裂縫性儲層井控技術(shù)體系探討

摘 要

摘要：對于裂縫性儲層，裂縫的存在使得井筒與儲層之間擁有了良好的流動通道，流體的侵入(溢流)或流出(漏失)相對容易，常會出現(xiàn)儲層壓力敏感、溢漏頻繁發(fā)生、壓井成功率低等井控技術(shù)
摘要：對于裂縫性儲層，裂縫的存在使得井筒與儲層之間擁有了良好的流動通道，流體的侵入(溢流)或流出(漏失)相對容易，常會出現(xiàn)儲層壓力敏感、溢漏頻繁發(fā)生、壓井成功率低等井控技術(shù)難題，基于滲透性儲層特點的傳統(tǒng)井控技術(shù)已不能有效確保其井控安全。為此，針對裂縫性儲層的特點，從裂縫性儲層溢流機理實驗研究入手，結(jié)合傳統(tǒng)的滲透性儲層井控技術(shù)體系，建立了裂縫性儲層井筒物理模型，闡述了裂縫性儲層井控原理，構(gòu)建了裂縫性儲層井控技術(shù)，初步形成了適合裂縫性儲層特點的井控技術(shù)體系。該技術(shù)體系不但能規(guī)避井下復雜情況、縮短鉆井周期，同時還可以提高壓井成功率、減少鉆井液消耗量、降低鉆井成本。應用結(jié)果表明，裂縫性儲層井控技術(shù)體系有別于傳統(tǒng)井控技術(shù)體系，對裂縫性儲層具有較好的針對性和適用性，為解決塔中地區(qū)碳酸鹽儲層井控難題提供了可行的技術(shù)手段。
關鍵詞：裂縫性；儲集層；井控理論；井控技術(shù)；安全；塔里木盆地；碳酸鹽巖
    以孔隙為主的儲層屬于滲透性儲層，而以洞、縫為主的儲層屬于裂縫性儲層。對于裂縫性儲層，裂縫的存在使得井筒與儲層之間擁有了良好的通道，流體的侵入(溢流)或流出(漏失)比較容易，常出現(xiàn)儲層壓力敏感、溢漏頻繁發(fā)生、節(jié)流壓井成功率低等井控技術(shù)難題[1]。相對基于滲透性儲層特征的傳統(tǒng)井控技術(shù)，裂縫性儲層井控技術(shù)在溢流機理、適用的井控理論、建立的技術(shù)體系等方面都存在相當大的差異。
1 裂縫性儲層溢流機理實驗研究
1.1 實驗裝置
裂縫性儲層溢流實驗裝置[2]如圖1所示。
 

1.2 溢流變化規(guī)律實驗
   在鉆進過程中的溢流主要有2種形式：負壓連續(xù)溢流和重力置換溢流。開展裂縫性氣藏溢流變化規(guī)律實驗研究，有利于搞清楚溢、漏發(fā)生與發(fā)展的機理。
   用清水加CMC為液相，氮氣為氣相，實驗觀察在鉆遇裂縫性儲層時，氣、液兩相的溢、漏現(xiàn)象。實驗結(jié)果如圖2所示。
 

    1) 對于裂縫性儲層，在負壓條件下表現(xiàn)為典型的負壓連續(xù)溢流(只溢不漏)；在平衡(或近平衡)條件下表現(xiàn)為典型的重力置換溢流(有溢有漏)；在正壓條件下表現(xiàn)為典型的漏失(只漏不溢)。
    2) 負壓連續(xù)溢流是由井內(nèi)液柱壓力小于儲層壓力而誘發(fā)的，是最常見的溢流形式；重力置換溢流是裂縫(特別是高陡裂縫)性儲層由于儲層流體(特別是天然氣)和井內(nèi)鉆井液存在密度差作用下，進行置換而誘發(fā)的溢流形式，是裂縫性儲層的特有現(xiàn)象。由于重力置換溢流有溢有漏，應當盡可能避免重力置換溢流的發(fā)生。
    3) 對于硫化氫含量超標的裂縫性儲層，防止溢流是安全考慮的主要因素，應當采用微過平衡條件。雖然微過平衡會導致微量漏失，但卻能以微量的漏失來避免溢流帶來的井控風險，特別是規(guī)避高含硫溢流帶來的危害，其利大于弊。
    4) 對于硫化氫含量不超標的裂縫性儲層，防止漏失是安全考慮的主要因素，應當采用微欠平衡條件。雖然微欠平衡會導致微量溢流，但卻能以微量的溢流來避免漏失帶來的井筒復雜。只要配合合理的工程措施，將微量溢流精確限制在可控范圍，就能有效的應對井控風險。
1.3 套壓變化規(guī)律實驗
    溢流關井后，由于氣體滑脫上升，將導致井筒壓力發(fā)生變化，而井筒壓力變化與井筒——儲層的連通情況有密切的關系。開展裂縫性儲層溢流關井后套壓變化規(guī)律實驗研究，有利于搞清楚裂縫性儲層溢流關井后井筒壓力變化機理。實驗結(jié)果如圖3所示。

    1) 裂縫性儲層溢流關井后，氣體滑脫上升導致套壓非線性增加：前期套壓增加較快，后期套壓增加不明顯，直至基本恒定。
    2) 對于裂縫性儲層，隨著氣體滑脫上升而套壓逐漸趨于恒定的現(xiàn)象，表明井筒并不是一個剛性的密閉空間，而是一個與裂縫性儲層連通的連通性空間，井筒內(nèi)鉆井液在漏失、氣體在膨脹，二者的交互作用導致井筒壓力逐漸趨于動態(tài)平衡。連通性特征是裂縫性儲層的特有現(xiàn)象。
    3) 對于裂縫性儲層，溢流后不宜長時間關井。在關井過程中由于套壓逐漸趨于穩(wěn)定，掩蓋了井筒內(nèi)氣柱不斷增加、鉆井液柱不斷減少而帶來的潛在危機，將會導致嚴重的井控安全問題。
2 滲透性儲層井控技術(shù)體系
2.1 滲透性儲層井筒物理模型
    由于滲透性儲層滿足達西滲流條件，滲流阻力的存在導致井內(nèi)存在一個安全窗口。壓差小于安全窗口發(fā)生負壓溢流；大于安全窗口發(fā)生正壓漏失；在安全窗口內(nèi)，不溢不漏，處于靜態(tài)平衡。滲透性儲層井筒物理模型如圖4所示。

2.2 滲透性儲層井控原理
    對于滲透性儲層，井筒與儲層相對獨立，井筒有足夠的承壓能力(不溢不漏)，存在安全窗口。在安全窗口內(nèi)，采用壓力過平衡條件，保持井筒靜態(tài)平衡，不但能夠防止溢流發(fā)生，還能有效的排出溢流，恢復和重建壓力平衡，確保井控安全。
2.3 滲透性儲層井控技術(shù)
   由滲透性儲層井筒物理模型和井控原理支撐下的傳統(tǒng)井控技術(shù)，對于保障滲透性儲層條件下的井控安全撤果是十分顯著的。滲透性儲層井控技術(shù)如圖5所示。
 

3 裂縫性儲層井控技術(shù)體系
3.1 裂縫性儲層井筒物理模型
   由于裂縫性儲層不滿足達西滲流條件，滲流阻力很小，導致井內(nèi)壓差沒有安全窗口，取而代之的是一個很小的重力置換窗口。壓差小于重力置換窗口發(fā)生負壓溢流；大于重力置換窗口，發(fā)生正壓漏失；在重力置換窗口內(nèi)，有溢有漏，處于動態(tài)交換狀態(tài)。裂縫性儲層井筒物理模型如圖6所示。
 

3.2 裂縫性儲層井控原理
   對于裂縫性儲層，應當充分考慮重力置換溢流和連通性特征對井控安全帶來的不利因素。在正壓漏失區(qū)間，采用微過平衡條件，以適量的漏失來保持井筒動態(tài)平衡，不但能夠防止溢流發(fā)生，還能有效的排出溢流，恢復和重建壓力平衡，確保井控安全。
3.3 裂縫性儲層并控技術(shù)
    由裂縫性儲層井筒物理模型和井控原理支撐下的裂縫性儲層井控技術(shù)，對于保障裂縫性儲層條件下的井控安全，具有十分現(xiàn)實的指導作用。裂縫性儲層井控技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。
 

3.3.1控壓鉆井技術(shù)[3～4]
    1) 對于硫化氫含量超標的情況，采用微過平衡狀態(tài)，以適量的漏失來防止溢流的發(fā)生，有效防止硫化氫進入井筒，保證鉆具和人員安全。
    2) 對于硫化氫含量不超標的情況，采用微欠平衡狀態(tài)，以適量的溢流來防止漏失的發(fā)生，有效解決又噴又漏問題，減少泥漿漏失，降低儲層污染，縮短鉆井周期。
3.3.2安全保障技術(shù)[5]
    1) 采用微量溢流監(jiān)測技術(shù)，根據(jù)多通路實時溢流監(jiān)測結(jié)果，不但能夠及時發(fā)現(xiàn)微量溢流，確保微過平衡狀態(tài)；還能精確控制微量溢流，確保微欠平衡狀態(tài)。適時采取有效措施，降低安全風險。
    2) 采用安全起下鉆、電測技術(shù)，能在井漏失返條件下，根據(jù)實時環(huán)空液面監(jiān)測結(jié)果，采取優(yōu)化吊灌措施，建立井筒壓力動態(tài)平衡，為安全起下鉆、電測等各種鉆完井作業(yè)提供有力的保障。
3.3.3壓井技術(shù)[6]
    充分利用裂縫性儲層井筒的連通性特征，采用壓回法(井漏失返條件用重泥漿帽法)，將壓井作業(yè)過程控制在正壓漏失區(qū)間，通過溢流及受污染的鉆井液壓回儲層，有效的排除溢流，確保井筒清潔，在井筒壓力動態(tài)平衡條件下，恢復和重建壓力平衡。規(guī)避節(jié)流壓井作業(yè)過程中溢流的重復發(fā)生，把復雜的問題簡單化，大幅度提高壓井成功率。
4 裂縫性儲層溢流壓井實例
    某井于2007年6月4日12：O0鉆至井深6694.O0m時發(fā)生溢流，外溢量0.02m3，關井立壓4MPa，套壓0MPa。連續(xù)進行了3次正循環(huán)節(jié)流壓井作業(yè)，但每次壓井作業(yè)后關井套壓越來越高，說明井筒內(nèi)溢流未能有效排出，并且還有較大幅度的增加，嚴重威脅到井筒安全，宣告正循環(huán)節(jié)流壓井作業(yè)失敗。該井正循環(huán)節(jié)流壓井作業(yè)關井套壓變化情況如圖8所示。
 

    分析前3次節(jié)流壓井作業(yè)不成功的原因，主要是對裂縫性儲層的特點認識不夠，沒有在裂縫性儲層井控技術(shù)體系的指導下，有針對性的采用合理的壓井技術(shù)。基于上述分析，決定第4次壓井作業(yè)采用壓回法，先將溢流及受污染的鉆井液壓回儲層，在井眼清潔的條件下重建井筒壓力的動態(tài)平衡。壓回法壓井作業(yè)關井套壓變化情況如圖9所示。
 

    1) 用壓裂車環(huán)空擠注密度為1.22g/cm3的鉆井液48m3，密度1.20g/cm3的鉆井液12m3，套壓由42MPa降至22MPa。
    2) 用泥漿泵環(huán)空擠注密度1.20g/cm3的鉆井液28m3，套壓由22MPa降至18MPa。
    3) 用泥漿泵環(huán)空擠注密度1.22g/cm3的鉆井液72m3，套壓由19MPa降至2MPa。壓井作業(yè)取得成功。
5 結(jié)論
    1) 自主研制了裂縫性儲層溢流實驗裝置，其中“活塞式井筒-地層裂縫連通實驗裝置”已獲得國內(nèi)專利用，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，為開展裂縫性儲層溢流機理實驗研究奠定了良好的基礎。
    2) 通過實驗觀察到的重力置換溢流現(xiàn)象以及裂縫性儲層井筒連通性特征，是裂縫性儲層所特有的現(xiàn)象，充分說明裂縫性儲層與滲透性儲層相比，溢流的發(fā)生條件、溢流和井漏的轉(zhuǎn)換關系、井內(nèi)壓力變化規(guī)律等都存在很大的差異，基于滲透性儲層的傳統(tǒng)井控技術(shù)已不能有效確保裂縫性儲層井控安全。
    3) 針對裂縫性儲層溢漏頻繁發(fā)生、壓井成功率低等井控難題，結(jié)合傳統(tǒng)的滲透性儲層井控技術(shù)體系，建立了裂縫性儲層井筒物理模型、提出了裂縫性儲層井控原理，構(gòu)建了裂縫性儲層井控技術(shù)，初步形成了適合裂縫性儲層特點的井控技術(shù)體系。
    4) 裂縫性儲層井控技術(shù)體系不但能規(guī)避井下復雜情況，縮短鉆井周期，同時還能提高壓井成功率，減少鉆井液消耗量，降低鉆井成本。在塔里木油田通過多井次的實際應用，積累了一些有益的經(jīng)驗，基本形成了具有塔里木油田特色的應用技術(shù)。目前裂縫性儲層井控技術(shù)體系還在進一步的探索和完善中。
參考文獻
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 (本文作者：劉繪新1 李鋒2 1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學；2.中國石油塔里木油田公司)