保护油气层概念与技术

保护油气层概念与技术李　克　向(中国石油天然气集团公司,北京　100724)摘要　钻井液密度高了,能枪毙油气层,这种认识是没有科学根据的。

大量的室内和现场试验表明:造成油气层损害的主要因素有2个,一是井内液柱压力大于地层压力,二者形成的压力差较大;二是选择的钻井液类型与油气层不配伍。

文中从理论和实践上说明了油气层损害的因素,及如何保护好油气层,以加快新区勘探速度。

主题词　保护　油气层　压差　平衡压力钻井　地层损害　钻井液　滤饼作者简介　李克向,原中国石油天然气总公司钻井局副局长兼总工程师,本刊顾问,教授级高级工程师。

要正确选择钻井液密度长期以来石油系统流行的一个概念认为“钻井液密度高了,就损害油气层,钻井液密度低了,就有利于保护油气层”。

甚至认为新区探井钻井液密度高,能枪毙油气层,影响油气田的发现。

这样的认识来自50年代,现在再用这样的认识来指导生产,不但不能加快新区勘探的速度,反而会推迟勘探速度。

这几年不少新探区在发现油气田的探井中,钻井液的密度都比较高。

如塔里木盆地柯克亚构造的柯深1井,1994年8月28日完钻,井深6481m。

钻井液密度2112g c m3,在下第三系卡拉塔尔组6370～638811m射孔试油,日产天然气47万m3,凝析油242m3,发现了高产气层。

塔里木盆地库车凹陷克拉苏构造的克参1井,1996年2月完钻,井深6150m,钻井液密度1190～2110g c m3,在下第三系2654～2675m井段,发现2层油气显示,在白垩系301115～5492m井段,发现5层油气显示。

东秋里塔克5号井,1995年4月完钻,井深5316m,钻井液密度2126g c m3,在下第三系4315～4336m岩心含油。

以上这些构造,都是在钻井液密度210g c m3以上发现油气层的。

总公司不少新区勘探速度慢(新区井深6000m第1口探井,平均两年钻1口井,花费8000万到1亿元,而国外同样井深平均1年钻1口井)。

钻井周期长,成本高的重要原因是受钻井液密度高就枪毙油气层片面观点指导生产造成的结果。

在这种片面观点影响下,不少新区探井钻井液密度规定过死。

由于新区探井附近资料不足,特别是缺乏足够的地层孔隙压力、破裂压力资料,在这种条件下,地质上设计的钻井液密度就不一定完全符合井下情况,因此,这个钻井液密度只能做生产上的参考。

如果地质设计的钻井液密度规定过死,不能改变,一旦遇到井下复杂情况,现场也不能采取应变措施,及时调整钻井液密度,一再拖延时间,那只能导致井下复杂情况更复杂,甚至发生井下事故,造成钻井速度慢,成本高,推迟了新区勘探速度。

这几年总公司系统的新探区,这种情况时有发生,如有的探井井深5000多米,规定钻井液密度不能超过1112g c m3,结果钻进中多次发生蹩钻,起下钻遇阻,划眼多次,乙方反映钻井液密度太低,应提高密度,但是合理的建议,并没有被接受,继续用低密度钻井液钻进,造成井壁坍塌掉块、井下蹩钻、遇阻、划眼多次,导致钻具蹩断被迫侧钻两次,耽误几十天时间,浪费几百万元,最后将钻井液密度加到1160g c m3井下才正常。

还有的新区探井遇到高压盐水层,不让提高钻井液密度,如柯深1井从5009m钻到5014m,由于出现了高压盐水层,在长达2个月时间内,未将盐水层压住,结果造成4次卡钻、套铣、倒扣,耽误5个月时间,直接经济损失600万元,最后将钻井液密度由1170g c m3提高到1197g c m3,才得以钻下去。

还有的井,钻遇了盐岩层,不是一次将钻井液密度加够,以防止盐岩层蠕变,而是慢慢地加,结果造成几次卡钻、倒扣、套铣多次,时间浪费了几个月,事故也出了,钱也浪费了,最后还得将钻井液密度提高,才能安全钻下去。

以上仅举几个例子,事实上不少探区类似的例子均有,造成了不少的损失。

事实说明,“钻井液密度高了能枪毙油气层”是没有科学依据的,应根据实际情况,正确选择钻井液密度,保证钻井工作的顺利进行。

保护油气层技术保护油气层技术是项系统工程,它贯穿在地质、钻井、固井、测试、射孔、酸化、压裂、试油、采油、修井、注水等作业全过程中,每项作业均应重视油气层保护,否则,均会对油气层造成损害。

我国保护油气层技术,通过“七五”期间,华北、辽河、四川、中原、长庆5个油气田攻关,在7种类型油气藏,即:低压中渗透油藏、低压低渗透油藏、超低渗透油藏、古潜山油藏、含盐岩油藏、碳酸盐岩气藏、稠油油藏中进行了实践,形成了8项保护油气层钻井、完井技术即:油气层损害的实验室评价方法、油气层损害机理、油气层损害的现场评价、保护油气层的钻井液完井液、平衡压力钻井与井控技术、固井技术、射孔技术、压裂酸化技术。

在“七五”国家攻关项目取得成果的基础上,通过各油田这几年的实践,保护油气层技术有了新的进展,今后要保护好油气层,减少油气层损害应全面认识和掌握以下概念和技术。

一、油气层损害实验室评价技术在油气层取岩心,在实验室内做岩心分析,通过岩石物性分析、岩石学分析、岩石流动试验、辅助试验,弄清粘土、非粘土敏感性矿物成分、含量,确定油气层敏感性类型。

已开发油田,未做这些分析,应补充做试验,以获得这些数据和结论,探井应在油气层取心,做好试验分析后得出结论。

二、造成油气层损害的主要因素造成油气层损害的主要因素是井内液柱压力大于地层压力。

这个压力差∃p一般说越大,钻井液中的滤液,固相越容易进入油气层,对油气层的损害也越大。

这个压力差大也影响钻井速度,钻井中压力差值的减少代表钻井技术的进步,国外50年代压力差一般为710M Pa,随着钻井技术的进步,现在压力差已能控制在115～3.0M Pa。

使用小的压力差钻井就是平衡压力钻井,推广平衡压力钻井,不但有利于保护油气层,也有利于提高钻井速度。

三、实行平衡压力钻井要实行平衡压力钻井,就要根据井下不同情况,选择合理的钻井液密度,有以下几种情况1理的钻井液密度有2种方法。

第一种方法,根据地层孔隙压力,加一个附加值得出钻井液密度。

地层孔隙压力可用d c指数法、声波时差法求出。

地层破裂压力可用伊顿法或试验求出。

附加值可用绝对值表示,也可用系数表示。

使用绝对值时,油井为115～3. 5M Pa,气井为310～5.0M Pa。

用系数表示时油井为0105～0.10,气井为0.07～0.15。

第二种方法,考虑影响钻井液密度的一些因素,如环空流动阻力,环空岩屑量、温度、压力以及抽吸压力,射流对井底的冲击力等影响,计算出钻井液密度。

21含盐岩层井　当井下遇到盐岩层、盐膏岩、含膏泥岩、含盐泥岩和软泥岩等地层均属盐岩层。

盐岩层一般分纯盐岩层和复合盐岩层两类。

盐膏岩、含膏泥岩、含盐泥岩、软泥岩地层属复合盐岩层。

纯盐岩层和复合盐岩层在井深超过1000m的温度和地层压力作用下,产生塑性蠕动,使井径缩小,易发生卡钻和挤毁套管事故。

复合盐岩层除易发生塑性蠕动产生井径缩小外,还易发生井壁坍塌,因此钻复合盐岩层要比钻纯盐岩层复杂。

有些油气层,位于盐岩层下边,必须钻穿盐岩层,才能钻到油气层。

钻盐岩层,为防止盐岩层蠕动,最重要的是将钻井液密度选准。

目前,一些钻盐岩层的井,发生井下事故,多是因为钻井液密度低造成的。

钻井液密度要按照盐岩层蠕变曲线确定,一般井越深,温度越高,钻井液密度越大。

通常按井眼截面蠕变收缩每小时011%左右,确定所需的钻井液密度。

如果盐岩厚度大,是复合盐岩层,又受非均匀构造应力的影响,则所需的钻井液密度高。

每个含盐岩层地区均应绘制本地区的钻井液密度图版(见图1、图2)以便钻井使用。

钻井液密度选准了,可以防止井眼缩小,减少卡钻事故。

另一个关键问题,是选对钻井液类型,钻井液类型选对了,可防止盐岩层溶解,井眼扩大,也可以防止井壁坍塌,使用饱和盐水钻井液、聚合物饱和盐水钻井液、油包水钻井液钻盐岩层证明是成功的。

新区探井钻遇了盐岩层,钻进时,要注意防止卡钻事故发生,要控制进尺,遇阻要划眼。

如钻井液密度低,地质和工程、甲乙双方应密切配合,不拖延时间,及时将钻井液密度提高,待钻井液密度能平衡盐岩层时,再往下钻进。

为防止盐岩层将套管挤毁,可将盐岩层段套管抗挤设计系数提到213,或在盐岩层段使用双层套管,华北油田荆丘地区盐岩层段使用双层套管,见到了好的的效果。

图1　S 23原生盐岩层钻井液密度图版图2　塔里木英买力油田盐岩层钻井液密度图版31高压盐水层井　有些地区探井,遇到多层高压盐水层,由于盐水进入井内会破坏钻井液性能和井壁,使井下情况变复杂,甚至发生事故。

因此钻遇高压盐水层后,最重要的是将盐水层压住。

要压住盐水层,就要发现快,判断准,及时提高钻井液密度,不拖延时间。

识别盐水层主要特征有:钻时加快、井口外溢、钻井液密度下降、钻井液粘切变化、失水量增加、氯离子含量上升、电阻率下降、pH 值降低等。

41井壁不稳定地区井　井壁不稳定地区有裂缝性地层、松泥页岩地层、煤层、山前构造带地区。

如吐哈油田的巴喀、丘陵、葡北地区;克拉玛依油田准葛尔盆地第一排、第二排、第三排背斜带—山前断褶带。

南疆巴楚地区位于靠近澳印板块向欧亚板块下俯碰撞的边缘地带,昆仑山山前构造的第2～4排构造,构造应力大,构造仍处于活动状态。

柯坪塔克、巴力布亚等断裂产生的构造力使地层产生折曲,巴楚地区出现高压盐水层,井壁不稳定与这些构造有关。

四川川东高陡构造,上部地层砂、泥页岩地层,地层倾角大,加上构造应力,极易坍塌。

灰岩裂缝、孔洞发育、井壁易掉块。

分布范围较广的盐岩层、膏岩层、软泥岩等,易缩径、跨塌,含盐岩层地层有中原、塔里木、胜利、江汉、四川、克拉玛依等油田。

新区第一口探井,由于没有附近井资料,只能靠地震资料,靠一般地震方法预告不够准确,可使用垂直地震法预测孔隙压力和破裂压力。

最实际的办法,是及时发现,判断准确,正确处理。

不稳定地层有泥岩、页岩地层、石膏层、盐岩层、膏岩层、岩膏层、软泥岩层等。

这些不稳定地层有3种表现,第一种表现是缩径,造成起下钻遇阻,有时需要划眼,才能起下钻,缩径还可以造成卡钻,如盐岩层缩径钻进中也能发生卡钻。

第二种表现是坍塌、掉块,造成钻进时跳钻,有时会发生起下钻遇阻。

这两种现象主要是井内液柱压力小于地层压力和井壁坍塌力造成的。

第三种表现是井内发生漏失,有轻微漏失、渗透性漏失,多为裂缝性渗失。

严重漏失,多为溶洞,孔洞漏失。

有时漏失带来井内其它地层坍塌或缩径,发生漏失的原因是井内液柱压力大于地层压力造成的。

刚一发生坍塌、掉块、缩径,就应及时将钻井液密度提高。

处理时应注意两点:(1)刚一发生坍塌掉块就要及时提高钻井液密度,处理越快越好,不能拖延时间。

(2)在提高钻井液密度的同时,降低钻井液失水,加防塌剂等。

千万要防止只注意降失水加防塌剂而不首先提高钻井液密度的做法,那样只会加重井下复杂程度,而且延误时间。

新区第一口探井应从以下3个方面获取防坍资料:(1)在不稳定地层取心,做室内岩石强度试验,求得地层坍塌所需数据;(2)做不稳定地层破裂压力试验得出数据;(3)进行电测,使用声波测井、密度测井、伽马测井等获得地层坍塌力资料;还应在油气层进行取心,做好室内岩心油气层损害评价试验,弄清油气层损害机理。