降低儲(chǔ)層傷害的欠平衡鉆井壓差優(yōu)化設(shè)計(jì)

編譯:賈麗 田玉棟 (大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院)

耿嬌嬌 (中國石油大學(xué) (北京)石油工程學(xué)院)

審校:張顯軍 (大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院)

降低儲(chǔ)層傷害的欠平衡鉆井壓差優(yōu)化設(shè)計(jì)

編譯:賈麗 田玉棟 (大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院)

耿嬌嬌 (中國石油大學(xué) (北京)石油工程學(xué)院)

審校:張顯軍 (大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院)

欠平衡鉆井 (UBD)作為一種降低儲(chǔ)層傷害的方法在油田中得到廣泛應(yīng)用。在鉆達(dá)目的層時(shí),當(dāng)井筒壓力小于地層孔隙壓力,即井筒壓力與地層孔隙壓力之間存在一個(gè)壓差,這樣就能降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害。通常認(rèn)為井底壓差越大,儲(chǔ)層受到的傷害越小,因此井的產(chǎn)量也越高。但較大的井底壓差可能引起鉆井操作過程中的其他問題,例如井筒崩塌引起的井筒損壞、過多的地層流體流入井筒而需要地面處理。在考慮地質(zhì)條件的情況下,找到和使用一個(gè)優(yōu)化合理的壓差,通過合理的井筒壓力平衡井眼周圍地層的損害是目前迫切需要的。

欠平衡鉆井 降低儲(chǔ)層傷害井底壓差 優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

欠平衡鉆井中的壓差減少了流體向油藏內(nèi)的濾失。通常認(rèn)為壓差越大,儲(chǔ)層傷害越小,因此井的產(chǎn)量也越高。但是,壓差也能引起井底復(fù)雜情況的發(fā)生,例如井筒崩塌和地層流體的過多流入。因此迫切需要找到和使用一個(gè)優(yōu)化壓差的方法,以實(shí)現(xiàn)降低地層損壞和減少鉆井問題的平衡。

欠平衡鉆井通常選用密度較小的鉆井液,如油基、泡沫和充氣鉆井液。要求的欠平衡鉆井的壓差決定了選取何種鉆井液。壓差設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下方面:

◇壓差應(yīng)足夠低以保證鉆井過程中整個(gè)裸眼井段不會(huì)崩塌;

◇壓差應(yīng)足夠低以保證分離器和儲(chǔ)存設(shè)備滿足地層流體流入的速率和總的流體體積;

◇壓差應(yīng)足夠高以計(jì)算對(duì)流體侵入儲(chǔ)層引起的地層損壞有影響的毛管壓力值。

目前還沒有研究優(yōu)選欠平衡鉆井中壓差的相關(guān)文獻(xiàn),本文填補(bǔ)了這方面的空白。

2 臨界壓差

在水潤濕相油藏中,砂巖的毛管壓力總能引起鉆井液中的水滲入地層。水的滲入使油藏中水的飽和度增加,降低了儲(chǔ)層的有效滲透率,這就是所謂濾失導(dǎo)致地層傷害。圖1顯示了典型砂巖的毛管力吸入曲線。最初水的飽和度為A點(diǎn),即巖層被鉆開時(shí)的值,此時(shí)的毛管壓力最高,容易引起水的快速侵入。但隨著水的飽和度不斷升高,毛管壓力迅速下降 (B點(diǎn))。B點(diǎn)水的侵入不會(huì)對(duì)油相有效滲透率造成影響,因?yàn)樗徽紦?jù)巖石中較小的孔隙空間。隨著水繼續(xù)的侵入,水已占滿整個(gè)小的孔隙空間,并開始占據(jù)較大的孔隙空間 (C點(diǎn))。C點(diǎn)可看作是臨界點(diǎn),因?yàn)榇它c(diǎn)之后由水的侵入所引起的儲(chǔ)層傷害顯著增加。C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的毛管壓力稱之為臨界毛管壓力。UBD壓差應(yīng)能夠平衡此臨界毛管壓力,以阻止進(jìn)一步水侵。若UBD壓差小于臨界毛管壓力,水侵就會(huì)進(jìn)一步發(fā)生從而增大地層的損害 (D點(diǎn)和 E點(diǎn))。

圖1 在充氣鹽水系統(tǒng)中砂巖毛管力特征曲線

臨界毛管壓力的存在可以用毛管比容來證明。圖2顯示了 (Snw/Pc2)和Sw的關(guān)系圖。Snw和Sw分別是非潤濕相和潤濕相的飽和度。Pc是吸入毛管壓力。(Snw/Pc2)的最大值被 Guo定義為毛管比容。毛管比容的意義是非潤濕相失去其統(tǒng)治地位的臨界點(diǎn)。作者觀察到:

(1)孔隙介質(zhì)的毛管力與 Hg-air毛管比容成正比,比例因子是0.054。

(2)滲透率與充氣鹽水的毛管比容成比例,比值為0.000 07。

觀察結(jié)果顯示:毛管比容是反映主要流體在多孔介質(zhì)中的孔隙尺寸分布的一個(gè)參數(shù)。因此本文用臨界點(diǎn)C來定義毛管比容。

圖2 在充氣鹽水系統(tǒng)中砂巖與Sw的關(guān)系曲線

由于毛管壓力曲線的性質(zhì),UBD壓差不可能足夠高以完全平衡最初飽和水的毛管壓力,尤其是低滲透油藏——最初飽和水下毛管壓力很高。幸運(yùn)的是并不需要這樣高的UBD壓差,因?yàn)樵谟猩倭康乃秩氩?duì)地層損壞無影響時(shí),毛管壓力下降很快。UBD壓差只需平衡毛管比容中定義的臨界毛管壓力即可。使用臨界壓差平衡臨界毛管壓力可以使儲(chǔ)層傷害降至最低。

3 UBD壓差的選擇

下面是選擇UBD壓差 (ΔP)的步驟:

步驟1:根據(jù)毛管壓力數(shù)據(jù)計(jì)算 (Snw/Pc2)和Sw的關(guān)系,從而確定毛管比容;

步驟2:根據(jù)毛管比容確定毛管壓力值,毛管比容看作是臨界毛管壓力CCP;

步驟3:選擇鉆井液流體,使用水力模型估算最大預(yù)期的壓力波動(dòng)ΔPs值;

步驟4:ΔP=CCP+ΔPs;

步驟5:使用ΔP進(jìn)行井筒穩(wěn)定性分析;

步驟6:使用ΔP進(jìn)行流入速率和體積分析;

如果ΔP在步驟5或6中不適合,應(yīng)降低ΔP值,直到步驟5和6滿足為止。

4 應(yīng)用

用水平井鉆開河床下面的淺部砂巖油藏。這個(gè)油藏的目的層位于685～715 ft(1 ft=30.48 cm)。油藏壓力為250 psia(1 psi=6.895 kPa)。

圖3描述了該井的井身結(jié)構(gòu)。其他數(shù)據(jù)見表1。毛管壓力曲線如圖1。

步驟1:圖2顯示CP=(Snw/Pc2)max=2 300 Atm-2時(shí)鹽水飽和體積為總體積的1.2%(Sw=0.15 PV);

圖3 充氣鉆水平井井身結(jié)構(gòu)

表1 水平井的基本數(shù)據(jù)

步驟2:根據(jù) Sw=0.15,從圖1知CCP=65 psia;

步驟3:使用 Guo講述的分析模擬器得出鉆進(jìn)和停止循環(huán)階段井底壓力分別為230 psia和175 psia,當(dāng)阻流壓力為50 psia時(shí),泥漿泵入率為175～350 gpm(1 gpm=3.785 L/min),氮?dú)庾⑷肼蕿?00-700 scfm。因此最大預(yù)期的壓力波動(dòng)為:ΔPs=230～175=55 psi。

步驟4:ΔP=65+55=120 psi;

步驟5:當(dāng)ΔP=120 psi時(shí),最小的井筒壓力為250-120=130 psia。井筒穩(wěn)定分析顯示,井底壓力為130 psia時(shí),裸眼井段不會(huì)坍塌;

步驟6:使用130 psia的井底壓力進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,結(jié)果顯示地層流體流入率和總的流入體積可以被現(xiàn)有的分離器和儲(chǔ)存罐所承受。

在油田實(shí)施了UBD技術(shù)。圖4顯示了鉆井液注入泵壓情況;圖5記錄了過程中的壓力變化情況,可以發(fā)現(xiàn)UBD中壓差在0～60 psi之間。

圖4 欠平衡作業(yè)過程中泵壓情況

圖5 欠平衡作業(yè)中壓力變化情況

5 結(jié)論

(1)存在一個(gè)UBD臨界壓差,在其以上,水侵入對(duì)儲(chǔ)層的傷害很小,這個(gè)壓差的數(shù)值可以根據(jù)毛管壓力曲線來估算。

(2)UBD臨界壓差可以看作是下限,上限是分析井筒坍塌、地層流體流入率和總的流入體積而得。

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.2.011