裂缝性储层井控技术体系探讨

裂缝性储层井控技术体系探讨西南石油大学刘绘新2009年12月121、前言1）50~80年代以井喷作为油气发现的手段井控装备简陋.井控工艺主要采用关井放喷制定了”十快””十细”的操作规程2）80年代~2003年(12.23)引进了先进的井控理论研发了满足井控要求的装备,形成了常规的井控工艺严格了井控管理,把井喷作为事故3）2003年(12.23)以后把安全作为企业的核心价值观,统一了储层发现与工程安全的认识井控技术发展阶段3传统井控技术的基本理论采用的是渗透性井筒物理模型：满足达西渗流定律的储层（如孔隙性储层）、井内压差（钻井液柱压力与储层压力之差）与井内流体（钻井液和储层油、气、水）漏、溢的关系如图所示。渗透性储层井筒物理模型井控理论在安全窗口内，井筒与储层相对独立。采用压力平衡条件，就能建立和重建井筒压力平衡。在压稳之后，能保持长期的静平衡。1、前言4合理选择钻井液密度，确保井内压差在安全窗口内，防止溢流发生；采用溢流监测技术，发现溢流及时关井（四七动作）；避免长时间关井，防止在密闭井筒内由于气柱带压滑动引发高套压，确保井筒安全；利用渗透性井筒有足够承压能力的特点，将恢复和重建井内压力平衡的过程控制在安全窗口区间，有效的排出溢流，提高压井成功率。渗透性储层井控技术架构1、前言5裂缝性储层在塔里木油田分布较为广泛，主要集中在迪那、大北、克拉山前地区和轮古、塔中地区海相碳酸盐岩储层。DN22井岩心照片塔中８２井岩心1、前言塔里木油田裂缝性储层普遍具有三高一窄的特点：高压、高产、高含硫、窄安全密度窗口，属于典型的压力敏感性地层。实钻过程中往往伴随溢流和井漏发生，采用常规的钻井方法，一是井控风险高，安全隐患多；二是复杂时效高，泥浆漏失量大，导致钻井成本高；三是难以钻达设计井深，不能取全取准地质资料，难以选择合理的完井方式；四是频繁的堵漏作业对油气层造成严重的伤害，影响对油气层的正确评价。开展裂缝性储层井控技术的研究，将有效的改变这种不利局面，对于提高勘探效益、减少复杂事故、保障工程安全有十分重要的意义。1、前言2.1溢流（井漏）实验装置压力表压力表流量计控制阀气泵孔隙进气水眼位置注水管环空活塞连杆活塞连杆压力表进气控制阀储罐裂缝已获国家实用新型专利拥有自主知识产权2、实验研究2、实验研究2.2实验目的1）通过开展裂缝性储层溢漏实验研究，有利于搞清楚溢漏发生与发展的规律,建立裂缝性储层井筒物理模型。2）通过开展裂缝性储层溢流关井后井筒压力动态变化实验研究，有利于寻找井筒压力动态变化规律，建立裂缝性储层井控理论，构建井控技术架构。2、实验研究溢流主要有2种形式：负压连续溢流重力置换溢流重力置换溢流是裂缝（特别是高陡裂缝）性地层由于地层流体（特别是天然气）和井内泥浆存在密度差作用下，进行置换而诱发的溢流形式，也是经常发生的溢流形式。2、实验研究2.3裂缝性储层溢漏实验在负压条件下，有气泡侵入井眼，几乎无液相流入裂缝，表现为典型的溢流。在近平衡条件条件下，有气相侵入井筒，形成帽形气泡，同时伴有少量液相流入裂缝，表现为典型的重力置换。在正压条件下，随着井底正压差增加，液相流入裂缝增加，无气泡进入井眼，表现为典型的漏失。2.3裂缝性储层溢漏实验2、实验研究结果分析对于裂缝性储层，在负压条件下表现为典型的溢流（只溢不漏）；在平衡（或近平衡）条件下表现为典型的重力置换（有溢有漏）；在正压条件下表现为典型的漏失（只漏不溢）。重力置换溢流发生在平衡（或近平衡）条件下，同时伴随漏失发生。重力置换溢流量不大，同时井漏失也不大。重力置换发生在一定的压差范围内。密度差越大，重力置换现象越明显；液相粘度越大，重力置换现象越小，但粘度增加到一定程度后，对重力置换现象的影响减弱。2、实验研究-0.03-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150102030钻井液粘度(mpa.s)压差(Mpa)溢置边界压差（Mpa）漏置边界压差(Mpa)目前完成的重力置换实验结果，与生产现场实际测定的结果十分一致，说明实验结果有较好的可比性。2、实验研究2、实验研究钻井液粘度为1钻井液粘度为17钻井液粘度为28影像资料2.4井内气相滑脱实验2、实验研究结果分析：溢流发生后，同时有气相进入环空和立管。这个现象与以往有的气相不容易进入管内的概念有差异。气相在环空和管内的滑脱速度明显不同，气相在环空的滑脱速度大于管内。这种现象可以利用滑脱速度计算式来解释：由于气相滑脱速度与流道环周大小成正比，而环空环周远大于管内，故气相在环空更容易向上滑脱。22)(55.0))((55.0ymimssymimhssgDCVDDgCV管环2、实验研究由于气相在环空容易向上滑脱，聚集在环空上部；环空流体没有气相阻隔，在压差作用下容易向储层漏失，导致环空液面不断降低。这种现象很好地解释了：在工程实践中，井内环空容易发生气流外喷。由于气相在管内不容易向上滑脱，聚集在管内下部；管内流体有气相阻隔，在压差作用下不容易向储层漏失，管内液面不会降低。相反，由于管内下部形成长段气柱，向上托举管内液柱，使得管内液面上升。这种现象很好地解释了：在工程实践中，管柱内容易发生井内流体外喷。井内流体的粘度越大，可以减少环空气相的向上滑脱、上部聚集的程度，有利于井控安全；但又会增加管内气相的下部聚集、抬升液面的程度，形成内喷的复杂局面，不利于井控安全。因而不能一味追求井内流体的高粘度，粘度应当适中。2、实验研究井底为负压时关井压力随时间的变化00.010.020.030.040.050.06010203040时间(s)压力（Mpa)井底压力气藏压力立压套压结果分析：压差会自动归零，不能有效的保持压差；井内压力处于动态平衡的过程中，始终处于非溢即漏的状态；在关井时气体滑脱上升过程中,立压和套压均不变化，表明井眼并不是一个刚性的密闭空间，而是一个与储层连通的弹性空间。2.5溢流关井后井筒压力动态变化实验2、实验研究2.5溢流关井后井筒压力动态变化实验关井套压裂缝性储层实验结果与渗透性储层计算结果对比关系如图所示。通过对比结果可以明显看出，渗透性储层与裂缝性储层在溢流关井条件下套压变化规律相差很大，表明渗透性储层井筒并不是一个刚性的密闭空间，而是一个与储层连通的连通性空间。说明针对渗透性储层的渗透性井筒理论不适合裂缝性储层。裂缝性储层与渗透性储层溢流关井套压变化规律对比2.6裂缝性储层井控技术体系裂缝性储层井筒物理模型2、实验研究由于裂缝性储层不满足达西渗流条件，渗流阻力很小，导致井内压差几乎没有安全窗口，代之的是一个重力置换窗口。压差小于重力置换窗口发生负压溢流；大于重力置换窗口，发生正压漏失；在重力置换窗口内，有溢有漏，处于动态平衡状态。一般情况下，重力置换窗口很小。在由于几乎没有安全窗口，井筒与储层处于连通状态，表现为井筒几乎没有承压能力（不溢不漏），不是在溢、就是在漏，相当于井筒容积在不断变化，具有较好的连通性特征，工程实践中可以采用裂缝性井筒物理模型来描述。对于裂缝性井筒物理模型，由溢流引发的井内压力变化与波动、压井过程中井内压力的恢复与重建等，需要考虑井筒容积的变化（井筒与储层的连通），形成一套连通性性井筒理论体系，并在此基础上构建适合裂缝性储层的井控技术架构。裂缝性储层井控技术架构裂缝性储层井控理论由于没有安全窗口，井筒与储层相互连通。采用微过平衡条件，能够建立和重建井筒压力的动态平衡。井眼始终处于微漏状态，才能保证压稳。2、实验研究裂缝性储层井控技术架构采用控压钻井技术，确保井内压差在微过平衡状态，以适量的漏失来防止溢流的发生；采用溢流监测技术，及时发现微量溢流，及时关井（发现溢流及时关井，怀疑溢流关井检查）；避免长时间关井，防止在连通性井筒内由于重力置换增加溢流量，避免出现复杂工况:侵入井筒的地层流体增多关井不能完全控制溢流会增加硫化氢的危害机率2、实验研究2、实验研究安装旋转控制头采用控压钻井用试挤法判断是否为压力敏感储层否用常规正循环法压井是采用压回法和重泥浆帽法压井压井成功发生溢流常规近平衡钻井压井成功钻时变化利用裂缝性井筒的连通性特征，将恢复和重建井内压力平衡的过程控制在正压漏失区间，以适量的漏失（如压回法）来规避溢流的重复发生，把复杂的问题简单化，大幅度提高裂缝性储层的压井成功率。压井方法选择程序1)正循环压井法:压井钻井液从钻具内进入,在控制套压的条件下，将井内钻井液及溢流从环空顶出，使井筒内的压力处于平衡状态。对于压力敏感性地层，该方法在压井过程中容易井漏，诱发溢流，导致压井作业失败。2)压回法:在关井条件下,用压井钻井液将环空和钻具内的钻井液及溢流全部推入漏层，使井筒内的压力处于平衡状态。对于压力敏感性地层，该方法避免了井内复杂情况出现，确保压井成功率。3)重泥浆帽压井法:在关井条件下,用部分重泥浆液将环空和钻具内的受污部分钻井液推入漏层,在井筒上部形成一段重泥浆帽，使井筒内的压力处于平衡状态。对于压力敏感性地层，该方法适用于井漏失返情况下的压井作业。3、裂缝性储层压井方法3.1压井方法分析3.2压回法压井的特点1）采用压回法压井，通过向地层(漏层)推注钻井液，将井内的钻井液和天然气推进地层，实现全井筒装满钻井液后，在进行节流压力，最终建立井内压力平衡，避免了井内压力复杂变化，减少了压井控制难度，可以确保压井成功。在施工过程中，还可以采用重泥浆帽的辅助手段。2）如果在深井高含硫化氢储层发生溢流，为减少含硫化氢溢流在井内的侵泡时间（如正在进行起下钻或电测作业等），防止井内钻具的氢脆破坏，采用压回法压井，可以在最短的时间内将含硫化氢溢流压回地层，避免断钻具事故发生。3、裂缝性储层压井技术3）压回法压井对井口装置和套管鞋地层的承压能力要求较高。当钻井液容易推进漏失层时，井口施工压力不会很高，但地层不容易推进钻井液时，井口便会出现高压力。鉴于此情况，一般应在井场配置压裂车，利用压裂车进行压井。4）使用压回法压井，在将溢流从环空压回地层的同时，部分溢流也会进入钻杆，同样会对压井控制带来困难。因此，在环空挤压的同时，还应使用平推法用压井液把钻杆内的地层产液推入地层，从而在钻杆内也形成完全液柱，确保压井作业安全。5）由于压回法压井不是在循环畅通条件下进行的，而是通过井口加压强行推注的，所以在深井条件下，采用压回法压井会漏掉环空一定量的钻井液，因此，采用该方法的前提条件是要储备足够的钻井液。3、裂缝性储层压井技术具体措施：在溢流关井之后，用压井泥浆从环空进行反挤压井，将溢流压回去，所用的泥浆量是溢流量的2～3倍；完成之后，再采用微过平衡的条件进行节流压井，保证压井作业的有效性。3、裂缝性储层压井技术技术要点：弱化关井压力对地层破裂压力的考虑简化井内溢、漏动态交替的复杂情况强化压井方法的成龙配套3.3压回法压井工艺溢流情况:2007年6月4日13:00，使用密度1.18g/cm3钻进至6694.00米，发生井漏，漏失1.5m3，吊灌起钻，堵漏，关井观察，立压4MPa，套压0MPa。正循环压井:采用正循环节流压井，中途关井观察,套压20↑41MPa，压井失败。压回法压井：勘探事业部接到通知后，立即启动应急预案，指挥领导小组到井，组织压裂车2小时到井。先采取节流控压放气点火，火焰长10-15m，套压由41↓37.8MPa；然后采用压裂车和泥浆泵用1.22g/cm3泥浆正反挤将油气压回地层，解除复杂。轮古34井溢流压井3、裂缝性储层压井技术现象：对于裂缝性储层，由于泥桨安全密度窗口窄，导致漏溢频繁发生，经常面临井漏失返的情况。目的：在井漏失返条件下，保障起下钻（电测）安全、避免复杂事故出现。措施：吊灌泥浆，保持井内压力动态平衡。问题：最大的问题是井下环空液面的准确判断。如果不能够准确判断井下环空液面的变化情况，在起下钻（电测）过程中盲目灌浆，不但会消耗大量的泥浆，还可能诱发溢流，严重影响起下钻（电测）的井控安全。解决办法：安全起下钻（电测