)結合壓力傳播速度依據立壓值精確控制井底欠壓值。根據p欠壓值＝p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內摩阻-p管內液壓-p立壓，當排量不變和泥漿入口性能不變時，p噴嘴壓降、p管內摩阻、p管內液壓、p地層壓力等4個參數為常量，設 K=p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內摩阻-p管內液壓，則等式為：p欠壓值＝K-p立壓。也就是說，排量不變時如果泵壓下降，則井底欠壓值按同值增加；反之如果泵壓上升，則井底欠壓值按同值減少。因此，當隨鉆油氣產量變化或氣體滑脫上升時，靠調節節流閥使泵壓保持不變即可保持井底欠壓值不變。
(4)使用無固相鉆井液作為欠平衡鉆井液、油田鹽水作為壓井液。欠平衡鉆井液配方為：淡水＋1.0%～2.0%PAC-141 +0.1%～0.3%NaOH(密度用NaCl調整)。該鉆井液有以下特點：①鉆井液密度調整范圍大。②要有較強的攜巖能力，能夠以一種有效的方式將巖屑輸送到地面并有效分離清除。③要有良好的抗鹽、抗氣侵及抗污染能力，保證流變性能穩定。④鉆井液與原油分離效果要好，能夠安全地將產出的地層流體輸送到地面并有效分離。塔河油田原油質稠、密度高(0.94～0.98 g/cm3)、粘度高、流動性差，油液分離效果至關重要。起下鉆壓井使用油田的地層鹽水密度1.14 g/cm3，不加重就可用來壓井，且與地層的配伍性好。
(5)使用改進的反循環壓井技術或平推法進行置換性漏失條件下的壓井作業。在塔北碳酸鹽巖儲層，對于大溶洞、大裂縫，極易發生鉆井液與原油的置換性大漏失。在這種情況下，即使使用稠化處理過的清水壓井也會發生大漏失，使用正循環法壓井時，壓井液會在鉆頭處漏入地層，從而無法在環空建立高壓液柱。使用反循環壓井，可以很快在環空中建立高壓液柱，當壓井液柱從井口移動到井底后會漏入地層，不會從鉆頭進入鉆桿形成高壓液柱。但是，由于此時鉆桿內幾乎都是地層產液，使用平推法用壓井液把鉆桿內的地層產液推入地層從而在鉆桿內也形成高壓液柱。這樣可把壓井作業對地層的污染降到最低。平推法壓井技術在該地區置換性漏失壓井時也常用，但對儲層污染要嚴重些，只有在無法進行改進的反循環壓井時才采用。
(6)利用旋轉防噴器進行置換性漏失下的強行完井作業。置換性漏失時常伴隨著大量的油氣產出，這時一般都提前完鉆，甚至不測井而裸眼完井。這時的完井主要考慮的是安全順利地提出鉆具又將完井管住下到井底。由于井口安裝了旋轉防噴器，起鉆、下油管途中這種作業要安全一些。起完鉆、拆換井口時和剛開始下油管時是應該關注的危險期。
三、塔河欠平衡鉆井部分井施工情況
塔北塔河油田已完成40余口欠平衡鉆井施工，其中S66井是塔河欠平衡施工的第一口探井，TK412是欠平衡施工的第一口生產井，TK430是第一口欠平衡水平井,TK425是國內第一口按全過程欠平衡鉆井工藝設計、施工的生產井，對國內全過程欠平衡鉆井工藝的應用起到了積極的推動作用,S88井是首次使用邊漏邊鉆進行鉆井的欠平衡施工井。
四、結論
(1)欠平衡鉆井技術有其鮮明的儲層特性或地區性特色，必須根據不同的儲層特點分別對待。
(2)采用靈活的設備配置方案，可滿足現場可能出現的各種施工要求，例如用采油四通代替鉆井四通進行欠平衡鉆井施工，可以最大限度地滿足強行完井作業的需要。
(3)結合壓力傳播速度依據立壓值精確控制井底欠壓值，使欠平衡鉆井施工具有了較大的科學性。這種井底壓力控制方法，不僅可以最大限度地控制置換性漏失的速度，而且對 其它欠平衡作業也具有很大的指導意義。
(4)改進的反循環壓井技術或平推法進行置換性漏失條件下的壓井作業最大限度地減少了壓井過程中的鉆井液漏失，縮短了壓井時間。
一、技術難點分析
針對塔河地區奧陶系碳酸鹽巖儲層易漏、很可能出現噴漏同層、井深、地溫高、地層壓力適中等特點，塔北欠平衡鉆井技術的開展存在如下幾個方面的難點：
(1)欠平衡鉆井設備配套的多樣性要求。奧陶系碳酸鹽巖儲層的風化殼層位裂縫、溶洞的發育具有很大的不均質性。鉆遇風化殼時會有不漏、小漏、大漏幾種不同情況發生，大型漏失一般屬置換性溶洞性惡性漏失，鉆時的表現是只進不出或泵入鉆井液返出原油。對于溶洞性漏失一般都伴隨著大的油氣產出，提前、強行完井要求對欠平衡鉆井井口設備的配置提出了不同的要求。另外，該地區施工時，有些井是在177.8 mm套管中，有些井是在244.5 mm的套管中實施欠平衡鉆井工藝，有些井是直井，有些井是水平井或定向井，這些都對井口設備和井下工具的配置提出不同的要求。
(2)儲層產能高、安全窗口小，合理欠壓值設計難。另外，欠壓值設計要滿足探井施工的特點。欠壓值是井底液柱壓力與地層壓力之差,若設計不當會對欠平衡鉆井施工造成不利影響。設計值過小,易造成井下過平衡,失去欠平衡鉆井的意義和目的；設計值過大,易造成井口設備過載甚至失控，引起重大鉆井事故。而塔河地區儲層的重要特點之一就是產能高、鉆井液密度安全窗口小，如果欠壓值較大就會有大量產液；太小易造成井下過平衡產生井漏。 所以，設計一個合理的欠壓值能最大限度地保證欠平衡鉆井施工質量的關鍵。
另外，如何設計欠壓值以滿足探井施工最大可能發現油氣的需要，也是在欠壓值設計時必須要考慮的問題。
(3)欠平衡施工安全窗口小，井底欠壓值控制難。井底壓力控制是欠平衡鉆井工藝得以成功實施的關鍵，如果井底壓力控制不當，在塔河地區會造成井漏和地層產液過大現象。當施工過程中井口起壓時是開大節流閥還是關小節流閥，壓力的傳播速度對節流閥的操作會有怎樣的影響，因為施工安全窗口小，這些都應加以考慮。必須尋找欠壓值與其它鉆井參數的關系，建立數學模型，然后根據其互動關系，制定一套便于操作的井底壓力現場控制方法。
(4)奧陶系儲層井溫高、原油多是稠油不利分離，鉆井液、壓井體系選擇難。盡管奧陶系地層穩定性好，但是井溫高不利于泥漿處理劑的選擇，如何把很粘稠的原油及時分離出來也是一個難點。由于潛水泵等常規工具不能有效地把稠油抽走，置換性漏失發生時，大量隨鉆產油如何處理也是必須考慮的。
(5)置換性漏失時壓井作業難。當惡性漏失發生時，因安全窗口小，找不到平衡點。從理論上講，避免置換性漏失的方法是使用比產液密度更低的鉆井液，這在欠平衡鉆井施工時是可行的，但起下鉆時無疑是一個矛盾，因為需要壓井。因此，置換性漏失發生時井漏是不可避免的事情。常規壓井作業壓井液不會在環空建立液柱，或者建立壓井液柱的代價太大，不僅會花費大量的金錢，也會對儲層造成嚴重污染。置換性漏失發生時，如何以較小的代價而以最快的速度完成壓井作業是該地區欠平衡作業中的又一難點。
(6)置換性漏失時強行完井作業難。置換性漏失時常伴隨著大量的油氣產出，這時一般都提前完鉆，甚至不測井而裸眼完井。即使當時壓穩的井，由于置換性漏失的存在，又會出現井涌。因此，作業過程中交互地發生井涌與壓井，如何安全順利地提出鉆具又將完井管柱下到井底也是需考慮的問題。
二、技術對策
液相欠平衡鉆井技術盡管在我國已是成熟技術，但其區域性特點又使該項技術具有一定的針對性。經過多次技術攻關和現場實踐，基本解決了施工中出現的以上問題，形成了本地區欠平衡鉆井的技術特色。具體的解決方案如下：
(1)靈活的地面設備和井下工具配置方案以滿足特殊施工工藝要求。在給出碳酸鹽巖欠平衡鉆井施工有關設備標準配置的基礎上，根據不同的施工要求設備的配置進行如下變化：A.為滿足置換性漏失情況下強行完井要求設備配置的變化：①把鉆井四通換成采油四通，并配置相應的轉換法蘭以便與上部的防噴器相連，是否采用采油四通進行欠平衡鉆井施工，要在安裝設備時就做出決定，這主要由地質人員提出的鉆遇大溶洞的概率來決定；②把旋轉防噴器膠心換成88.9 mm膠心，以便密封88.9 mm油管；③地面把88.9 mm油管接成雙根；④地面循環設備可以進行反循環壓井。B.第四次開鉆中途施工時強上欠平衡鉆井工藝情況下井口設備可能出現的變化。由于安裝井口時沒有考慮安裝旋轉防噴器的空間，因此，井口設備的安裝可能受到限制。一般的解決辦法是去掉上部的萬能防噴器，然后再安裝旋轉防噴器。由于這是一種非標準的解決方案，就要求施工工藝方面有具體技術措施，保證在沒有萬能防噴器的情況下也能安全施工。如保證旋轉防噴器膠心是新的，盡量避免換膠心，制定沒有萬能防噴器下的換膠心方案等等。C.定向井、水平井工藝導致的井下欠平衡工具的變化。定向井、水平井時由于MWD工具的使用必須對欠平衡鉆井井下工具進行調整。把兩個單流閥都要接在MWD的下部，為了保證MWD的可打撈，鉆具中不能接入投入式止流閥、投入式旁通閥等。
(2)利用科學方法合理設計欠壓值，對探井施工以滿足發現為主要出發點。欠壓值的設計要考慮隨鉆的產量和施工時不能出現正壓現象。對于生產井，如果施工者的操作水平高，壓力的波動小，在考慮計算誤差下欠壓值應盡量小，以避免有大量產液產出，因為在鉆井現場不便于把稠油運走。鉆遇溶洞時一般壓力窗口都很低，且都會有較大的隨鉆產量，因此，設計的欠壓值應盡量的小，又要能保證負壓施工，以免井漏。另外，欠壓值的設計還受井的深度、井隊技術素質、操作水平、軟件計算誤差的影響等。通過對各因素的綜合分析，塔河地區一般把鉆進時的欠壓值設計為0.5 MPa，經多口井的實踐證明，這一欠壓值是合理的。
對于探井，由于地層壓力、能否鉆遇裂隙等都具有一定的不確定性。為滿足發現油氣層的需要，欠壓值應具有較大的調節空間，設計原則是在鉆井液密度允許、井口設備條件較好的情況下欠壓值要大些，塔河地區探井設計欠壓值推薦為2~3 MPa。施工時采用如下控制方法：開始負壓鉆進時井口加壓1.5～2.5 MPa，這時井底欠壓值約0.5 MPa。如果幾個循環周后沒有油氣顯示，把套壓減壓到1.0～2 MPa，這時井底欠壓值約1.0 MPa。這樣反復多次，直到有油氣產出或井口套壓為0 MPa。
(3)結合壓力傳播速度依據立壓值精確控制井底欠壓值。根據p欠壓值＝p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內摩阻-p管內液壓-p立壓，當排量不變和泥漿入口性能不變時，p噴嘴壓降、p管內摩阻、p管內液壓、p地層壓力等4個參數為常量，設 K=p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內摩阻-p管內液壓，則等式為：p欠壓值＝K-p立壓。也就是說，排量不變時如果泵壓下降，則井底欠壓值按同值增加；反之如果泵壓上升，則井底欠壓值按同值減少。因此，當隨鉆油氣產量變化或氣體滑脫上升時，靠調節節流閥使泵壓保持不變即可保持井底欠壓值不變。
(4)使用無固相鉆井液作為欠平衡鉆井液、油田鹽水作為壓井液。欠平衡鉆井液配方為：淡水＋1.0%～2.0%PAC-141 +0.1%～0.3%NaOH(密度用NaCl調整)。該鉆井液有以下特點：①鉆井液密度調整范圍大。②要有較強的攜巖能力，能夠以一種有效的方式將巖屑輸送到地面并有效分離清除。③要有良好的抗鹽、抗氣侵及抗污染能力，保證流變性能穩定。④鉆井液與原油分離效果要好，能夠安全地將產出的地層流體輸送到地面并有效分離。塔河油田原油質稠、密度高(0.94～0.98 g/cm3)、粘度高、流動性差，油液分離效果至關重要。起下鉆壓井使用油田的地層鹽水密度1.14 g/cm3，不加重就可用來壓井，且與地層的配伍性好。
(5)使用改進的反循環壓井技術或平推法進行置換性漏失條件下的壓井作業。在塔北碳酸鹽巖儲層，對于大溶洞、大裂縫，極易發生鉆井液與原油的置換性大漏失。在這種情況下，即使使用稠化處理過的清水壓井也會發生大漏失，使用正循環法壓井時，壓井液會在鉆頭處漏入地層，從而無法在環空建立高壓液柱。使用反循環壓井，可以很快在環空中建立高壓液柱，當壓井液柱從井口移動到井底后會漏入地層，不會從鉆頭進入鉆桿形成高壓液柱。但是，由于此時鉆桿內幾乎都是地層產液，使用平推法用壓井液把鉆桿內的地層產液推入地層從而在鉆桿內也形成高壓液柱。這樣可把壓井作業對地層的污染降到最低。平推法壓井技術在該地區置換性漏失壓井時也常用，但對儲層污染要嚴重些，只有在無法進行改進的反循環壓井時才采用。
(6)利用旋轉防噴器進行置換性漏失下的強行完井作業。置換性漏失時常伴隨著大量的油氣產出，這時一般都提前完鉆，甚至不測井而裸眼完井。這時的完井主要考慮的是安全順利地提出鉆具又將完井管住下到井底。由于井口安裝了旋轉防噴器，起鉆、下油管途中這種作業要安全一些。起完鉆、拆換井口時和剛開始下油管時是應該關注的危險期。
三、塔河欠平衡鉆井部分井施工情況
塔北塔河油田已完成40余口欠平衡鉆井施工，其中S66井是塔河欠平衡施工的第一口探井，TK412是欠平衡施工的第一口生產井，TK430是第一口欠平衡水平井,TK425是國內第一口按全過程欠平衡鉆井工藝設計、施工的生產井，對國內全過程欠平衡鉆井工藝的應用起到了積極的推動作用,S88井是首次使用邊漏邊鉆進行鉆井的欠平衡施工井。
四、結論
(1)欠平衡鉆井技術有其鮮明的儲層特性或地區性特色，必須根據不同的儲層特點分別對待。
(2)采用靈活的設備配置方案，可滿足現場可能出現的各種施工要求，例如用采油四通代替鉆井四通進行欠平衡鉆井施工，可以最大限度地滿足強行完井作業的需要。
(3)結合壓力傳播速度依據立壓值精確控制井底欠壓值，使欠平衡鉆井施工具有了較大的科學性。這種井底壓力控制方法，不僅可以最大限度地控制置換性漏失的速度，而且對 其它欠平衡作業也具有很大的指導意義。
(4)改進的反循環壓井技術或平推法進行置換性漏失條件下的壓井作業最大限度地減少了壓井過程中的鉆井液漏失，縮短了壓井時間。
|
|
相關鏈接
|
|