雁翎潛山注氣重力驅(qū)鉆完井難點(diǎn)與對(duì)策

王秀影，胡書(shū)寶，秦義，張彬，游子衛(wèi)，黃海鴻

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580；2.中國(guó)石油華北油田公司采油工程研究院，河北 任丘 062552）

雁翎潛山注氣重力驅(qū)鉆完井難點(diǎn)與對(duì)策

王秀影1，2，胡書(shū)寶2，秦義2，張彬2，游子衛(wèi)2，黃海鴻2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580；2.中國(guó)石油華北油田公司采油工程研究院，河北 任丘 062552）

雁翎潛山霧迷山地層非均質(zhì)性強(qiáng)，可鉆性差，裂縫孔洞發(fā)育，承壓能力低，并存在次生氣頂，鉆井過(guò)程中易出現(xiàn)井漏、溢流、卡鉆等復(fù)雜情況，尾管小間隙固井易導(dǎo)致儲(chǔ)層污染、水泥漿低返、環(huán)空氣竄，給鉆完井帶來(lái)一系列技術(shù)難題。針對(duì)鉆完井過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策：防漏為主、承壓堵漏為輔，優(yōu)選低密度鉆井液配合控壓鉆井工藝，有效保證裂縫性地層安全鉆進(jìn)；優(yōu)選個(gè)性化高效能鉆頭，提高機(jī)械鉆速；優(yōu)化設(shè)計(jì)井眼軌道，準(zhǔn)確控制水平段位置；優(yōu)選凝膠堵漏技術(shù)、低密度防竄漏水泥漿體系，有效克服固井過(guò)程中的水泥漿漏失及預(yù)防氣竄；優(yōu)選固井射孔及管外封隔器選擇性分段完井方式，滿足避水避氣開(kāi)采需求。文中提出的一系列技術(shù)對(duì)策，為雁翎油田注氣驅(qū)鉆完井提供了技術(shù)參考。

控壓鉆井；個(gè)性化鉆頭；防竄漏；避水避氣；霧迷山潛山

雁翎潛山分為南、北2個(gè)山頭，埋深分別為2 967，2 843 m，具有統(tǒng)一的油水界面、溫度和壓力系統(tǒng)，原始地層壓力30.12 MPa，溫度118℃，產(chǎn)油層位屬中元古界薊縣系霧迷山組，為一復(fù)合型碳酸鹽巖底水塊狀油藏。1977年11月油藏投入開(kāi)發(fā)，經(jīng)歷產(chǎn)量上升、快速遞減和緩慢遞減3個(gè)階段，先后采取壓錐、高含水井放產(chǎn)、高含水井堵水、注水升壓采油、注氮?dú)獾仍囼?yàn)，但增產(chǎn)效果均不理想。截至2015年底，采出程度30.6%，含水率97.6%，油田已進(jìn)入水驅(qū)開(kāi)發(fā)后期階段。為提高潛山油藏采收率，擬開(kāi)展雁翎潛山注氣重力驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。為減少或規(guī)避今后鉆完井中井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)，通過(guò)分析區(qū)塊鉆完井技術(shù)難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策。

1 鉆完井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 地層裂縫孔洞發(fā)育，易井漏

儲(chǔ)層發(fā)育有縫、洞、孔多種儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)集類型為裂縫-孔洞型。裂縫密度一般為40～80條/m，裂縫寬度從幾毫米到十幾毫米不等，以高角度縫為主，傾角大于70°的占79%。前期鉆井過(guò)程中漏失非常普遍，漏失井占總井?dāng)?shù)的56%，最大漏失量超過(guò)7 000 m3。采用復(fù)合堵漏劑、石灰乳、填砂等堵漏方法，成功率低，部分井因漏失嚴(yán)重被迫提前完鉆，部分井發(fā)生井壁坍塌和卡鉆等一系列井下事故。

1.2 地層可鉆性差，鉆頭機(jī)械鉆速慢、進(jìn)尺短

潛山霧迷山組以隱藻白云巖為主，另有具殘余藻結(jié)構(gòu)的硅質(zhì)巖類及具隱藻結(jié)構(gòu)的次生角礫狀白云巖，掃描電鏡看出含有大量石英。巖石可鉆性實(shí)驗(yàn)及測(cè)井資料測(cè)定結(jié)果顯示，牙輪、PDC鉆頭的可鉆性級(jí)值分別為7～9和10～12，地層較堅(jiān)硬，可鉆性差。霧迷山組已鉆直井平均機(jī)械鉆速僅為1.8 m/h，單只鉆頭平均進(jìn)尺21.2 m。

1.3 安全鉆進(jìn)密度窗口窄

霧迷山儲(chǔ)層原始?jí)毫ο禂?shù)為0.99～1.01，漏失壓力系數(shù)為1.01～1.03，地層壓力安全密度窗口窄；而且雁翎油田1994年10月—1998年10月經(jīng)歷3次注氣后，形成了氣油界面和油水界面2個(gè)流體界面，以及次生氣頂、含油富集帶和水淹帶3個(gè)流體分布帶，鉆進(jìn)過(guò)程中可能存在溢流漏失共存風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 水平井軌跡控制復(fù)雜

重力驅(qū)擬采用頂部注氣。采油井主要是利用直井老井，兼顧開(kāi)發(fā)井網(wǎng)；由于裂縫以高角度縫為主，采用水平井可穿越多條裂縫、溶洞發(fā)育帶，增加供給通道［1］，故部署部分新鉆水平井。

1）軌跡控制難度大。為避免過(guò)早氣竄及水錐，油藏工程要求水平井段軌跡沿油水界面以上一定距離（大于10 m）精確延伸。由于該油藏屬于塊狀油藏，無(wú)明顯地層分層，而通常采用的隨鉆方位電阻率儀的徑向探測(cè)深度僅為2～3 m，不能滿足軌跡控制要求。2）霧迷山組可鉆性差，軌跡調(diào)整難度大。雁翎油田非均質(zhì)性強(qiáng)，著陸點(diǎn)往往比設(shè)計(jì)提前或滯后［2］，實(shí)鉆中需多次調(diào)整靶點(diǎn)垂深，造成軌跡不斷調(diào)整及控制點(diǎn)增加，增大了軌跡控制難度。3）裂縫性儲(chǔ)層中，漏失壓力過(guò)低是限制水平井水平段延伸極限的主要因素［3］。

1.5 地層承壓低，氮?dú)馇秩?，固井難度大

雁翎潛山油藏主要采取裸眼完井方式，20世紀(jì)90年代注氣后，生產(chǎn)3～8個(gè)月先后形成氣竄、水錐，未能取得預(yù)期開(kāi)采效果。分析認(rèn)為：注氣受效井的井筒內(nèi)油、氣、水三相共存，形成“三通路并聯(lián)模型”（見(jiàn)圖1a，其中Qg，Qo，Qw分別為氣、油、水流量，m3/d；Kg，Ko，Kw分別為氣相、油相、水相滲透率，μm2；A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；Δp 為兩端壓差，MPa；μg，μo，μw分別為氣、油、水動(dòng)力黏度，mPa·s；L 為巖石長(zhǎng)度，m）。 由于三相黏度差異大，在地層壓力下各相態(tài)流度差異大，導(dǎo)致嚴(yán)重氣鎖［4］。為滿足避水避氣開(kāi)采要求，三相進(jìn)入井筒前需有效封隔，故將“三通路并聯(lián)模型”改為“單通路串聯(lián)模型”（見(jiàn)圖1b），而套管固井是最適合的完井方式。但霧迷山組承壓能力低，常規(guī)堵漏方法應(yīng)對(duì)大縫洞地層的承壓可靠性不佳，采用常規(guī)密度水泥漿固井易井漏，造成水泥漿低返，影響環(huán)空水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。另外，固井過(guò)程中水泥漿失重后，次生氣頂?shù)拇嬖?，造成氮?dú)馇秩氕h(huán)空的可能性增大［5］，影響固井質(zhì)量。

圖1 三通路和單通路模型

2 主要技術(shù)措施

2.1 控壓鉆井+低密度鉆井液防漏技術(shù)

2.1.1 井口回壓確定與鉆井液密度優(yōu)選

控壓鉆井技術(shù)能精確控制環(huán)空壓力剖面，鉆進(jìn)窄密度窗口地層時(shí)，可有效預(yù)防和控制溢流和井漏，大幅降低非生產(chǎn)時(shí)間和縮短鉆井周期，能夠保護(hù)油氣層，提高水平段延伸能力［6-7］。

非過(guò)氣頂直井鉆井采取微欠平衡鉆井方式，水平井及過(guò)氣頂直井鉆井采取微過(guò)平衡鉆井方式。欠平衡鉆井下限值設(shè)計(jì)留有一定余量，以減少地層逆向自吸作用，防止下鉆或開(kāi)泵時(shí)壓力激動(dòng)造成井底瞬時(shí)的過(guò)平衡，井底欠壓值一般控制在0.5～1.0 MPa，最大不超過(guò)3.5 MPa，井口回壓一般控制在5 MPa以內(nèi)［8］。 微過(guò)平衡鉆井漏失速度控制在1 m3/h之內(nèi)。為降低起下鉆及接單根時(shí)的井口回壓值，延長(zhǎng)膠芯使用壽命，鉆進(jìn)時(shí)井口回壓控制在4 MPa之內(nèi)，超過(guò)4 MPa時(shí)以0.02 g/cm3幅度提高鉆井液密度。

鉆井液密度應(yīng)在井口回壓為0、正常鉆進(jìn)中負(fù)壓差達(dá)到設(shè)計(jì)值的情況下進(jìn)行計(jì)算［9］，公式為

式中：ρm為鉆井液密度，g/cm3；pp為預(yù)測(cè)地層孔隙壓力，kPa；pn為井底負(fù)壓設(shè)計(jì)值，kPa；pfr為環(huán)空壓耗，kPa；H 為井深，m。

根據(jù)鉆井前的地層壓力預(yù)測(cè)，3 055 m地層壓力當(dāng)量密度（pp）為 0.97 g/cm3，漏失壓力當(dāng)量密度（pl）為1.02 g/cm3。模擬鉆頭位于井底3 055 m、排量為15 L/s的井況，計(jì)算了井底壓力（以當(dāng)量循環(huán)密度表示）與井口回壓的關(guān)系（見(jiàn)圖2）。在φ152.4 mm井段，控壓鉆進(jìn)使用的鉆井液密度為0.85～0.95 g/cm3。建議在開(kāi)始控壓鉆進(jìn)時(shí)使用0.89 g/cm3的鉆井液，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況調(diào)整鉆井液密度，回壓控制范圍為0～4 MPa。

圖2 井底壓力-井口回壓關(guān)系

2.1.2 低密度鉆井液體系優(yōu)選

儲(chǔ)層漏失壓力系數(shù)低，無(wú)法選擇常規(guī)水基鉆井液作為循環(huán)介質(zhì)［10］。采用較低密度的鉆井液可減少和避免鉆井液大量漏失，還可提高機(jī)械鉆速，縮短建井周期。充氣鉆井液氣液固多相流控制困難，井底壓力波動(dòng)大，仍存在井漏風(fēng)險(xiǎn)，氣體可壓縮性影響隨鉆測(cè)量?jī)x器信號(hào)傳遞，無(wú)法在水平井中應(yīng)用［11］；可循環(huán)微泡沫鉆井液體系受溫度和壓力影響較大，對(duì)隨鉆測(cè)量?jī)x器信號(hào)傳遞有一定影響；添加減輕劑的低固相水基鉆井液成本高。綜合考慮以上因素，推薦采用水包柴油鉆井液［12］。

2.2 個(gè)性化鉆頭提速技術(shù)

全面考慮地層巖性、巖石硬度、可鉆性等地質(zhì)因素，參考國(guó)內(nèi)深部灰?guī)r及白云巖地層優(yōu)選鉆頭應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)白云巖地層個(gè)性化鉆頭。針對(duì)白云巖研磨性強(qiáng)、硬度大（大于3 000 MPa），采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)高抗研磨PDC切削齒。針對(duì)PDC鉆頭切削齒沖擊損傷大，強(qiáng)化鉆頭抗沖擊性及扭矩平衡設(shè)計(jì)，由5刀翼增加為6～7刀翼，單排齒增加為雙排齒，由16 mm齒改為13 mm齒，增加布齒密度。強(qiáng)化水平井鉆頭保徑能力［13］，減少鉆頭側(cè)向磨損并增強(qiáng)造斜能力，設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金保徑塊、保徑齒及倒劃眼齒增強(qiáng)保徑。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)井眼軌道

水平井井身剖面類型設(shè)計(jì)為“直—增—穩(wěn)—增—水平”雙弧長(zhǎng)半徑剖面［13］，為軌跡調(diào)整留有空間。全井井眼曲率控制在5（°）/30 m以內(nèi)。

二開(kāi)上部直井段嚴(yán)格控制井斜方位，造斜段采用彎螺桿加MWD鉆進(jìn)跟蹤調(diào)整井斜方位［14］，電子多點(diǎn)測(cè)斜校正井眼軌跡。進(jìn)入潛山利用LWD探測(cè)山面，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加強(qiáng)實(shí)鉆巖屑錄井卡準(zhǔn)層位，盡量避免著陸后調(diào)整垂深。三開(kāi)增斜段及水平段采用小度數(shù)彎螺桿加高精度MWD及隨鉆方位電阻率儀，以復(fù)合鉆進(jìn)方式為主。針對(duì)隨鉆方位電阻率儀探測(cè)深度不足問(wèn)題，采取南北山頭先平衡注氣，油水界面達(dá)到水平段設(shè)計(jì)垂深后停止注氣，待油水界面穩(wěn)定再進(jìn)行水平井鉆井施工，水平段沿油水界面鉆至設(shè)計(jì)井深后，繼續(xù)注氣至重力驅(qū)所需要的最終油水界面。這種方式可以準(zhǔn)確控制水平段位置，最大限度延長(zhǎng)水錐時(shí)間，提高開(kāi)采效果。

2.4 承壓堵漏+低密度水泥漿體系技術(shù)

2.4.1 承壓堵漏技術(shù)

套管固井承壓值計(jì)算公式為

式中：Δp為地層承壓值，MPa；k為安全系數(shù)，取1.00～1.25；ρm2為固井水泥漿密度，g/cm3；ρm1為完井液密度，g/cm3；Η2為完井深度，m；Η1為水泥返深，m；g 為常數(shù)，取值0.009 81。

區(qū)塊設(shè)計(jì)鉆井深度3 120 m，安全系數(shù)取1.25，固井水泥漿密度1.55 g/cm3，水泥返深2 500 m，地層承壓能力最低提高6.18 MPa，即可滿足固井要求。

前期鉆井過(guò)程中，惡性漏失井采用石灰乳、堵漏水泥漿和填砂等常規(guī)復(fù)合堵漏劑堵漏，可靠性不佳。分析認(rèn)為：裂縫尺寸相差大，堵漏材料顆粒大小與漏失通道不匹配；封堵為物理堵塞，易重復(fù)漏失；水泥漿駐留性差，施工中憋壓壓力低。因此，要求堵漏材料適合不同尺寸裂縫，堵漏漿和地層膠結(jié)成整體。

對(duì)于裂縫性滲漏地層，當(dāng)?shù)貙勇┦俣刃∮?0 m3/h，可采用復(fù)配碳酸鈣粒子的常規(guī)復(fù)合堵漏劑；當(dāng)?shù)貙勇┦俣却笥诘扔?0 m3/h、小于50 m3/h時(shí)，建議采用凝膠堵漏，利用凝膠材料的彈性變形及駐留特性，以適應(yīng)不同孔喉和裂縫，并形成黏彈性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，堵漏漿黏度、強(qiáng)度、切力和彈性急劇增大，實(shí)現(xiàn)堵漏目的；當(dāng)?shù)貙勇┦俣却笥诘扔?0 m3/h、小于80 m3/h時(shí)，建議采用特種凝膠堵漏，特種凝膠溶于水后，分子鏈形成具有星型結(jié)構(gòu)和空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體系［15］，進(jìn)入漏層后能自動(dòng)停止流動(dòng)，并充滿漏失裂縫、孔洞空間，形成能隔斷地層內(nèi)部流體與井筒流體的“凝膠段塞”，并且該段塞具有足夠的啟動(dòng)壓力。

2.4.2 低密度防竄水泥漿技術(shù)

解決霧迷山組固井漏失問(wèn)題最有效、簡(jiǎn)便的方法是采用低密度水泥漿，實(shí)現(xiàn)平衡壓力固井［16］。為解決氣頂段固井過(guò)程中地層不易壓穩(wěn)問(wèn)題，需選擇防竄低密度水泥漿體系，降低固井井漏及氣竄風(fēng)險(xiǎn)，保證固井質(zhì)量。通過(guò)對(duì)比不同低密度水泥漿體系的性能及應(yīng)用情況（見(jiàn)表1），推薦采用相對(duì)成熟的低密度防竄水泥漿體系。

表1 不同低密度水泥漿體系對(duì)比

2.5 完井設(shè)計(jì)

目前隔離氣柱的完井方案有3種。1）套管固井射孔完井，隔離氣柱有效、可靠，井筒內(nèi)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于后期各種措施的實(shí)施。2）裸眼封隔器分段完井，可根據(jù)油氣界面變化調(diào)整卡封深度，作業(yè)費(fèi)用較套管固井低，但封隔器隔離氣頂?shù)挠行?、可靠性受大裂縫發(fā)育狀況影響，相對(duì)于套管固井射孔有一定的不確定性，同時(shí)存在裸眼封隔器解封困難的風(fēng)險(xiǎn)。3）裸眼懸掛小油管完井，依靠油柱高度隔離氣柱，隔離不徹底，高角度大裂縫發(fā)育條件下，需控制極低的產(chǎn)量，控制難度大，有較強(qiáng)的不確定性。

綜合考慮隔離氣柱效果、技術(shù)可靠性、作業(yè)成本等因素，當(dāng)?shù)貙映袎耗芰ψ畹吞岣?.18 MPa滿足固井要求時(shí)，推薦采用懸掛尾管固井射孔完井方式；地層承壓能力滿足不了固井要求時(shí)，采用管外封隔器分段完井。其中水平井固井方式為上固下不固［17］，即入口點(diǎn)以上注水泥漿封固，水平段采用遇油膨脹式管外封隔器（或擴(kuò)張式封隔器）+開(kāi)關(guān)滑套分段完井方式。

3 結(jié)論

1）應(yīng)用控壓鉆井技術(shù)，配合低密度鉆井液體系，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下溢流、漏失進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，迅速抑制溢流、有效控制漏失，從而降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高機(jī)械鉆速，實(shí)現(xiàn)窄窗口下的安全鉆井。

2）加強(qiáng)區(qū)塊地層可鉆性分析，開(kāi)展個(gè)性化鉆頭設(shè)計(jì)，可以實(shí)施優(yōu)快鉆井，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。

3）根據(jù)漏失特征和類型，優(yōu)選相應(yīng)的堵漏材料是堵漏成功的關(guān)鍵。

4）優(yōu)選固井射孔完井和選擇性分段完井方式，可以滿足注氣驅(qū)油藏避水避氣開(kāi)采的需要。

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（編輯 趙衛(wèi)紅）

Drilling and completion difficulties and solutions for gas assistant gravity driven development of Yanling buried-hill

WANG Xiuying1，2,HU Shubao2,QIN Yi2,ZHANG Bin2,YOU Ziwei2,HUANG Haihong2
(1.China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.Oil Production Engineering Research Institute,Huabei Oilfield Company,PetroChina,Renqiu 062552,China)

With strong heterogeneity,poor drillability,well developed fracture and cavern,low pressure bearing capacity and manmade gas cap in the Wumishan Formation of Yanling buried-hill,downhole complex conditions such as lost circulation,kick and pipe sticking are easy to happen.Meanwhile,liner cementing with small clearance is easy to result in formation damage,insufficient top of cement and gas channeling,which will lead to a series of technical challenges to drilling and completion operation.Based on the analysis of the technical difficulties during drilling and completion operation,corresponding solutions are proposed:lost circulation prevention with assisted lost circulation control,MPD technology combined with low density drilling fluid are used for safety drilling in naturally fractured formation;high performance fit-for-purpose drill bit is selected to improve the rate of penetration;optimize the design of the wellbore track,accurately control the horizontal segment position;gel type lost circulation material,low density anti-channeling and anti-lost circulation cement slurry are selected to address the gas channeling and lost circulation during cementing operation;cased hole and completion with external casing packer are selected to meet the exploitation requirement to control gas and water cone.The proposed strategies have provided technical references for the drilling and completion of gas assistant gravity driven development of Yanling buried-hill.

MPD;fit-for-purpose bit;channeling and lost circulation prevention;gas and water cone control;Wumishan buried-hill

TE257

B

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大專項(xiàng)“華北油田持續(xù)有效穩(wěn)產(chǎn)勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（2017E-15）

10.6056/dkyqt201704034

2017-01-03；改回日期：2017-04-25。

王秀影，女，1971年生，高級(jí)工程師，在讀碩士研究生，2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，主要從事鉆完井技術(shù)研究。E-mail：cyy_wxy@petrochina.com.cn。

王秀影，胡書(shū)寶，秦義，等.雁翎潛山注氣重力驅(qū)鉆完井難點(diǎn)與對(duì)策［J］.斷塊油氣田，2017，24（4）：592-595.

WANG Xiuying，HU Shubao，QIN Yi，et al.Drilling and completion difficulties and solutions for gas assistant gravity driven development of Yanling buried-hill［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（4）：592-595.