裂縫性儲層壓力控制技術(shù)研討

謝建安，劉 偉，徐小龍，趙 林，葉承慶

1.中國石油新疆油田分公司勘探事業(yè)部 （新疆 克拉瑪依 834000）2.中國石油西部鉆探工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院 （新疆 克拉瑪依 834000）

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，常規(guī)孔隙性儲層日趨減少，開發(fā)難度逐漸增大。石油與天然氣勘探方向逐漸由淺部轉(zhuǎn)向深部、由常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)向特殊油氣藏。作為油氣儲集的重要場所，裂縫性儲層的開發(fā)一直是重點(diǎn)。相對于常規(guī)滲透性儲層，裂縫性儲層在地質(zhì)特點(diǎn)、壓力敏感性等方面均有較大不同，研究并探索出一套裂縫性儲層壓力控制技術(shù)尤顯重要。

地層裂縫指由于地質(zhì)構(gòu)造變動或物理成巖作用形成的，在巖層中出現(xiàn)的宏觀面狀不連續(xù)體。裂縫可為油氣轉(zhuǎn)移提供良好通道，對儲集層滲透率影響很大，使部分原先不具備孔隙的地層變?yōu)橛蜌饩奂瘓鏊共糠值蜐B透性儲層重現(xiàn)開采價值。裂縫不僅能影響油氣的富集程度，亦能決定產(chǎn)層的油氣產(chǎn)出。

裂縫性儲層是指以裂縫為主要存儲空間，部分裂縫亦可連通油氣層中分散、孤立的孔隙。裂縫性儲層最常見的特征是孔隙度低，滲透率高，非均質(zhì)性強(qiáng)，投產(chǎn)難度大。裂縫性儲層孔隙度一般不超過1%，若裂縫系統(tǒng)遇到過大規(guī)模溶蝕作用，孔隙度可大于2%。裂縫的空間容量普遍較高，1%的裂縫容納的油氣可采量相當(dāng)于5%～8%的巖層孔隙中所聚集的油氣量[2]

裂縫性儲層是由裂縫和基質(zhì)孔隙共同構(gòu)成，故存在2種滲透系統(tǒng)，即裂縫滲流系統(tǒng)和巖石滲透系統(tǒng)共存。總滲透率與總孔隙度之間不存在正比關(guān)系，一般狀態(tài)下，裂縫的孔隙度較小，但它的滲透率卻很高，裂縫滲透率可高于巖層孔隙滲透率上千倍[3]。

塔里木油田的裂縫性儲層分布較為廣泛，主要體現(xiàn)在迪那、克拉山前、輪古、塔中、順南等區(qū)塊的海相碳酸鹽巖地層。普遍具備“三高一窄”的特點(diǎn)，即壓力高、產(chǎn)量高、含硫高、泥漿密度安全窗口狹窄，屬于典型的壓力敏感性儲層。實(shí)鉆作業(yè)中溢流和井漏現(xiàn)象常常同時出現(xiàn)。如采用常規(guī)鉆井方式，則會出現(xiàn)井控風(fēng)險大、復(fù)雜時效長、泥漿漏失多、儲層傷害嚴(yán)重等問題[1]。青海油田英西區(qū)塊儲層為下干柴溝組，儲集空間發(fā)育裂縫和基質(zhì)孔隙兩類儲層，屬于高壓裂縫油氣藏，斷層發(fā)育，沿裂縫溶蝕明顯，極易導(dǎo)致裂縫地層漏失，造成漏涌同存的復(fù)雜情況。此外，油氣藏是被斷層復(fù)雜化后的斷塊油藏，一口井就有一個單獨(dú)的壓力系統(tǒng)現(xiàn)象較為普遍，井控風(fēng)險大。

青海英西獅41-6-1井儲層裂縫發(fā)育，該井自3 800m開始鉆進(jìn)，初始密度為1.66g/cm3，PDC鉆頭加螺桿復(fù)合鉆至3 847.32m時，鉆速加快，全烴升高，開始逐步提高鉆井液密度。后續(xù)鉆進(jìn)中，鉆井液出現(xiàn)少量漏失，且全烴值始終處于60%以上，返出鉆井液可見針孔狀氣泡，點(diǎn)火可燃。當(dāng)鉆進(jìn)至3 910m時，鉆井液密度已提至2.36g/cm3。青海英西獅3-2井儲層段應(yīng)用密度1.92g/cm3的鉆井液鉆至 2 818m時，同樣出現(xiàn)全烴值升高現(xiàn)象，在鉆井液密度提高過程中又出現(xiàn)鉆井液漏失。當(dāng)鉆進(jìn)至2 827m時，鉆井液密度已提高至2.20g/cm3。上述兩井在鉆進(jìn)過程中均遇良好油氣顯示，但投產(chǎn)效果較差。實(shí)例說明裂縫性儲層在鉆遇油氣顯示后，持續(xù)提高鉆井液密度并不能完全抑制天然氣入侵，而且還會增加地層污染程度。

1　裂縫性儲層常規(guī)壓力控制技術(shù)利弊探討

1.1　循環(huán)排除法壓力控制技術(shù)利弊

常規(guī)孔隙性地層鉆探中，通過鉆具內(nèi)孔及環(huán)空流道，利用節(jié)流管匯進(jìn)行節(jié)流帶壓循環(huán)，并視情況調(diào)整鉆井液密度，可將井眼入侵油氣排出，重新恢復(fù)井筒壓力平衡狀態(tài)。但對于裂縫性壓力敏感地層，在溢流關(guān)井或壓井關(guān)井中，常出現(xiàn)套壓仍持續(xù)上升的情況，說明入侵溢流物未能有效排出。分析認(rèn)為，節(jié)流管匯的節(jié)流閥在開關(guān)調(diào)整時受到了壓力傳遞滯后因素的制約，套壓變化量不能同步于立壓變化量，致使操作難度加大，調(diào)控精度變差。

1.2　壓回法壓力控制技術(shù)利弊

在關(guān)井狀態(tài)下,應(yīng)用較高密度的鉆井液將鉆柱內(nèi)外的泥漿及入侵流體全部推入漏層，使裸眼段井眼壓力處于近平衡狀態(tài)。對于部分裂縫性地層，該項(xiàng)技術(shù)可有效規(guī)避井筒復(fù)雜現(xiàn)象，但會對油氣層造成一定污染。另外，對于容積受限的小體積儲層，在經(jīng)過數(shù)次交替加壓放壓后，儲層流體壓力會逐步抬升。

1.3　重泥漿帽壓井法利弊

在關(guān)井狀態(tài)下,用定量的高密度鉆井液將環(huán)空受污混合流體擠入漏層,在井眼上方形成一段重泥漿帽，使裸眼段井眼壓力處于近平衡狀態(tài)。分析認(rèn)為，重泥漿帽壓井法可應(yīng)用于井漏失返條件下的壓井施工，但漏失量可能會由小轉(zhuǎn)大，并污染油氣層。

2　裂縫性儲層壓力控制技術(shù)分析

2.1　裂縫性儲層壓力敏感特點(diǎn)

傳統(tǒng)的儲層壓力控制理論通常應(yīng)用滲透性地層理論模型，即遵循達(dá)西滲流定律。其井內(nèi)壓差（鉆井液液柱壓力與儲層壓力之差）與井內(nèi)流體（鉆井液和地層流體）存在溢漏關(guān)聯(lián)。在鉆井液安全密度窗口內(nèi)，井眼與儲層互不干擾。井筒壓力平衡條件符合達(dá)西滲流理論，泥漿比重略大于孔隙壓力條件下即可長時期維持近平衡狀態(tài)。

裂縫性儲層區(qū)別于常規(guī)的滲透性儲層，并不遵循達(dá)西滲流定律，其流動阻力小，壓力敏感性強(qiáng)，具備如下特征：①負(fù)壓溢流：在負(fù)壓差情形下表征為溢流，且只溢不漏。有氣泡進(jìn)入井眼，但無液相進(jìn)入裂縫。②重力置換：在平衡或近平衡情形下表征為重力置換，有溢有漏。在氣體進(jìn)入井眼的同時，又有部分液相進(jìn)入裂縫。重力置換的溢流量較小，漏失量不大。③正壓漏失：在正壓差情形下，有液相進(jìn)入裂縫，但無氣泡侵入井筒。表征為只漏不溢[4]。

分析裂縫性儲層重力置換影響條件，壓差是次要因素，而密度差才是主要因素。對比于滲透性儲層，裂縫性儲層的漏失壓力較低，關(guān)井套壓小。其特征為置換出現(xiàn)在零壓差左右，漏失量與溢流量等同且值小。既不同于溢流量大且無漏失的負(fù)壓差溢流，又不同于漏失量大且無溢流的正壓差漏失。其工程表象為返出鉆井液有全烴而無溢流。重力置換現(xiàn)象出現(xiàn)于一定的壓力范圍內(nèi)。密度差越大，重力置換規(guī)模越強(qiáng)；液相黏度越大，重力置換規(guī)模越弱。

2.2　裂縫性儲層壓力控制難點(diǎn)

①鉆開油氣層后，往往會出現(xiàn)溢漏并存狀況，難于維持井眼壓力的靜態(tài)平衡；②壓井作業(yè)中，易出現(xiàn)排不凈、堵不住、壓不死、耗材大等狀況，嚴(yán)重危及井控安全；③對裂縫性儲層井控技術(shù)的認(rèn)知存在偏差，缺乏差異化應(yīng)對措施。

3　裂縫性儲層壓力控制對策

3.1　微過平衡邊漏邊鉆

裂縫性儲層鉆井液密度選取沒有適合的安全窗口，僅能找到一個較小的重力置換窗口，其重力置換特征十分顯著。微過平衡邊漏邊鉆控制原則：將井底壓力與地層壓力的壓差盡可能調(diào)控至正壓漏失窗口內(nèi)，維持正壓微過、漏失適量、動態(tài)平衡之狀態(tài)。以塔里木油田裂縫性儲層實(shí)鉆資料為例，其微過平衡條件：在2 500～4 000m處，儲層發(fā)生漏失的壓差一般為1.23～2.35MPa；在4 000～5 500m處，儲層發(fā)生漏失的壓差一般為1.96～3.24MPa[5]。折算成密度為0.05～0.06g/cm3。

3.2　應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)

西部鉆探鉆井院自主研發(fā)的XZ-MPD型精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)由鉆井參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、決策分析系統(tǒng)、PLC電控系統(tǒng)、自動節(jié)流控制管匯系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制頭等分系統(tǒng)構(gòu)成。

鉆井參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)可通過地面?zhèn)鞲衅骷熬翽WD儀器，實(shí)時監(jiān)測與采集鉆井液進(jìn)出口密度、排量、立壓、套壓、井底壓力、井底溫度、鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩等相關(guān)參數(shù)，并存入公共數(shù)據(jù)庫以提供給各分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互享。決策分析系統(tǒng)可對全部數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算，實(shí)時進(jìn)行分析，判斷鉆井復(fù)雜態(tài)勢，并持續(xù)做出決策指令。PLC電控系統(tǒng)可實(shí)時比對井筒實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力，然后給出節(jié)流閥控制信號，實(shí)現(xiàn)井口回壓自動控制。自動節(jié)流管匯系統(tǒng)是整套裝備的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它根據(jù)決策分析與電控子系統(tǒng)的指令，自動完成節(jié)流閥開啟度的調(diào)節(jié)。回壓補(bǔ)償系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等工況下的井底壓力連續(xù)控制，對沖激動壓力、抽吸壓力及環(huán)空摩阻，維持井筒壓力穩(wěn)定可控。

工藝實(shí)施中，應(yīng)用密度小于地層孔隙壓力的鉆井液，可對整個井筒壓力進(jìn)行閉環(huán)管理。對沖鉆進(jìn)、停泵、接單根、起下鉆產(chǎn)生的井筒壓力波動，將井筒壓力鎖定在目標(biāo)值附近較小的變動范圍內(nèi)，從而有效解決在窄密度窗口、壓力敏感地層難以克服的漏涌同層和井壁坍塌等復(fù)雜鉆井問題。對于裂縫性壓力儲層，應(yīng)找準(zhǔn)漏失壓力、地層孔隙壓力及坍塌壓力之間的壓力窗口，應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)使作用于該儲層的壓力穩(wěn)定，規(guī)避或弱化復(fù)雜現(xiàn)象，維持鉆井作業(yè)的安全、平穩(wěn)實(shí)施。

3.3　堵漏承壓技術(shù)措施

①微裂縫應(yīng)對技術(shù)措施：縫寬處于0.01～0.20mm之間，溢流現(xiàn)象常表征為重力置換溢流，漏失現(xiàn)象表征為滲漏。應(yīng)對措施為維持原密度進(jìn)行封縫堵氣。鉆揭儲層前就應(yīng)加入低濃度隨鉆堵漏劑，當(dāng)出現(xiàn)重力置換溢流后，可視情況快速加入高濃度段塞堵漏劑。②裂縫應(yīng)對技術(shù)措施：縫寬處于0.20～2.00mm之間，溢流現(xiàn)象表征為負(fù)壓溢流，漏失規(guī)模為小至中漏。應(yīng)優(yōu)選堵漏材料濃度及顆粒級配，實(shí)施隨鉆堵漏，堵壓結(jié)合。③縫洞應(yīng)對技術(shù)措施：縫寬大于2.00mm，特征為儲層與井筒貫通，無法承壓。溢流現(xiàn)象表征為負(fù)壓溢流，常出現(xiàn)鉆井液大量漏失。應(yīng)對措施為停鉆堵漏，以規(guī)避井眼復(fù)雜加劇。

4　認(rèn)識及建議

1）裂縫性儲層為壓力敏感性地層，它區(qū)別于傳統(tǒng)的滲透性儲層（如砂巖儲層），安全窗口十分狹窄或沒有。如溢漏情形同時出現(xiàn)，其原因多為重力置換因素。當(dāng)氣侵發(fā)生后，常會出現(xiàn)排不凈、堵不住、壓不死等正常現(xiàn)象。如長時間加重，非但不能有效抑制溢流及漏失，還會使復(fù)雜程度更趨惡化。值此情況下，可嘗試將壓差調(diào)整至正壓漏失區(qū)間，壓力微過、適量漏失、動態(tài)平衡。

2）裂縫性儲層現(xiàn)有的井筒壓力控制技術(shù)，如循環(huán)排除法、壓回法及重泥漿帽壓井法等各有利弊，且均有其各自使用條件，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)及實(shí)鉆情況優(yōu)選壓力控制方式。對壓力敏感型儲層，可應(yīng)用先進(jìn)的裝備及方法以切實(shí)提高井筒壓力控制能力。