劉繪新 李鋒

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油塔里木油田公司

裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系探討

劉繪新1李鋒2

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2.中國(guó)石油塔里木油田公司

對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，裂縫的存在使得井筒與儲(chǔ)層之間擁有了良好的流動(dòng)通道，流體的侵入（溢流）或流出（漏失）相對(duì)容易，常會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)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(chǔ)層特點(diǎn)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(duì)裂縫性儲(chǔ)層的特點(diǎn)，從裂縫性儲(chǔ)層溢流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究入手，結(jié)合傳統(tǒng)的滲透性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系，建立了裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型，闡述了裂縫性儲(chǔ)層井控原理，構(gòu)建了裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)，初步形成了適合裂縫性儲(chǔ)層特點(diǎn)的井控技術(shù)體系。該技術(shù)體系不但能規(guī)避井下復(fù)雜情況、縮短鉆井周期，同時(shí)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(yīng)用結(jié)果表明，裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系有別于傳統(tǒng)井控技術(shù)體系，對(duì)裂縫性儲(chǔ)層具有較好的針對(duì)性和適用性，為解決塔中地區(qū)碳酸鹽儲(chǔ)層井控難題提供了可行的技術(shù)手段。

裂縫性 儲(chǔ)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(chǔ)層屬于滲透性儲(chǔ)層，而以洞、縫為主的儲(chǔ)層屬于裂縫性儲(chǔ)層。對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，裂縫的存在使得井筒與儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)基于滲透性儲(chǔ)層特征的傳統(tǒng)井控技術(shù)，裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)在溢流機(jī)理、適用的井控理論、建立的技術(shù)體系等方面都存在相當(dāng)大的差異。

1 裂縫性儲(chǔ)層溢流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

裂縫性儲(chǔ)層溢流實(shí)驗(yàn)裝置［2］如圖1所示。

1.2 溢流變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)

在鉆進(jìn)過(guò)程中的溢流主要有2種形式：負(fù)壓連續(xù)溢流和重力置換溢流。開(kāi)展裂縫性氣藏溢流變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，有利于搞清楚溢、漏發(fā)生與發(fā)展的機(jī)理。

用清水加CMC為液相，氮?dú)鉃闅庀?，?shí)驗(yàn)觀察在鉆遇裂縫性儲(chǔ)層時(shí)，氣、液兩相的溢、漏現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1）對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，在負(fù)壓條件下表現(xiàn)為典型的負(fù)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）。

圖2 溢、漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

2）負(fù)壓連續(xù)溢流是由井內(nèi)液柱壓力小于儲(chǔ)層壓力而誘發(fā)的，是最常見(jiàn)的溢流形式；重力置換溢流是裂縫（特別是高陡裂縫）性儲(chǔ)層由于儲(chǔ)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(jìn)行置換而誘發(fā)的溢流形式，是裂縫性儲(chǔ)層的特有現(xiàn)象。由于重力置換溢流有溢有漏，應(yīng)當(dāng)盡可能避免重力置換溢流的發(fā)生。

3）對(duì)于硫化氫含量超標(biāo)的裂縫性儲(chǔ)層，防止溢流是安全考慮的主要因素，應(yīng)當(dāng)采用微過(guò)平衡條件。雖然微過(guò)平衡會(huì)導(dǎo)致微量漏失，但卻能以微量的漏失來(lái)避免溢流帶來(lái)的井控風(fēng)險(xiǎn)，特別是規(guī)避高含硫溢流帶來(lái)的危害，其利大于弊。

4）對(duì)于硫化氫含量不超標(biāo)的裂縫性儲(chǔ)層，防止漏失是安全考慮的主要因素，應(yīng)當(dāng)采用微欠平衡條件。雖然微欠平衡會(huì)導(dǎo)致微量溢流，但卻能以微量的溢流來(lái)避免漏失帶來(lái)的井筒復(fù)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(yīng)對(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 套壓變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)

溢流關(guān)井后，由于氣體滑脫上升，將導(dǎo)致井筒壓力發(fā)生變化，而井筒壓力變化與井筒——儲(chǔ)層的連通情況有密切的關(guān)系。開(kāi)展裂縫性儲(chǔ)層溢流關(guān)井后套壓變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，有利于搞清楚裂縫性儲(chǔ)層溢流關(guān)井后井筒壓力變化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

1）裂縫性儲(chǔ)層溢流關(guān)井后，氣體滑脫上升導(dǎo)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(duì)于裂縫性儲(chǔ)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(gè)剛性的密閉空間，而是一個(gè)與裂縫性儲(chǔ)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(dǎo)致井筒壓力逐漸趨于動(dòng)態(tài)平衡。連通性特征是裂縫性儲(chǔ)層的特有現(xiàn)象。

圖3 套壓變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

3）對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，溢流后不宜長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井。在關(guān)井過(guò)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(lái)的潛在危機(jī)，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的井控安全問(wèn)題。

2 滲透性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系

2.1 滲透性儲(chǔ)層井筒物理模型

由于滲透性儲(chǔ)層滿足達(dá)西滲流條件，滲流阻力的存在導(dǎo)致井內(nèi)存在一個(gè)安全窗口。壓差小于安全窗口發(fā)生負(fù)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(chǔ)層井筒物理模型如圖4所示。

2.2 滲透性儲(chǔ)層井控原理

對(duì)于滲透性儲(chǔ)層，井筒與儲(chǔ)層相對(duì)獨(dú)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(guò)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(fù)和重建壓力平衡，確保井控安全。

圖4 滲透性儲(chǔ)層井筒物理模型圖

2.3 滲透性儲(chǔ)層井控技術(shù)

由滲透性儲(chǔ)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(duì)于保障滲透性儲(chǔ)層條件下的井控安全，效果是十分顯著的。滲透性儲(chǔ)層井控技術(shù)如圖5所示。

圖5 滲透性儲(chǔ)層井控技術(shù)示意圖

3 裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系

3.1 裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型

由于裂縫性儲(chǔ)層不滿足達(dá)西滲流條件，滲流阻力很小，導(dǎo)致井內(nèi)壓差沒(méi)有安全窗口，取而代之的是一個(gè)很小的重力置換窗口。壓差小于重力置換窗口發(fā)生負(fù)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(dòng)態(tài)交換狀態(tài)。裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型如圖6所示。

圖6 裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型圖

3.2 裂縫性儲(chǔ)層井控原理

對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層，應(yīng)當(dāng)充分考慮重力置換溢流和連通性特征對(duì)井控安全帶來(lái)的不利因素。在正壓漏失區(qū)間，采用微過(guò)平衡條件，以適量的漏失來(lái)保持井筒動(dòng)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(fù)和重建壓力平衡，確保井控安全。

3.3 裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)

由裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型和井控原理支撐下的裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)，對(duì)于保障裂縫性儲(chǔ)層條件下的井控安全，具有十分現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

圖7 裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)架構(gòu)示意圖

3.3.1 控壓鉆井技術(shù)［3－4］

1）對(duì)于硫化氫含量超標(biāo)的情況，采用微過(guò)平衡狀態(tài)，以適量的漏失來(lái)防止溢流的發(fā)生，有效防止硫化氫進(jìn)入井筒，保證鉆具和人員安全。

2）對(duì)于硫化氫含量不超標(biāo)的情況，采用微欠平衡狀態(tài)，以適量的溢流來(lái)防止漏失的發(fā)生，有效解決又噴又漏問(wèn)題，減少泥漿漏失，降低儲(chǔ)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(cè)技術(shù)，根據(jù)多通路實(shí)時(shí)溢流監(jiān)測(cè)結(jié)果，不但能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)微量溢流，確保微過(guò)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(shí)采取有效措施，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）采用安全起下鉆、電測(cè)技術(shù)，能在井漏失返條件下，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)空液面監(jiān)測(cè)結(jié)果，采取優(yōu)化吊灌措施，建立井筒壓力動(dòng)態(tài)平衡，為安全起下鉆、電測(cè)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(chǔ)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(guò)程控制在正壓漏失區(qū)間，通過(guò)溢流及受污染的鉆井液壓回儲(chǔ)層，有效的排除溢流，確保井筒清潔，在井筒壓力動(dòng)態(tài)平衡條件下，恢復(fù)和重建壓力平衡。規(guī)避節(jié)流壓井作業(yè)過(guò)程中溢流的重復(fù)發(fā)生，把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，大幅度提高壓井成功率。

4 裂縫性儲(chǔ)層溢流壓井實(shí)例

某井于2007年6月4日12：00鉆至井深6 694.00 m時(shí)發(fā)生溢流，外溢量0.02 m3，關(guān)井立壓4 MPa，套壓0 MPa。連續(xù)進(jìn)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(guān)井套壓越來(lái)越高，說(shuō)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(yán)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(guān)井套壓變化情況如圖8所示。

圖8 某井節(jié)流壓井作業(yè)關(guān)井套壓變化曲線圖

分析前3次節(jié)流壓井作業(yè)不成功的原因，主要是對(duì)裂縫性儲(chǔ)層的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不夠，沒(méi)有在裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系的指導(dǎo)下，有針對(duì)性的采用合理的壓井技術(shù)?；谏鲜龇治觯瑳Q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(chǔ)層，在井眼清潔的條件下重建井筒壓力的動(dòng)態(tài)平衡。壓回法壓井作業(yè)關(guān)井套壓變化情況如圖9所示。

圖9 某井壓回法壓井作業(yè)關(guān)井套壓變化曲線圖

1）用壓裂車環(huán)空擠注密度為1.22 g／cm3的鉆井液48 m3，密度1.20 g／cm3的鉆井液12 m3，套壓由42 MPa降至22 MPa。

2）用泥漿泵環(huán)空擠注密度1.20 g／cm3的鉆井液28 m3，套壓由22 MPa降至18 MPa。

3）用泥漿泵環(huán)空擠注密度1.22 g／cm3的鉆井液72 m3，套壓由19 MPa降至2 MPa。壓井作業(yè)取得成功。

5 結(jié)論

1）自主研制了裂縫性儲(chǔ)層溢流實(shí)驗(yàn)裝置，其中“活塞式井筒—地層裂縫連通實(shí)驗(yàn)裝置”已獲得國(guó)內(nèi)專利，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為開(kāi)展裂縫性儲(chǔ)層溢流機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到的重力置換溢流現(xiàn)象以及裂縫性儲(chǔ)層井筒連通性特征，是裂縫性儲(chǔ)層所特有的現(xiàn)象，充分說(shuō)明裂縫性儲(chǔ)層與滲透性儲(chǔ)層相比，溢流的發(fā)生條件、溢流和井漏的轉(zhuǎn)換關(guān)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(chǔ)層的傳統(tǒng)井控技術(shù)已不能有效確保裂縫性儲(chǔ)層井控安全。

3）針對(duì)裂縫性儲(chǔ)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(chǔ)層井控技術(shù)體系，建立了裂縫性儲(chǔ)層井筒物理模型、提出了裂縫性儲(chǔ)層井控原理，構(gòu)建了裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)，初步形成了適合裂縫性儲(chǔ)層特點(diǎn)的井控技術(shù)體系。

4）裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系不但能規(guī)避井下復(fù)雜情況，縮短鉆井周期，同時(shí)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(guò)多井次的實(shí)際應(yīng)用，積累了一些有益的經(jīng)驗(yàn)，基本形成了具有塔里木油田特色的應(yīng)用技術(shù)。目前裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系還在進(jìn)一步的探索和完善中。

［1］閻凱，李鋒.塔里木油田井控技術(shù)研究［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，18（4）：52－57.

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Well control technologies for fractured gas reservoirs

Liu Huixin1，Li Feng2
（1.State Key Laboratory of Oil ＆Gas Reservoir Geology and Exploitation∥Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.Tarim Oilfield Company，PetroChina，Kurle，Xinjiang 845001，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 6，pp.77－80，6／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In fractured reservoirs，the fractures therein produce a good communication between the wellbore and the reservoir，making the fluid incoming（kick）and fluid outflowing（loss）rather easy，and inducing well control problems of stress sensitivity，frequent kicks and lost circulations，and killing difficulties.The traditional well control technology based on the permeable formations can not ensure the well safety in the fractured reservoirs.In view of this，experimental studies of kick mechanism were first conduc－ted based on the characteristics of fractured reservoirs.In combination with the traditional well control technology，a physical model for the wellbore in fractured reservoirs was then set up，illustrating the well control principles for such a reservoir and developing the corresponding well control technology.This technology can not only avoid downhole problems，shorten the drilling cycle，but also improve the success ratio of well killing，reduce drilling fluid consumption and drilling cost.This special well control technology，different from the traditional one，is proved to be applicable for the fractured reservoirs，providing a feasible technical means for well control in carbonate reservoirs in the middle Tarim Basin，so－called Tazhong area.

fractured，reservoir，well control theory，well control technology，safety，Tarim basin，carbonate rock

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“塔里木盆地塔中碳酸鹽巖油氣勘探開(kāi)發(fā)示范工程”中“碳酸鹽巖礁灘型凝析氣藏高效勘探開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)”（編號(hào)：2008ZX05049－006）的研究?jī)?nèi)容之一。

劉繪新，1954年生，教授，碩士；從事石油工程教學(xué)與科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院。電話：（028）83033920。E－mail：liuhuixin＠swpu.edu.cn

劉繪新等.裂縫性儲(chǔ)層井控技術(shù)體系探討.天然氣工業(yè)，2011，31（6）：77－80.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.016

（修改回稿日期 2011－04－07 欄目編輯 居維清 特約編輯 楊 斌）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.016

Liu Huixin，professor，born in 1954，holds an M.Sc.degree，being mainly engaged in teaching and research of petroleum engineering.

Add：No.18，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

Tel：＋86－28－8303 3920 E－mail：liuhuixin＠swpu.edu.cn