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塔里木盆地北部地區(qū)(簡(jiǎn)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(dāng)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(fā)育。由于連通性較好，地層對(duì)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(fā)生井漏，甚至嚴(yán)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(shí)，靜止就涌，循環(huán)則漏，平衡點(diǎn)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(yè)和油氣發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)造成了較大的難度，對(duì)產(chǎn)層也造成了一定的污染。從1998年開展欠平衡鉆井技術(shù)攻關(guān)至今，該地區(qū)施工井次達(dá)40余口，井別涉及生產(chǎn)井、評(píng)價(jià)井、探井，在直井、定向井、水平井中都有應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用表明，該地區(qū)的欠平衡鉆井技術(shù)較好地解決了塔北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井漏失等工程問題,顯著地提高了油氣產(chǎn)量和鉆井機(jī)械速度，提高評(píng)價(jià)井、探井的油氣發(fā)現(xiàn)概率。
一、技術(shù)難點(diǎn)分析
針對(duì)塔河地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層易漏、很可能出現(xiàn)噴漏同層、井深、地溫高、地層壓力適中等特點(diǎn)，塔北欠平衡鉆井技術(shù)的開展存在如下幾個(gè)方面的難點(diǎn)：
(1)欠平衡鉆井設(shè)備配套的多樣性要求。奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的風(fēng)化殼層位裂縫、溶洞的發(fā)育具有很大的不均質(zhì)性。鉆遇風(fēng)化殼時(shí)會(huì)有不漏、小漏、大漏幾種不同情況發(fā)生，大型漏失一般屬置換性溶洞性惡性漏失，鉆時(shí)的表現(xiàn)是只進(jìn)不出或泵入鉆井液返出原油。對(duì)于溶洞性漏失一般都伴隨著大的油氣產(chǎn)出，提前、強(qiáng)行完井要求對(duì)欠平衡鉆井井口設(shè)備的配置提出了不同的要求。另外，該地區(qū)施工時(shí)，有些井是在177.8 mm套管中，有些井是在244.5 mm的套管中實(shí)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(duì)井口設(shè)備和井下工具的配置提出不同的要求。
(2)儲(chǔ)層產(chǎn)能高、安全窗口小，合理欠壓值設(shè)計(jì)難。另外，欠壓值設(shè)計(jì)要滿足探井施工的特點(diǎn)。欠壓值是井底液柱壓力與地層壓力之差,若設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)對(duì)欠平衡鉆井施工造成不利影響。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值過大,易造成井口設(shè)備過載甚至失控，引起重大鉆井事故。而塔河地區(qū)儲(chǔ)層的重要特點(diǎn)之一就是產(chǎn)能高、鉆井液密度安全窗口小，如果欠壓值較大就會(huì)有大量產(chǎn)液；太小易造成井下過平衡產(chǎn)生井漏。 所以，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的欠壓值能最大限度地保證欠平衡鉆井施工質(zhì)量的關(guān)鍵。
另外，如何設(shè)計(jì)欠壓值以滿足探井施工最大可能發(fā)現(xiàn)油氣的需要，也是在欠壓值設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)施的關(guān)鍵，如果井底壓力控制不當(dāng)，在塔河地區(qū)會(huì)造成井漏和地層產(chǎn)液過大現(xiàn)象。當(dāng)施工過程中井口起壓時(shí)是開大節(jié)流閥還是關(guān)小節(jié)流閥，壓力的傳播速度對(duì)節(jié)流閥的操作會(huì)有怎樣的影響，因?yàn)槭┕ぐ踩翱谛。@些都應(yīng)加以考慮。必須尋找欠壓值與其它鉆井參數(shù)的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)其互動(dòng)關(guān)系，制定一套便于操作的井底壓力現(xiàn)場(chǎng)控制方法。
(4)奧陶系儲(chǔ)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(wěn)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(shí)分離出來也是一個(gè)難點(diǎn)。由于潛水泵等常規(guī)工具不能有效地把稠油抽走，置換性漏失發(fā)生時(shí)，大量隨鉆產(chǎn)油如何處理也是必須考慮的。
(5)置換性漏失時(shí)壓井作業(yè)難。當(dāng)惡性漏失發(fā)生時(shí)，因安全窗口小，找不到平衡點(diǎn)。從理論上講，避免置換性漏失的方法是使用比產(chǎn)液密度更低的鉆井液，這在欠平衡鉆井施工時(shí)是可行的，但起下鉆時(shí)無疑是一個(gè)矛盾，因?yàn)樾枰獕壕Ｒ虼耍脫Q性漏失發(fā)生時(shí)井漏是不可避免的事情。常規(guī)壓井作業(yè)壓井液不會(huì)在環(huán)空建立液柱，或者建立壓井液柱的代價(jià)太大，不僅會(huì)花費(fèi)大量的金錢，也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重污染。置換性漏失發(fā)生時(shí)，如何以較小的代價(jià)而以最快的速度完成壓井作業(yè)是該地區(qū)欠平衡作業(yè)中的又一難點(diǎn)。
(6)置換性漏失時(shí)強(qiáng)行完井作業(yè)難。置換性漏失時(shí)常伴隨著大量的油氣產(chǎn)出，這時(shí)一般都提前完鉆，甚至不測(cè)井而裸眼完井。即使當(dāng)時(shí)壓穩(wěn)的井，由于置換性漏失的存在，又會(huì)出現(xiàn)井涌。因此，作業(yè)過程中交互地發(fā)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(shù)對(duì)策
液相欠平衡鉆井技術(shù)盡管在我國(guó)已是成熟技術(shù)，但其區(qū)域性特點(diǎn)又使該項(xiàng)技術(shù)具有一定的針對(duì)性。經(jīng)過多次技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，基本解決了施工中出現(xiàn)的以上問題，形成了本地區(qū)欠平衡鉆井的技術(shù)特色。具體的解決方案如下：
(1)靈活的地面設(shè)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(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配置的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的施工要求設(shè)備的配置進(jìn)行如下變化：A.為滿足置換性漏失情況下強(qiáng)行完井要求設(shè)備配置的變化：①把鉆井四通換成采油四通，并配置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換法蘭以便與上部的防噴器相連，是否采用采油四通進(jìn)行欠平衡鉆井施工，要在安裝設(shè)備時(shí)就做出決定，這主要由地質(zhì)人員提出的鉆遇大溶洞的概率來決定；②把旋轉(zhuǎn)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(huán)設(shè)備可以進(jìn)行反循環(huán)壓井。B.第四次開鉆中途施工時(shí)強(qiáng)上欠平衡鉆井工藝情況下井口設(shè)備可能出現(xiàn)的變化。由于安裝井口時(shí)沒有考慮安裝旋轉(zhuǎn)防噴器的空間，因此，井口設(shè)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(zhuǎn)防噴器。由于這是一種非標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，就要求施工工藝方面有具體技術(shù)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(zhuǎn)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(dǎo)致的井下欠平衡工具的變化。定向井、水平井時(shí)由于MWD工具的使用必須對(duì)欠平衡鉆井井下工具進(jìn)行調(diào)整。把兩個(gè)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(xué)方法合理設(shè)計(jì)欠壓值，對(duì)探井施工以滿足發(fā)現(xiàn)為主要出發(fā)點(diǎn)。欠壓值的設(shè)計(jì)要考慮隨鉆的產(chǎn)量和施工時(shí)不能出現(xiàn)正壓現(xiàn)象。對(duì)于生產(chǎn)井，如果施工者的操作水平高，壓力的波動(dòng)小，在考慮計(jì)算誤差下欠壓值應(yīng)盡量小，以避免有大量產(chǎn)液產(chǎn)出，因?yàn)樵阢@井現(xiàn)場(chǎng)不便于把稠油運(yùn)走。鉆遇溶洞時(shí)一般壓力窗口都很低，且都會(huì)有較大的隨鉆產(chǎn)量，因此，設(shè)計(jì)的欠壓值應(yīng)盡量的小，又要能保證負(fù)壓施工，以免井漏。另外，欠壓值的設(shè)計(jì)還受井的深度、井隊(duì)技術(shù)素質(zhì)、操作水平、軟件計(jì)算誤差的影響等。通過對(duì)各因素的綜合分析，塔河地區(qū)一般把鉆進(jìn)時(shí)的欠壓值設(shè)計(jì)為0.5 MPa，經(jīng)多口井的實(shí)踐證明，這一欠壓值是合理的。
對(duì)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(fā)現(xiàn)油氣層的需要，欠壓值應(yīng)具有較大的調(diào)節(jié)空間，設(shè)計(jì)原則是在鉆井液密度允許、井口設(shè)備條件較好的情況下欠壓值要大些，塔河地區(qū)探井設(shè)計(jì)欠壓值推薦為2~3 MPa。施工時(shí)采用如下控制方法：開始負(fù)壓鉆進(jìn)時(shí)井口加壓1.5～2.5 MPa，這時(shí)井底欠壓值約0.5 MPa。如果幾個(gè)循環(huán)周后沒有油氣顯示，把套壓減壓到1.0～2 MPa，這時(shí)井底欠壓值約1.0 MPa。這樣反復(fù)多次，直到有油氣產(chǎn)出或井口套壓為0 MPa。
(3)結(jié)合壓力傳播速度依據(jù)立壓值精確控制井底欠壓值。根據(jù)p欠壓值＝p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內(nèi)摩阻-p管內(nèi)液壓-p立壓，當(dāng)排量不變和泥漿入口性能不變時(shí)，p噴嘴壓降、p管內(nèi)摩阻、p管內(nèi)液壓、p地層壓力等4個(gè)參數(shù)為常量，設(shè) K=p地層壓力+p噴嘴壓降+p管內(nèi)摩阻-p管內(nèi)液壓，則等式為：p欠壓值＝K-p立壓。也就是說，排量不變時(shí)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(dāng)隨鉆油氣產(chǎn)量變化或氣體滑脫上升時(shí)，靠調(diào)節(jié)節(jié)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(diào)整)。該鉆井液有以下特點(diǎn)：①鉆井液密度調(diào)整范圍大。②要有較強(qiáng)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(wěn)定。④鉆井液與原油分離效果要好，能夠安全地將產(chǎn)出的地層流體輸送到地面并有效分離。塔河油田原油質(zhì)稠、密度高(0.94～0.98 g/cm3)、粘度高、流動(dòng)性差，油液分離效果至關(guān)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(jìn)的反循環(huán)壓井技術(shù)或平推法進(jìn)行置換性漏失條件下的壓井作業(yè)。在塔北碳酸鹽巖儲(chǔ)層，對(duì)于大溶洞、大裂縫，極易發(fā)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(huì)發(fā)生大漏失，使用正循環(huán)法壓井時(shí)，壓井液會(huì)在鉆頭處漏入地層，從而無法在環(huán)空建立高壓液柱。使用反循環(huán)壓井，可以很快在環(huán)空中建立高壓液柱，當(dāng)壓井液柱從井口移動(dòng)到井底后會(huì)漏入地層，不會(huì)從鉆頭進(jìn)入鉆桿形成高壓液柱。但是，由于此時(shí)鉆桿內(nèi)幾乎都是地層產(chǎn)液，使用平推法用壓井液把鉆桿內(nèi)的地層產(chǎn)液推入地層從而在鉆桿內(nèi)也形成高壓液柱。這樣可把壓井作業(yè)對(duì)地層的污染降到最低。平推法壓井技術(shù)在該地區(qū)置換性漏失壓井時(shí)也常用，但對(duì)儲(chǔ)層污染要嚴(yán)重些，只有在無法進(jìn)行改進(jìn)的反循環(huán)壓井時(shí)才采用。
(6)利用旋轉(zhuǎn)防噴器進(jìn)行置換性漏失下的強(qiáng)行完井作業(yè)。置換性漏失時(shí)常伴隨著大量的油氣產(chǎn)出，這時(shí)一般都提前完鉆，甚至不測(cè)井而裸眼完井。這時(shí)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(zhuǎn)防噴器，起鉆、下油管途中這種作業(yè)要安全一些。起完鉆、拆換井口時(shí)和剛開始下油管時(shí)是應(yīng)該關(guān)注的危險(xiǎn)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(chǎn)井，TK430是第一口欠平衡水平井,TK425是國(guó)內(nèi)第一口按全過程欠平衡鉆井工藝設(shè)計(jì)、施工的生產(chǎn)井，對(duì)國(guó)內(nèi)全過程欠平衡鉆井工藝的應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用,S88井是首次使用邊漏邊鉆進(jìn)行鉆井的欠平衡施工井。
四、結(jié)論
(1)欠平衡鉆井技術(shù)有其鮮明的儲(chǔ)層特性或地區(qū)性特色，必須根據(jù)不同的儲(chǔ)層特點(diǎn)分別對(duì)待。
(2)采用靈活的設(shè)備配置方案，可滿足現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種施工要求，例如用采油四通代替鉆井四通進(jìn)行欠平衡鉆井施工，可以最大限度地滿足強(qiáng)行完井作業(yè)的需要。
(3)結(jié)合壓力傳播速度依據(jù)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(xué)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(duì) 其它欠平衡作業(yè)也具有很大的指導(dǎo)意義。
(4)改進(jìn)的反循環(huán)壓井技術(shù)或平推法進(jìn)行置換性漏失條件下的壓井作業(yè)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(shí)間。 |
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