基于隨鉆測(cè)井資料的井漏位置識(shí)別及壓井液密度確定

張炳軍, 周揚(yáng), 楊新宏, 楊大千, 丁凡, 高波

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710201)

0 引 言

井漏是鉆井過(guò)程中必須解決的一項(xiàng)重要問(wèn)題[1]。井漏時(shí)井筒內(nèi)壓力變小,如漏失量大或發(fā)現(xiàn)不及時(shí),會(huì)出現(xiàn)井內(nèi)壓力小于地層壓力,發(fā)生溢流、井涌、甚至井噴事故,需要堵漏和壓井作業(yè)同時(shí)進(jìn)行[2]。堵漏和壓井作業(yè),要準(zhǔn)確識(shí)別出漏失層位置和計(jì)算壓井液密度。通過(guò)泥漿池泥漿體積的變化、錄井顯示及鉆具下深等信息也可以判斷井漏及井漏位置。對(duì)于只有1處井漏的情況該方法適用,但有2處以上漏點(diǎn)時(shí)識(shí)別較困難,必須通過(guò)常規(guī)測(cè)井資料查找井漏位置。易發(fā)生井漏、溢流等復(fù)雜區(qū)塊鉆井時(shí),為了實(shí)時(shí)檢測(cè)及評(píng)價(jià)地質(zhì)、工程現(xiàn)象可以應(yīng)用隨鉆測(cè)井技術(shù)。

本文介紹的隨鉆測(cè)井資料識(shí)別井漏技術(shù)不用起鉆可快速識(shí)別井漏位置,可快速計(jì)算壓井液密度,為壓井堵漏方案提供依據(jù),較常規(guī)測(cè)井資料判釋井漏位置更方便及時(shí)、高效安全。

1 隨鉆測(cè)井曲線識(shí)別漏層段的方法

確定漏層的方法有測(cè)井法、井漏前后泵壓變化法、正反循環(huán)法、綜合對(duì)比分析法等[3]。如果在一定時(shí)間內(nèi)漏失層段較多,且封堵效果不理想,即在鉆井液漏失層段堵漏不徹底或在后續(xù)鉆進(jìn)中鉆井液性能變化或起下鉆造成反復(fù)漏失,鉆井就不能準(zhǔn)確判斷漏失層段,只有依靠測(cè)井手段解決這一問(wèn)題。

1.1 自然伽馬測(cè)井曲線尋找漏失層

砂泥巖剖面低自然伽馬異常就是砂巖儲(chǔ)集層,異常半幅點(diǎn)確定儲(chǔ)集層界面。如果有泥漿漏失,會(huì)造成井眼擴(kuò)徑,導(dǎo)致自然伽馬數(shù)值降低。圖1為隨鉆測(cè)井成果圖,該段地層巖性為砂巖,自然伽馬平均值為80 API,漏失點(diǎn)自然伽馬數(shù)值降低為60 API,自然伽馬曲線降低半幅點(diǎn)判斷漏失位置在1 776～1 778 m段。

圖1 隨鉆測(cè)井成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

1.2 電阻率測(cè)井曲線尋找漏失層

隨鉆電阻率測(cè)井同樣會(huì)受到井眼擴(kuò)徑的影響,當(dāng)井眼擴(kuò)徑時(shí)電阻率值會(huì)降低。圖1中層段電阻率平均值為50 Ω·m,漏失點(diǎn)電阻率數(shù)值降低為25 Ω·m,電阻率曲線降低半幅點(diǎn)判斷漏失位置在1 776～1 778 m段。

1.3 孔隙度測(cè)井曲線尋找漏失層

1.3.1 巖性密度測(cè)井尋找漏失層

巖性密度測(cè)井可確定巖性和孔隙度、泥質(zhì)含量、劃分裂縫帶和氣層。在井眼擴(kuò)徑段,地層受井眼充填泥漿影響,密度值會(huì)降低。圖1層段地層密度平均值為2.55 g/cm3,漏失點(diǎn)密度數(shù)值降低為2.3 g/cm3。另外,光電截面指數(shù)(Pe)曲線值明顯增高。從密度曲線降低半幅點(diǎn)判斷漏失位置在1 776～1 778 m段。

1.3.2 補(bǔ)償中子測(cè)井尋找漏失層

補(bǔ)償中子測(cè)井資料可計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度,與密度、聲波時(shí)差等曲線組合判識(shí)儲(chǔ)層含氣性或含水性,確定地層泥質(zhì)含量。在井眼擴(kuò)徑段,地層受井眼充填泥漿影響,其CNL數(shù)值會(huì)升高。圖1層段補(bǔ)償中子平均值為18 p.u.,漏失點(diǎn)補(bǔ)償中子數(shù)值升高為51 p.u.。補(bǔ)償中子曲線降低的半幅點(diǎn)位置判斷漏失位置在1 776～1 778 m段。

1.3.3 井徑曲線尋找漏失層

利用裸眼井的井徑曲線可以識(shí)別泥漿漏失層。發(fā)生井漏時(shí),因地層中存在各種漏失通道,足夠容納液體的空間及漏失通道的開(kāi)口尺寸應(yīng)大于井筒工作液中固相的粒徑,這2個(gè)方面原因在井徑上會(huì)呈現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象[4]。圖2的隨鉆井徑測(cè)井圖中,方位井徑成像顏色深代表井眼擴(kuò)大,色淺代表井眼縮小;井周成像展開(kāi)圖上1 776～1 778 m井段井眼明顯擴(kuò)大;井眼截面圖上黑色圓圈代表理想井眼,紅色圓圈代表實(shí)際井眼,當(dāng)兩者重合時(shí)表示未擴(kuò)徑,兩者不重合表示井眼擴(kuò)徑,綜合分析1 776～1 778 m井段井眼擴(kuò)徑明顯,參考其他曲線顯示為井漏位置。

圖2 隨鉆井徑測(cè)井成果圖

2 井漏深度的確定

井深在1 776～1 778 m段隨鉆測(cè)井電阻率曲線、密度和中子孔隙度曲線、自然伽馬曲線、井徑曲線均實(shí)時(shí)反映出井眼擴(kuò)徑特征(見(jiàn)圖1),之后鉆井發(fā)現(xiàn)泥漿漏失,驗(yàn)證了測(cè)井曲線識(shí)別井漏位置的準(zhǔn)確性。此時(shí),可以用電阻率、孔隙度等曲線的半幅點(diǎn)確定井漏深度(或位置)。

3 壓井參數(shù)計(jì)算

壓井是以U型管原理為依據(jù),利用地面節(jié)流閥產(chǎn)生的阻力(回壓)和井內(nèi)鉆井液柱壓力所形成的井底壓力平衡地層壓力。壓井過(guò)程中要求保持井底壓力略大于地層壓力,需要在壓井前計(jì)算壓井液密度。常規(guī)壓井作業(yè)利用ρ=ρm+102pd/H+ρe公式(ρ為壓井液密度;ρm為原鉆井液密度;pd為關(guān)井立管壓力;ρe為安全附加量;H為溢流處井深)計(jì)算壓井液密度[5]。如發(fā)生復(fù)雜情況,鉆井無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控井下壓力變化,且關(guān)井立管壓力的準(zhǔn)確性受讀取時(shí)間、回壓閥、圈閉壓力等多方面影響,較難準(zhǔn)確計(jì)算壓井參數(shù),這時(shí)隨鉆測(cè)井可提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)支持。

3.1 壓井液密度計(jì)算

壓井作業(yè)隨鉆設(shè)備應(yīng)緊挨鉆頭,位于壓力不平衡處附近。根據(jù)該處環(huán)空壓力、環(huán)空壓耗、漏點(diǎn)垂深,利用p=ρgh公式(p為環(huán)空壓力,MPa;ρ為ECD當(dāng)量循環(huán)密度,g/cm3;g為常數(shù)9.8;h為地面至環(huán)空壓力測(cè)量點(diǎn)垂深與地面至泥漿循環(huán)入口高度之和,m)可算得需要的壓井泥漿密度[6]。

3.2 判斷壓井材料是否循環(huán)到位

壓井材料配成的壓井液密度高于正常泥漿,在壓井液循環(huán)至井底時(shí),環(huán)空壓力會(huì)呈現(xiàn)明顯的抬升趨勢(shì);如環(huán)空壓力變化不大,說(shuō)明壓井材料未循環(huán)到位或壓井材料不夠,未產(chǎn)生壓井效果。

4 實(shí)例分析

NP8井是1口致密油開(kāi)發(fā)水平井,目的層長(zhǎng)71設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度1 800 m,地層壓力系數(shù)0.58～0.97,長(zhǎng)7地層壓力約為9.5～15.9 MPa,該井區(qū)鄰井出現(xiàn)過(guò)異常高壓。該井使用貝克休斯AutoTrak旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)和LithoTrak放射性與超聲井徑成像短節(jié)進(jìn)行隨鉆導(dǎo)向和測(cè)井。鉆進(jìn)過(guò)程中不僅發(fā)生井漏,也伴隨井涌現(xiàn)象。

4.1 利用隨鉆測(cè)井資料判識(shí)井漏深度

鉆井深度在1 800～1 820 m段時(shí)隨鉆測(cè)井電阻率曲線數(shù)值由50 Ω·m降到2 Ω·m,密度曲線數(shù)值由2.55 g/cm3降低到1.8 g/cm3,自然伽馬曲線數(shù)值由85 API降低到60 API,補(bǔ)償中子數(shù)值由14 p.u.升高到48 p.u.,井徑成像圖顏色明顯變深,反映出井眼擴(kuò)徑特征(見(jiàn)圖3)。綜合上述參數(shù)變化判斷井漏,屬于天然裂縫型漏失,泥漿量隨之也減少,并出現(xiàn)失返現(xiàn)象;通過(guò)泥漿量的變化也發(fā)現(xiàn)井漏。井隊(duì)先用隨鉆堵漏劑,后采用核桃殼、玻璃渣等大顆粒完成了堵漏作業(yè)。

4.2 當(dāng)量循環(huán)密度ECD、環(huán)空壓力進(jìn)行井漏預(yù)警及壓井參數(shù)計(jì)算

當(dāng)量循環(huán)密度ECD(Equivalent Circulating Density)、環(huán)空壓力為隨鉆測(cè)井儀器實(shí)時(shí)測(cè)量的2項(xiàng)重要的安全工程參數(shù),在井漏預(yù)警和堵漏作業(yè)的參數(shù)選取中發(fā)揮了較大的作用。

4.2.1 利用當(dāng)量循環(huán)密度ECD進(jìn)行井漏預(yù)警

該井鉆至1 803.5 m處再次出現(xiàn)井漏。泥漿一旦發(fā)生漏失,泥漿液柱即會(huì)出現(xiàn)下降,進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)空壓力、當(dāng)量循環(huán)密度ECD出現(xiàn)下降(見(jiàn)圖4),預(yù)警發(fā)生井漏。

4.2.2 利用環(huán)空壓力計(jì)算壓井液密度

1 803.5 m處發(fā)生井漏后隨即發(fā)生井涌現(xiàn)象,環(huán)空壓力測(cè)量為3 544 psi(非法定計(jì)量單位,1 psi=6 894.76 Pa,下同)減去10%的環(huán)空壓耗,則p=24.44×0.9=22 MPa,環(huán)空壓力測(cè)量點(diǎn)至泥漿循環(huán)入口垂深h=1 574.2 m,利用p=ρgh計(jì)算壓井需要的泥漿密度ρ=p/(g·h)=>ρ=1.43 g/cm3。

圖4 NP8井井漏、井涌實(shí)時(shí)測(cè)井曲線圖

4.2.3 利用當(dāng)量循環(huán)密度ECD判斷壓井材料是否循環(huán)到位

應(yīng)用1.43 g/cm3泥漿壓井后,當(dāng)量循環(huán)密度ECD曲線出現(xiàn)持續(xù)上升(見(jiàn)圖4),達(dá)到1.47 g/cm3,與環(huán)空壓力計(jì)算泥漿密度一致,說(shuō)明壓井材料已循環(huán)至井底。

在長(zhǎng)時(shí)間壓井、堵漏等造成巖屑錄井、氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)失真的情況下,隨鉆測(cè)井資料不僅能夠精確指示堵漏位置,指導(dǎo)有效堵漏作業(yè),而且能夠準(zhǔn)確識(shí)別巖性,有利于控制井眼軌跡與實(shí)現(xiàn)精確中靶。

5 結(jié)論與建議

(1) 利用隨鉆測(cè)井及成像綜合信息能夠?qū)崟r(shí)、直觀、快速、準(zhǔn)確地識(shí)別鉆井過(guò)程中泥漿漏失位置和漏失類(lèi)型,在出現(xiàn)溢流、井涌等時(shí)為壓井提供準(zhǔn)確的參數(shù)支持。通過(guò)NP8井的應(yīng)用,形成了一套現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確識(shí)別、預(yù)警井漏與計(jì)算壓井液密度的方法,為安全高效鉆井提供了有力的測(cè)井支撐。

(2) 建議在應(yīng)用測(cè)井資料判識(shí)漏失位置時(shí)考慮測(cè)井計(jì)算的巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力和地層壓力等參數(shù),以便更好地確定井漏位置;壓井作業(yè)時(shí),應(yīng)充分利用隨鉆環(huán)空壓力和當(dāng)量循環(huán)密度ECD數(shù)據(jù),準(zhǔn)確確定壓井相關(guān)參數(shù),提高壓井成功率。

參考文獻(xiàn):

[1] 李松, 康毅力, 劉修善, 等. 先兆漏失診斷-鉆井液漏失控制的一個(gè)關(guān)鍵 [J]. 鉆井液與完井液, 2011, 28(2).

[2] 康毅力, 許成元, 唐龍, 等. 構(gòu)建井周堅(jiān)韌屏障: 井漏控制理論與方法 [J]. 石油勘探開(kāi)發(fā), 2014, 41(4): 473-479.

[3] 范翔宇, 田云英, 夏宏泉, 等. 基于測(cè)井資料確定鉆井液漏失層位的方法研究 [J]. 天然氣工業(yè), 2007, 27(5): 72-74.

[4] 徐同臺(tái), 劉玉杰, 申威, 等. 鉆井過(guò)程防漏堵漏技術(shù) [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1997.

[5] 王貴, 蒲曉林. 提高地層承壓能力的鉆井液堵漏作用機(jī)理 [J]. 石油學(xué)報(bào), 2010, 31(6): 1009-1012.

[6] Scott P D, Beardmore D, Wade Z L, et al. Size Degradation of Granular Lost Circulation Materials [C]∥SPE 151227, 2012.