高 婭 夏宏南 夏 維 賀 超
(中國石油天然氣集團公司鉆井工程防漏堵漏技術(shù)重點實驗室,長江大學石油工程學院,湖北 武漢 430100)
井漏是鉆井中很常見的鉆井液流進地層的井下復雜情況。導致井漏的原因,大致可以分為兩個方面,即主觀鉆井工程因素和客觀地質(zhì)因素[1]。根據(jù)現(xiàn)場資料統(tǒng)計分析,大部分井漏事故的發(fā)生是因鉆遇地層中的天然孔隙、裂縫或溶洞[2](見圖1、2、3)。在鉆井作業(yè)中,操作不當、所選鉆井液不合理,破壞了井下壓力平衡,也會引起井漏。
鉆井過程中發(fā)生井漏一直是工程施工過程遇到的難題,井漏會直接導致鉆井液損失,降低鉆井速度,增加非生產(chǎn)時間和生產(chǎn)成本[3](見表1),而處理井漏的關(guān)鍵在于正確確定漏層的位置。若遇到尋找漏層位置時間過長或失敗,可能堵漏失敗,還會造成井壁失穩(wěn)、地層流體“反吐”現(xiàn)象,增加了鉆井作業(yè)難度、井控風險和額外的鉆井成本。
圖1 天然空隙
圖2 裂縫
圖3 溶洞
表1 某年部分油田井漏情況
快速、正確判斷漏層的位置,是當前各大油田面臨的重要問題。當井漏發(fā)生時,必須對漏層性質(zhì)進行綜合分析,才能對堵漏材料做出選擇,決定堵漏材料的粒徑和加量,確定相應的處理方法,從而確保快速,高效,經(jīng)濟地完成堵漏作業(yè)[4]。
目前,針對井漏漏層位置的確定,國內(nèi)外確定井漏層位的方法大致可分為四類:①直接觀察分析法②綜合分析法③水動力學測試法④儀器測試法。
直接觀察分析法主要是通過觀察鉆進情況、觀測鉆屑、巖心和觀測泥漿變化,憑經(jīng)驗來估算井漏層位。
2.1.1 觀察鉆進情況
憑經(jīng)驗觀察鉆進時反應,可以準確判斷天然裂縫、孔隙或洞穴地層一類漏層的位置。若之前鉆井過程中沒有出現(xiàn)過井漏,鉆井液突然快速漏失,并伴有扭矩增大和蹩跳鉆現(xiàn)象,則往往表明鉆開了天然裂縫巖層段,且漏層在井底。當鉆開孔隙、暗道或洞穴地層時,鉆井情況可能會出現(xiàn)鉆進放空、加不上鉆壓。在遇到上述現(xiàn)象的同時發(fā)生井漏,不管之前是否發(fā)生過井漏,漏層也很可能在井底。
2.1.2 觀察鉆屑、巖心情況
鉆井漏失通常發(fā)生在含水層中,特別是裂縫、洞穴的地層,因此要特別注意巖心的觀察。但大多數(shù)鉆井作業(yè)采用無巖心鉆進,所以對巖屑錄井非常重視。現(xiàn)場通過分析研究巖屑,如根據(jù)巖屑粒度組成評價漏失通道的張開量;在雙目鏡下挑出所有裂隙和洞穴充填物,用面積法估計裂隙所占比例,得出裂隙和洞穴發(fā)育系數(shù)和張開系數(shù),對漏層做出正確判斷,為治漏提供資料。
2.1.3 觀察泥漿變化
在現(xiàn)場,鉆井液性能主要指顏色、密度、粘度、含沙量、氯離子含量等,其變化往往能反映井底巖石的性質(zhì),如在砂礫石含水層中鉆井時,鉆井液含砂量會增加。因此,經(jīng)常注意對鉆井液性能變化的觀測,能及時采取防漏措施。
2.2.1 基本原理
近年來,一次性打開多層段的井較頻繁,對于一些多段開采的井來說,若存在漏失現(xiàn)象,現(xiàn)場很難確定漏失層位,給堵漏施工帶來了較大困難。鑒于目前國內(nèi)外分析確定井漏層位方法的局限性,結(jié)合油田實際井漏情況,提出了一種判斷井漏層位的新方法—綜合分析法。該方法從壓差角度分析出發(fā),針對地層原始膠結(jié)壓實程度與漏失通道特點,建立相應的井下漏失臨界壓力判定準則,綜合利用測井、鉆井、地質(zhì)等資料,在地層壓力、井眼壓力以及地層破裂壓力等關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)上,進一步確定井漏層位以及漏失發(fā)生的可能性。根據(jù)地層特點,漏失臨界壓力可進行簡化處理,其主要取決于地層壓力或地層破裂壓力。在實際應用中,井眼壓力常常考慮為鉆井液靜液柱壓力、環(huán)空壓耗和作業(yè)產(chǎn)生的波動壓力三者之和[4][5]。
2.2.2 現(xiàn)場應用
基于綜合分析法基本原理,開發(fā)出了相對應的軟件系統(tǒng),包括測井數(shù)據(jù)管理、測井數(shù)據(jù)預處理、地層參數(shù)的確定、漏失層位的確定、成果輸出和幫助六大模塊。以遼河冷東地區(qū)為例[4][6]。其地層剖面主要是砂泥交互層,采用單孔隙泥質(zhì)砂巖模型,綜合分析漏層位置。
圖4為該地區(qū)某井處理成果圖,最右邊顯示可能井漏(紅色標示),其中FMP為地層壓力,BP為井眼壓力。
圖4 某井的漏層位置綜合分析法處理成果圖
實際中,該井在鉆至井深1010m時,發(fā)生井漏,排量為32L/s,進行常規(guī)堵漏;1010m以后,鉆進中實施隨鉆堵漏,證明綜合分析法分析結(jié)果與實際漏失位置相吻合。
水動力學測試法包括正反循環(huán)測試法、立壓變化測試法、井口泥漿動態(tài)監(jiān)測法等。在立壓變化測試法的基礎(chǔ)上,提出了一種新的確定井漏層位的方法—注輕泥漿法,使確定井漏層位的方法更準確、簡單。就現(xiàn)在發(fā)展現(xiàn)狀而言,水動力學測試法主要是根據(jù)泥漿和立壓變化來確定漏層位置。此法相對較簡單,但計算精度較差,并且受井筒和鉆具工作條件限制較多,常常引起因漏層檢測不準導致堵漏失敗。
利用儀器探測井漏層位,早在50年代國外已開始應用于現(xiàn)場,我國在這方面起步較晚。80年代末期,各種儀器測試法已經(jīng)能基本適應現(xiàn)場需要[4][7]。目前,石油鉆井行業(yè)采用檢測漏層位置的儀器很多,主要分為兩類:①物探測試儀,通過溫度測井、電法測井、放射性示蹤劑等來確定漏層位置②專用儀器測定法,將一種專門的探測工具下入井內(nèi),探測漏層位置。如轉(zhuǎn)子流量計、壓力測量儀等。雖然此法相對較直接,但施工過程非常繁瑣和復雜,施工時間較長,并且受井下檢測儀器的性能限制較多。
井漏一直是石油行業(yè)需要克服的難題。隨著油田的發(fā)展,對處理井漏的要求會越來越高,對儀器的要求也會越來越高。從以前只能通過單一指標如壓力、溫度等確定漏層位置,發(fā)展到能夠多種指標檢測,即多功能檢測是未來發(fā)展主方向。另一方面,對儀器設備的組成和材料要求的提高也是將來發(fā)展的一大方向。現(xiàn)在國內(nèi)外確定漏層位置的大多儀器都是采用電纜式,為井下儀器提供能量,電纜線量很大,檢測費用不低,尤其是深井和超深井。若是遠離基地的沙漠地帶、海洋,其檢測費用更昂貴。因此,無電纜式井下測量儀可能是一大趨勢。
(1)確定漏層位置的方法很多,但受到某些條件的限制真正能用于現(xiàn)場的很少,利用率低。
(2)隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展,對于漏層位置的確定,需要儀器一次測量的數(shù)據(jù)趨于多樣化。
(3)目前,漏層位置測量的儀器井下和地面兩部分之間多為電纜連接,隨著油田的技術(shù)需要,無電纜式探漏儀器是未來發(fā)展方向。
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[1]馬光長.井漏綜合分類及其堵漏方法的選擇[J].鉆采工藝,1993.
[2]劉偉,雷萬能.井漏的成因及處理[J].中國西部科技,2008.
[3]幸弋曜.關(guān)于漏失井的一些認識和探討[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011.
[4]徐同臺,劉玉杰,申威等.防漏堵漏技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社.
[5]陳鋼花等.井漏層位確定方法探討[J].鉆井液與完井液,2009.
[6]陳鋼花等.確定井漏層位的改進方法及其應用[J].石油地質(zhì)與工程,2007.
[7]孫傳友,王莉.漏層位置的儀器測定法[J].石油儀器,1999.