壓井前井控難易程度的確定方法

摘 要

氣藏鉆井中溢流發(fā)生后需要及時采用壓井操作來控制，對新區(qū)塊探井或是復雜區(qū)塊開發(fā)井來講，所鉆遇地層的信息難以弄清，從而導致壓井操作工藝難以確定，風險很大。
摘要：氣藏鉆井中溢流發(fā)生后需要及時采用壓井操作來控制，對新區(qū)塊探井或是復雜區(qū)塊開發(fā)井來講，所鉆遇地層的信息難以弄清，從而導致壓井操作工藝難以確定，風險很大。在分析地層系數(shù)和井底壓差等因素對關井壓力恢復特征影響的基礎上，提出利用關井壓力恢復曲線在壓井前來判斷鉆井井控難易程度的方法。為此，建立了關井壓力恢復圖版，分析了儲層參數(shù)對井控難度的影響。研究表明，雖然滲透率無法控制，但有效厚度是可控的，在高滲條件下有效厚度的變化對井控難度影響極大，因此高滲情況下盡早發(fā)現(xiàn)溢流并實施井控就顯得尤為重要。
關鍵詞：氣藏；關井；壓力恢復；井控；鉆井；安全
氣藏鉆井中溢流的危害巨大[1～2]，溢流發(fā)生后井底氣體在滑脫上升過程中所攜帶壓力因得不到及時釋放，從而帶來井口壓力的升高，井口控制的難度和風險隨之增加，故需要及時采用壓井操作來控制[3～4]。對新區(qū)而言，所鉆遇地層信息難以搞清，導致壓井操作風險難以估計，因此有必要在壓井前就確定井控難易程度。而這方面的研究報道較少，筆者在分析關井壓力恢復特征與儲層參數(shù)變化關系的基礎上，提出利用關井壓力恢復曲線來評估井控難度的方法，為現(xiàn)場壓井操作提供了依據(jù)。
1 影響氣藏鉆井井控難易程度的因素
氣藏鉆井井控難易程度主要受到井底欠平衡程度、儲層滲透率和儲層有效厚度等儲層參數(shù)的影響[5～6]。井底欠平衡程度對壓井難易程度的影響是顯而易見的，欠平衡程度越高，則井控風險越大，難度越高。而地層系數(shù)對井控難易程度的影響則復雜得多，故引入氣藏滲流達西定律[7]：
 
式中：Q為氣井產(chǎn)量，m3/d；K為滲透率，10-3μm2；h為有效厚度，m；μ為地層氣體黏度，mPa·s；pe、pw分別為地層壓力、井底壓力，MPa；Re、rw分別為驅動半徑、井眼半徑，m。
由式(1)可推斷出井控難易程度受地層系數(shù)(Kh)的影響有兩點：①地層系數(shù)越大，溢流時地層流體流量越大，則關井前井底壓力降低越快，流體產(chǎn)出壓差越大，導致地層流體流量加大，形成惡性循環(huán)，當井筒中地層流體總量足夠大、流速足夠高時導致井噴的發(fā)生；②地層系數(shù)越大，地層流體侵入井筒潛在能力越大，既導致井控措施容易失敗，又使井控難度增大，風險增高。
因此在現(xiàn)場操作中，高地層系數(shù)情況比低地層系數(shù)情況時更加需要及早發(fā)現(xiàn)地層氣體侵入井筒，及早關井并實施壓井措施。
地層系數(shù)是滲透率和有效厚度的乘積，雖然有效厚度是可控的，但滲透率則被視為不可控的參數(shù)。由氣藏滲流達西定律知：高滲與低滲的情況相比，增加相同有效厚度時其地層氣體產(chǎn)出流量增加較多，帶來的井控難度和風險增加都較大。因此，對高滲儲層鉆井盡早發(fā)現(xiàn)溢流并實施井控尤為必要。
2 關井壓力恢復參數(shù)與儲層參數(shù)關系
2.1 地層系數(shù)對關井壓力恢復參數(shù)特征的影響
發(fā)現(xiàn)溢流關井后，地層氣體在地層壓力與井底壓力的壓差作用下會向井筒續(xù)流，續(xù)流作用的強弱取決于井底壓差和地層系數(shù)的大小。續(xù)流過程中地層氣體侵入體積公式可表示為：
 
式中：V為續(xù)流t時間地層氣體侵入總體積，m3；t為續(xù)流時間，min。
由式(2)得出，關井壓力恢復過程中關井井口壓力的升高值取決于進入井筒的地層流體體積與關井壓力恢復結束的時刻(即地層流體侵入最多的時刻)。在欠平衡壓差一定(即最大關井井口壓力一定)的前提下，地層流體侵入體積是相等的，所以地層系數(shù)與恢復時間成反比。可以由最大關井井口壓力值與恢復時間的比值為斜率來表征地層系數(shù)。在關井壓力恢復曲線上反映出來的特征是：最大關井壓力值點與恢復起始點連線的斜率越大，首次出現(xiàn)最大關井壓力值點的時刻出現(xiàn)越早，則地層系數(shù)越大。利用關井壓力恢復曲線可以判斷地層系數(shù)的大小，進而判斷井控的難易程度。
2.2 欠平衡程度對關井壓力恢復參數(shù)特征的影響
欠平衡程度(即井底壓差)的大小對關井壓力恢復參數(shù)特征的影響顯而易見，欠平衡程度越高，則關井壓力恢復完成時的最大關井壓力越大。因此，可利用關井壓力恢復曲線來評估欠平衡程度的大小。
3 基于關井壓力恢復判斷井控難易程度
3.1 關井壓力恢復圖版建立
“評價點”的壓力值代表井底欠平衡程度，亦代表最大關井井口壓力，因此需要用幾條壓力值線來區(qū)分壓力級別[8]。從起始恢復點到該評價點的連線的斜率表示關井壓力恢復的快慢，取決于地層氣體侵入井筒能力的大小，代表著地層系數(shù)的大小。因此需要用始于起始恢復點的幾條不同斜率的直線來區(qū)分地層系數(shù)級別。這樣，關井壓力恢復圖版應包括幾條壓力級別水平線和幾條地層系數(shù)級別斜線。圖1中關井壓力恢復圖版中的低中壓界限和中高壓界限為兩條水平線(壓力值分別為4MPa和10MPa)，用以界定關井壓力恢復評價點的幅值，低中地層系數(shù)界限和中高地層系數(shù)界限為兩條斜線(斜率分別為25°、50°)，用以界定關井壓力恢復的斜率，即關井壓力恢復的快慢。
圖1中各區(qū)所反映出的欠平衡程度、地層系數(shù)大小和井控難度如下描述：①A區(qū)，低壓差、低地層系數(shù)，井控安全；②B區(qū)，中壓差、低地層系數(shù)，井控安全；③C區(qū)，高壓差、低地層系數(shù)，井控有一定風險；④D區(qū)，低壓差、中地層系數(shù)，井控安全；⑤E區(qū)，中壓差、中地層系數(shù)，井控有一定風險；⑥F區(qū)，高壓差、中地層系數(shù)，井控風險較大，難度較大；⑦G區(qū)，低壓差、高地層系數(shù)，井控有一定難度；⑧H區(qū)，中壓差、高地層系數(shù)，井控風險很大，難度較大；⑨I區(qū)，高壓差、高地層系數(shù)，井控風險和難度都非常大。
 

針對不同地區(qū)，若井控技術水平或經(jīng)濟指標不同，則圖版中的低中壓、中高壓、低中地層系數(shù)和中高地層系數(shù)界限等4條界限應相應調整。
3.2 利用關井壓力恢復曲線評估井控難易
關井壓力恢復曲線的特征受到欠平衡程度和儲層參數(shù)的影響。欠平衡程度除受地層壓力梯度、鉆井液壓力梯度影響外，還受到地層鉆遇深度的影響。儲層參數(shù)中有效厚度指的是所鉆穿的有效厚度，因此它受到鉆速和該儲層鉆遇時間的共同影響。針對這些影響因素，取3次鉆井實例中的3組參數(shù)，如表1所示。測得3種情況下的關井壓力恢復過程中壓力隨時間的變化曲線，將其顯示在關井壓力恢復圖板上，如圖2所示。
 

表1 關井壓力恢復測試基本數(shù)據(jù)與結果表
序號
井深(m)
滲透率(10-3μm2)
地層壓力梯度(MPa/100m)
鉆井液密度(g/cm3)
鉆速(m/h)
鉆遇時間(h)
井控難度
1
4100
800
1.35
1.08
2
0.89
大
2
3300
120
1.25
1.04
2.5
0.76
中
3
2500
40
1.27
1.15
2
0.53
小
從圖2可看出，評價點的壓力值反映了欠平衡壓力程度，即地層壓力梯度與鉆井液壓力梯度的差值同井深的乘積的大小。評價點處的斜率(即最大關井井口壓力與恢復時間的比值)反映了關井壓力恢復的快慢，即滲透率與有效鉆遇厚度的乘積的大小。由于評價點A、B、C分別落在評估圖版的I、E和A區(qū)，因此鉆井井控難度分別為：井控風險和難度都非常大、井控有一定風險、井控安全。
3.3 儲層參數(shù)對井控難度影響
關井壓力恢復快慢直接影響井控難度，然而在實際鉆井過程中，針對滲透率和有效鉆遇厚度對井控難度的影響需要注意兩點。第一，鉆遇高滲層還是低滲層是不可預料的，在同一個儲層鉆進過程中垂向上滲透率差別很小，因此，一旦井涌，滲透率所影響的井控難度是不可控制的。第二，在某一儲層鉆進的過程中，即鉆穿長度增加的過程中，儲層有效厚度在增大，因此，儲層有效鉆遇厚度是可控的。
本方法以評價點與起始點間連線的斜率(pHmax/t)即最大關井井口壓力與恢復時間的比值來表征關井壓力恢復的快慢。那么分析滲透率和有效厚度變化下斜率的表現(xiàn)即可判斷不同滲透率或有效厚度情況下井控難度。
在其他參數(shù)相同的前提下，即井深為3500m、地層壓力梯度為1.3MPa/100m、鉆井液密度為1.05g/cm3的條件下，取具代表性的一組滲透率10×10-3、100×10-3、2000×10-3μm2和一組有效鉆遇厚度1、2、4m和8m，其計算得到的曲線見圖3。
 

由圖3可看出，在同一有效厚度情況下，滲透率增大帶來連線斜率的急劇增大，即井控難度的急劇增大。每條曲線的抬高都表示有效厚度越大則井控難度增大，說明了及早發(fā)現(xiàn)溢流從而及早停止鉆進對井控難度的控制作用。從3條曲線的對比可看出，滲透率越大，則井控難度隨有效厚度增大而加速增加。因此，對高滲儲層必要盡早發(fā)現(xiàn)溢流，盡早關井實施井控措施。
4 結論
1) 利用關井壓力恢復曲線可以判斷氣藏鉆井井控難易程度，最大關井井口壓力值越大，關井壓力恢復越快，則井控難度越大，提出關井壓力恢復圖版法來判斷氣藏鉆井井控難易程度。
2) 建立了關井壓力恢復圖版，利用本圖版能夠判斷出地層系數(shù)和欠平衡程度的大小，關井壓力恢復評價點在圖版中位置越靠上則欠平衡程度越大，評價點與起始點連線斜率越大則地層系數(shù)越大，都帶來井控難度的增加。
3) 根據(jù)關井壓力恢復圖版，分析不同儲層參數(shù)對井控難易程度的影響。滲透率所影響的井控難度是不可控制的，有效厚度的影響是可控的。溢流發(fā)現(xiàn)越早，停鉆關井就越早。在高滲條件下井控難度隨鉆進過程增長的較快，因此更有必要及早發(fā)現(xiàn)溢流，實施井控。
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(本文作者：許寒冰 李相方 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室)