李東旭

（大慶鉆探工程公司鉆井研究院, 黑龍江大慶 163412）

1 淺層危害體的成因

淺層危害體是指老油田經(jīng)二次開(kāi)發(fā)的密井網(wǎng)中, 因高壓流體浸入, 在儲(chǔ)層頂端以上淺層形成具有威脅鉆井安全的異常地質(zhì)體。單一淺層危害體平面分布范圍比較小, 縱向上主要集中在N4段、N3段的砂巖及N2段底部泥巖。根據(jù)不同時(shí)期不同區(qū)塊鉆井情況證實(shí), 在油田開(kāi)發(fā)期間不斷有新的淺層危害體形成, 淺層危害體一旦形成以后, 可長(zhǎng)期存在。

危害體主要是由于老井套管損壞后, 注入水浸入淺部地層形成。驗(yàn)證注水井是否套損, 需要井下作業(yè), 起下管柱檢驗(yàn), 導(dǎo)致部分套損井未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)注水, 這是淺層危害體形成的根本原因。但并不是所有套損井, 發(fā)生套管刺漏、錯(cuò)斷后都能形成淺層危害體, 這也給淺層危害體的預(yù)測(cè)增加很大難度。

2 淺層危害體的分類及特征

注水井套損后未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)注水是形成淺層危害體的主要原因。危害體其形成前提具有高壓的壓力源, 按照淺層危害體高壓流體聚集空間可分為獨(dú)立砂體危害體、泥頁(yè)巖水平層理危害體和斷層遮擋危害體。

2.1 獨(dú)立砂體危害體

淺層上部砂體, 砂體內(nèi)處于原始地層壓力, 壓力大小與盆地沉積壓實(shí)作用有關(guān)。當(dāng)對(duì)應(yīng)砂體的注水井套管發(fā)生損壞后, 注入流體直接進(jìn)入砂體, 逐步儲(chǔ)存, 壓力逐漸升高且擴(kuò)散, 導(dǎo)致淺層砂體形成異常高壓。砂體內(nèi)的孔隙壓力與砂體分布規(guī)模、注水時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。在滲流力學(xué)中, 油氣在多孔介質(zhì)中一般被認(rèn)為是連續(xù)流體, 并且其多孔介質(zhì)為連續(xù)多孔介質(zhì)。滲流本來(lái)是真實(shí)流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng), 由于多孔介質(zhì)內(nèi)部孔隙空間幾何形狀的復(fù)雜性以及流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的復(fù)雜性, 因此人們常將一個(gè)任何性質(zhì)都可以用連續(xù)方程來(lái)定義的連續(xù)介質(zhì)系統(tǒng)來(lái)代表真實(shí)的多孔介質(zhì)系統(tǒng)。

由于該類砂體無(wú)泄壓點(diǎn), 其壓力分布規(guī)律符合平面徑向滲流理論（圖1）, 其壓力計(jì)算公式為：

圖1 平面徑向流滲流示意

式中：P——距注水井r處的壓力；

Pe——原始地層壓力；

Pw——套損層位壓力源處壓力；

Re——邊緣半徑；

Rw——井眼半徑。

2.2 泥頁(yè)巖水平層理危害體

泥頁(yè)巖水平層理, 在松遼盆地北部嫩二段底部普遍發(fā)育, 平均厚度5～8m。當(dāng)注入壓力超過(guò)上覆地層壓力時(shí), 流體沿層理浸入, 形成高壓危害體。該類危害體的壓力源有的是在該層位的套損井的流體直接進(jìn)入地層, 有的是在油層段發(fā)生套損后, 流體沿井筒上竄后進(jìn)入地層, 也有的是非套損井在正常注水后沿一、二界面上竄進(jìn)入地層。只有當(dāng)注入壓力大于地層破裂壓力時(shí), 才能形成異常高壓體。其初始?jí)毫f計(jì)算方法為：

式中：Pf——形成危害體初始?jí)毫Γ?/p>

Pp——地層壓力；

μ——巖石波松比；

K——構(gòu)造系數(shù)；

S——上覆地層壓力；

St——巖石抗張強(qiáng)度。

2.3 斷層遮擋危害體

在DQ油田, 斷層被認(rèn)為是不滲透邊界, 注入水受到斷層遮擋形成高壓危害體, 特點(diǎn)是在斷層附近易形成高壓憋壓區(qū), 邊界在斷層處。斷層遮擋危害體也稱之為斷層遮擋高壓區(qū), 平面上, 一般位于注水井排與斷層交叉的銳角區(qū)域, 存在多條斷層時(shí), 高壓區(qū)形成于兩斷層之間或交叉部位?？v向上, 危害體與注水層位同層, 有時(shí)會(huì)上下擴(kuò)展到相鄰層位(圖2)。

圖2 斷層遮擋危害體示意圖

3 淺層危害體的鉆井對(duì)策

3.1 井筒階梯壓穩(wěn)技術(shù)

針對(duì)淺層套損高壓層位和壓力系數(shù)差異, 在不同的井深應(yīng)用不同密度的鉆井液, 平衡地層壓力, 保持井壁穩(wěn)定。如某淺氣區(qū)一開(kāi)密度1.25～1.30g/cm3, 淺層套損高壓區(qū)(100～110m)一開(kāi)鉆井液密度提高至1.50～1.55g/cm3；在N4段套損高壓區(qū)應(yīng)用密度1.55～1.75g/cm3的近平衡密度設(shè)計(jì), 在N2段泥巖浸水高壓區(qū)提前100m加重, 密度1.70～1.75g/cm3近平衡密度設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)方法避免了過(guò)早采用高密度的負(fù)面影響。

3.2 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)技術(shù)

根據(jù)單井地質(zhì)情況, 調(diào)整井身結(jié)構(gòu), 適當(dāng)增加表層下深和下入技術(shù)套管。根據(jù)某井發(fā)生井噴的深度, 利用電測(cè)資料對(duì)比, 確定層位對(duì)應(yīng)N4段頂部砂巖層深度在100～120m之間, 增加表層下深到130m, 封堵高壓層, 控制了淺層套損高壓層出水問(wèn)題, 二開(kāi)鉆井液密度設(shè)計(jì)為1.30～1.35g/cm3, 避免了水侵復(fù)雜情況的發(fā)生。

Z71-P01井鉆至井深221.0m, 鉆井液密度1.80/cm3, 粘度50s, 泵壓15MPa, 發(fā)生井漏, 漏失鉆井液80m3。起鉆換牙輪鉆頭, 下鉆劃眼下7-5/8″技術(shù)套管247m, 恢復(fù)鉆進(jìn)并順利完井。

3.3 危害體繞障技術(shù)

在清楚地掌握浸水高壓區(qū)范圍的情況下, 若高密度鉆井液不能保證井壁的穩(wěn)定, 可采用安全區(qū)域定向鉆井技術(shù), 即原井位移動(dòng)一定距離, 采用繞障技術(shù), 避開(kāi)淺層復(fù)雜層位, 應(yīng)用定向技術(shù)鉆達(dá)預(yù)定目的層, 完成鉆井施工（圖3）。

G429井776m水侵封井報(bào)廢后, 井口位置東移120m, 改為鉆定向井鉆井成功。截止目前, 已有300余口加密調(diào)整井采取危害體繞障技術(shù)成功完成復(fù)雜區(qū)鉆井施工。

4 結(jié)論

（1）危害體的形成與長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)和套管損壞有密切關(guān)系, 根據(jù)成因可以對(duì)危害體的壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（2）采用階梯壓穩(wěn)技術(shù)、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)和危害體繞障技術(shù), 可以有效解決淺層高壓?jiǎn)栴}。

（3）套管連接螺紋密封, 固井施工水泥漿返到地面, 防止井筒漏封。

圖3 避開(kāi)危害體示意圖