冀中潛山油藏的卡山監(jiān)督研究

趙勇,孫楊潔

1.中國(guó)石油華北油田分公司技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)處 （河北 任丘 062552）

2.中國(guó)石油華北油田分公司第一采油廠 （河北 任丘 062552）

冀中坳陷1975年在中元古界薊縣系霧迷山組白云巖獲得了高產(chǎn)油流，其單井的日產(chǎn)油量達(dá)到了1 000～3 000 t，試油最高產(chǎn)量為5 435 t/d，繼而發(fā)現(xiàn)了任丘潛山油田。這一重大突破開(kāi)拓了新的找油領(lǐng)域，也使我國(guó)陸相盆地的石油地質(zhì)理論得到了補(bǔ)充。潛山油氣藏是冀中坳陷的主要油氣藏類(lèi)型，其產(chǎn)量占冀中坳陷油氣產(chǎn)量的60%以上，其成藏條件好、勘探潛力大。但潛山油氣藏的形成經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造活動(dòng)，這使其地質(zhì)結(jié)構(gòu)和成藏條件復(fù)雜多變，加之潛山油藏埋藏深度較大，給后期的勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很大的困難。冀中古潛山主要為碳酸鹽巖儲(chǔ)集體，裂縫、溶洞發(fā)育充分，在鉆探開(kāi)發(fā)時(shí)科學(xué)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)古潛山可有效減少鉆井風(fēng)險(xiǎn)。因此，監(jiān)督人員要發(fā)揮監(jiān)督作用，在古潛山油氣藏的鉆探開(kāi)發(fā)過(guò)程中保障卡山作業(yè)規(guī)范施工，卡準(zhǔn)潛山界面，保證卡山任務(wù)圓滿(mǎn)完成[1-2]。

1 潛山油藏特點(diǎn)

1.1 潛山油藏概念

由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響使地層長(zhǎng)期遭受風(fēng)化剝蝕，地表形態(tài)高低不平，隨著時(shí)間的推移，新生代沉積層會(huì)將其覆蓋，其中突起的山丘稱(chēng)為古潛山或潛山。潛山的形成必須滿(mǎn)足3個(gè)條件：①基底是由較老地層形成的古殘丘；②基底上部是年輕的地層覆蓋；③基底與上覆年輕地層之間表現(xiàn)為不整合接觸關(guān)系，即潛山的頂面為不整合面。華北油田潛山巖性以灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云巖為主，巖石致密、非均質(zhì)性強(qiáng)、可鉆性差。其儲(chǔ)集空間主要為孔、洞、縫3種類(lèi)型，如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

1.2 潛山油藏的類(lèi)型

冀中坳陷潛山的形成與構(gòu)造演化和特定的構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)。地臺(tái)發(fā)育階段為潛山的碳酸鹽巖儲(chǔ)層形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，塑造了縫洞孔十分發(fā)育碳酸鹽巖儲(chǔ)集體；中生代劇烈的構(gòu)造活動(dòng)形成了高陽(yáng)復(fù)式背斜，造就了冀中坳陷中區(qū)古隆起區(qū)，長(zhǎng)期遭受風(fēng)化、剝蝕、淋濾，同時(shí)發(fā)育多組系的斷裂把基巖切割成若干個(gè)塊體，從而奠定了潛山形成的構(gòu)造格局；新生代斷塊翹傾活動(dòng)是潛山形成的關(guān)鍵[3]。如圖2所示，根據(jù)斷塊翹傾活動(dòng)類(lèi)型的不同，可將冀中坳陷歸納為以下5種類(lèi)型潛山：斷棱潛山帶、斷階潛山帶、斜坡潛山帶、凸起潛山帶、潛山內(nèi)幕[4]。

圖2 潛山構(gòu)造類(lèi)型

1.3 鉆進(jìn)潛山油藏的特點(diǎn)

1.3.1 巖屑變化特點(diǎn)

當(dāng)鉆進(jìn)碳酸鹽巖潛山時(shí)，從圖3可看出鉆出的巖屑顏色單調(diào)，成分單一，大多以碳酸鹽巖為主，常見(jiàn)次生礦物有方解石、石英等，形狀多為片狀、粒狀，其棱角清晰，斷口新鮮。緊覆潛山界面的為礫巖層，其物源來(lái)于潛山，礫石巖屑表面常有磨損痕跡、形狀不規(guī)則（塊狀、棱角狀、片狀）、風(fēng)化程度較深，表面無(wú)新鮮感、常見(jiàn)較多紅色浸染現(xiàn)象，如圖4所示。

圖3 潛山巖屑特征圖

圖4 潛山上覆礫巖巖屑特征圖

1.3.2 鉆井參數(shù)的變化特點(diǎn)

鉆進(jìn)潛山時(shí)，潛山地層孔隙發(fā)育較好，地層的可鉆性好，鉆井參數(shù)一般表現(xiàn)為鉆壓降低、扭矩減小或忽大忽小擺動(dòng)，鉆井液出口流量因井漏而減小；如果潛山地層具有油氣水層，鉆井液出口流量可能增加，氣測(cè)全烴值及組分值會(huì)明顯升高。鉆井液參數(shù)的變化和潛山產(chǎn)層的流體類(lèi)型有關(guān)。當(dāng)鉆遇油氣層時(shí)，鉆井液密度下降，黏度上升，出口電阻率增加；當(dāng)鉆遇淡水層時(shí)，鉆井液密度、黏度均下降，出口電阻率微增；當(dāng)鉆遇鹽水層時(shí)，鉆井液密度下降、黏度先升后降，出口電阻率減小[5]。

1.4 潛山油藏的鉆探開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

1.4.1 巖性構(gòu)造帶來(lái)的鉆探開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

由于組成古潛山的地層、巖性和油氣顯示等都比較復(fù)雜，尤其是以碳酸鹽巖為儲(chǔ)集體的古潛山油氣藏。潛山地層壓力系數(shù)低，且碳酸鹽巖地層裂縫、溶洞發(fā)育，鉆井過(guò)程中經(jīng)常鉆遇1～2 m厚度的大溶洞，鉆具“放空”現(xiàn)象多發(fā)，往往伴隨的是大的漏失，鉆進(jìn)中鉆井液有進(jìn)無(wú)出，鉆井液的突然大量漏失，就可能引起井壁垮塌，造成油井報(bào)廢[6]。

1.4.2 鉆井工藝帶來(lái)的鉆探開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

隨著鉆井工藝的改進(jìn)，PDC+螺桿的雙驅(qū)復(fù)合鉆進(jìn)的使用，使鉆進(jìn)速度變快，然而由于遲到時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)快的鉆井速度使得錄井人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)井底巖性。PDC鉆頭的使用也使巖屑磨得十分細(xì)碎，代表性變差，也不利于現(xiàn)場(chǎng)的巖性定名和地層劃分。另一方面卡山鉆進(jìn)時(shí)采用近平衡鉆井，一般使用低密度或清水鉆井液，這使得鉆井液的攜砂能力變?nèi)酰戏档秸駝?dòng)篩的巖屑少而細(xì)碎，給錄井帶來(lái)困難，使卡山難度加劇。

1.4.3 井控風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的鉆探開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

潛山井的井控風(fēng)險(xiǎn)主要有兩方面：一是由于潛山地層壓力系數(shù)比上部地層要低很多（尤其是儲(chǔ)氣庫(kù)的井，由于潛山開(kāi)采程度高，壓力水平保持很低，壓力系數(shù)有的僅為0.5左右，屬衰竭潛山氣藏），這易造成嚴(yán)重井漏，繼而發(fā)生先漏后井噴的風(fēng)險(xiǎn)；二是由于附近潛山油藏可能存在污水回灌井，造成潛山壓力升高，當(dāng)?shù)兔芏茹@井液或清水鉆進(jìn)時(shí)存在井噴風(fēng)險(xiǎn)。

1.4.4 潛山井鉆探事故中漏卡和誤卡

通過(guò)對(duì)潛山油藏的鉆探開(kāi)發(fā)，潛山井的鉆井過(guò)程中易出現(xiàn)漏失造成工程事故，多數(shù)的工程事故都是因?yàn)閷?duì)卡山重視不夠，出現(xiàn)漏卡和誤卡造成的。漏卡，即已鉆進(jìn)潛山而工程人員未發(fā)現(xiàn)致使?jié)撋降貙咏议_(kāi)過(guò)多，此時(shí)繼續(xù)鉆進(jìn)則易發(fā)生井漏、井噴，導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。誤卡，即由于工程人員判斷失誤，沒(méi)有鉆進(jìn)潛山就誤認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)山，這可能導(dǎo)致技術(shù)套管下放過(guò)早，不能將潛山上部的砂泥巖層完全封固,對(duì)后續(xù)鉆進(jìn)、完井及試油等工作帶來(lái)困難。例如：任深XX井鉆進(jìn)中鉆遇溶洞，鉆具放空1.05 m，累計(jì)漏失鉆井液12 748 m3；霸XX井用密度1.05 g/cm3的鉆井液鉆入潛山6 m后，鉆井液有進(jìn)無(wú)出，漏失鉆井液3 229 m3；虎1X井在高于莊組井深2 729.64 m，鉆進(jìn)中井漏有進(jìn)無(wú)出，瞬間發(fā)生井壁垮塌，導(dǎo)致鉆具被埋，總漏失鉆井液921.48 m3等。潛山井事故頻發(fā)，主要因素是人為的漏卡，誤卡，所以監(jiān)督人員做好過(guò)程監(jiān)督，抓好質(zhì)量控制十分必要。

2 卡山監(jiān)督相關(guān)內(nèi)容

減少人為原因造成卡山事故，保證準(zhǔn)確卡山是駐井監(jiān)督的主要監(jiān)督任務(wù)，監(jiān)督人員要從以下幾個(gè)方面對(duì)相關(guān)人員的工作情況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)督。

2.1 監(jiān)督進(jìn)山前錄井人員的準(zhǔn)備工作

2.1.1 熟悉地質(zhì)設(shè)計(jì)和鄰井資料

開(kāi)鉆前，監(jiān)督人員要求地質(zhì)人員根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)，收集地震資料、區(qū)域地質(zhì)資料和鄰井鉆探成果資料。掌握設(shè)計(jì)井所在潛山部位、潛山頂面埋藏深度、潛山頂面形態(tài)、潛山層位、巖性組合特征以及上覆地層縱橫向分布規(guī)律、標(biāo)志層及巖性組合特征。通過(guò)鄰井資料，一方面了解該區(qū)塊進(jìn)山前后的工程參數(shù)和鉆井液性能，特別是鉆時(shí)變化；另一方面了解進(jìn)山時(shí)有無(wú)井漏井涌，進(jìn)山時(shí)油氣顯示、地層壓力及特殊的地質(zhì)現(xiàn)象，提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作。

2.1.2 做好地質(zhì)交底和溝通工作

卡準(zhǔn)潛山表層需要各方的全面配合，因此在鉆進(jìn)潛山前，監(jiān)督應(yīng)組織工程、地質(zhì)及井場(chǎng)相關(guān)人員召開(kāi)進(jìn)山前碰頭會(huì)，會(huì)上錄井人員做交底匯報(bào)，相關(guān)單位充分做好進(jìn)山準(zhǔn)備工作，主要從下幾個(gè)方面進(jìn)行。①向井場(chǎng)各單位相關(guān)人員做好地質(zhì)交底和溝通工作；②及時(shí)把地質(zhì)錄井資料傳送給勘探部及相關(guān)單位，和有關(guān)人員交換卡層意見(jiàn)；③制訂詳細(xì)的卡層計(jì)劃，a）進(jìn)山前鉆頭類(lèi)型，b）卡層時(shí)與鉆臺(tái)的聯(lián)系方式，c）卡層時(shí)鉆時(shí)數(shù)值大小，d）鉆進(jìn)時(shí)鉆壓的控制，e）鉆井液的性能要求，f）井內(nèi)巖屑數(shù)量的要求；④提前對(duì)錄井儀器進(jìn)行檢查，對(duì)氣測(cè)儀器進(jìn)行校驗(yàn)；⑤定量熒光和XRD人員要嚴(yán)格待命，嚴(yán)禁出現(xiàn)脫崗、串崗等行為；⑥鉆井方面提前做好出現(xiàn)井漏、井涌等現(xiàn)象的應(yīng)急預(yù)案和相應(yīng)藥品的準(zhǔn)備；⑦做好提前進(jìn)山的心理準(zhǔn)備，及時(shí)描述巖屑，做好地層對(duì)比，有進(jìn)山現(xiàn)象或地層剖面與鄰井不同時(shí)，應(yīng)立即通知司鉆停鉆后做地質(zhì)循環(huán)，并向有關(guān)單位匯報(bào)井上情況，進(jìn)行下步工作指導(dǎo)。

2.2 監(jiān)督巖性識(shí)別過(guò)程

鉆遇潛山界面，由于地質(zhì)層位、巖性的差異，要通過(guò)巖屑和巖性的變化在揭開(kāi)潛山界面3～5 m能夠及時(shí)識(shí)別。監(jiān)督人員要檢查錄井人員的到崗情況，包括定量熒光人員、XRD錄井人員、專(zhuān)職卡山人員。監(jiān)督人員還要在鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)督促和檢查相關(guān)人員的工作情況，錄井人員不僅要宏觀分析巖屑，并與鄰井資料相對(duì)比，還要從微觀上分析巖石的成分、結(jié)構(gòu)等特征，以區(qū)分古潛山與上覆地層巖性的差別，最終將鉆井工程、巖性特征、巖礦特征等資料匯總，告知卡山技術(shù)專(zhuān)家綜合判斷潛山界面[7]。

2.3 監(jiān)督鉆進(jìn)潛山過(guò)程

當(dāng)鉆到臨近預(yù)測(cè)潛山界面時(shí)，監(jiān)督人員要確認(rèn)鉆井液性能的穩(wěn)定性，要求司鉆送鉆均勻，控制鉆壓、泵壓、流量等參數(shù)盡量保持穩(wěn)定，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)山做好準(zhǔn)備。當(dāng)有情況時(shí)要及時(shí)停鉆循環(huán)，要確保井筒內(nèi)巖屑數(shù)量在3 m之內(nèi)。鉆井過(guò)程中監(jiān)督人員要提醒相關(guān)人員注意各鉆井參數(shù)的變化，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)3 m低鉆并且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)要停鉆循環(huán)，觀察返出巖屑，判斷地層巖性。若不是潛山地層，則繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆進(jìn)潛山。

3 監(jiān)督鉆進(jìn)潛山的防漏及井控措施

3.1 監(jiān)督鉆進(jìn)潛山的防漏措施

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，古潛山油氣藏漏失嚴(yán)重，在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆前監(jiān)督人員要提醒相關(guān)人員充分做好相關(guān)工作。潛山油氣藏地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，漏失往往是因?yàn)闈撋絻?nèi)存在裂縫、溶洞。這就要求在鉆進(jìn)過(guò)程中要根據(jù)相關(guān)資料和鉆時(shí)參數(shù)準(zhǔn)確判斷裂縫、斷層位置，預(yù)測(cè)裂縫寬度，并通過(guò)調(diào)整鉆井液性能來(lái)提高儲(chǔ)層的承壓能力。發(fā)現(xiàn)漏失，要盡快地調(diào)整鉆井液密度以減少對(duì)地層的壓迫程度，并及時(shí)堵漏阻止裂縫的進(jìn)一步延展，減少并阻止漏失。監(jiān)督人員要根據(jù)不同情況做好督查工作，當(dāng)出現(xiàn)漏失要及時(shí)上報(bào)所屬監(jiān)督機(jī)構(gòu)。

3.2 監(jiān)督鉆進(jìn)潛山前的井控措施

監(jiān)督人員要重點(diǎn)檢查進(jìn)山前的井控工作。在保證井控設(shè)備按設(shè)計(jì)安裝好、相關(guān)藥劑準(zhǔn)備齊全的前提下，針對(duì)潛山油藏還要從以下幾個(gè)方面保證井控安全：①提高潛山頂面深度設(shè)計(jì)精度；②加強(qiáng)錄井觀察，進(jìn)入潛山前100 m，加強(qiáng)循環(huán)，發(fā)現(xiàn)鉆具放空憋跳鉆或泥漿漏失及時(shí)停鉆循環(huán)，及時(shí)做薄片分析，卡準(zhǔn)潛山頂面（風(fēng)化殼）；③三開(kāi)（或四開(kāi)）前，下入技術(shù)套管至潛山頂面；④落實(shí)鄰近污水回灌井情況，潛山鉆進(jìn)時(shí)適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度；⑤發(fā)生井漏失，必須采取積極的堵漏措施，堵漏不成功，不允許進(jìn)行下步施工。

4 結(jié)論

潛山油氣藏產(chǎn)量在華北油田油氣產(chǎn)量中占有重要地位，華北油田的發(fā)現(xiàn)也是從潛山油田開(kāi)始的，潛山油氣田的勘探開(kāi)發(fā)是目前也是今后的重要研究領(lǐng)域。由于其潛山的獨(dú)特成藏特點(diǎn)和地質(zhì)特點(diǎn)，潛山油藏的開(kāi)采在進(jìn)山時(shí)總伴隨著大量事故的發(fā)生，因此駐井監(jiān)督要認(rèn)真履職，做好監(jiān)督工作，從進(jìn)山前的準(zhǔn)備工作、巖屑變化、鉆井過(guò)程、防漏預(yù)案、井控要求等幾個(gè)方面全面監(jiān)督、嚴(yán)格把關(guān)，保證卡山的準(zhǔn)確性，完成勘探開(kāi)發(fā)任務(wù)。