委内瑞拉Caracoles油田固井技术

3 本 文 系 全 国 优 秀 博 士 学 位 论 文 作 者 专 项 资 金 资 助 项 目 (编 号 :200349) 。作 者 简 介 :刘 爱 萍 ,博 士 研 究 生 ;1985 年 毕 业 于 西 北 大 学 化 学 工 程 系 ,获 学 士 学 位 ,2002 年 在 中 国 地 质 大 学 (北 京 ) 获 石 油天 然 气 工 程 硕 士 学 位 ;曾 在 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 廊 坊 分 院 长 期 从 事 固 井 技 术 研 究 工 作 。 地 址 : (102249) 北 京 市 昌 平 区 石 油 大学 (北 京 )岩 石 力 学 实 验 室 。 电 话 : (010) 89733911 转 22。 126. 瑞 拉 田 固 井 技 术 3刘 爱 萍 邓 金 根(中 国 石 油 大 学 北 京 )刘 爱 萍 等 . 委 内 瑞 拉 田 固 井 技 术 气 工 业 ,2005 ;25 (9) :67 69摘 要 委 内 瑞 拉 的 田 属 低 压 高 渗 油 田 ,尽 管 已 经 采 取 了 完 善 的 固 井 技 术 措 施 ,但 固 井 质 量 仍 然不 能 满 足 油 田 开 发 要 求 。 该 油 田 特 殊 的 地 质 、 工 程 条 件 决 定 了 其 固 井 质 量 需 求 :在 实 现 良 好 层 间 封 隔 的 同 时 ,实 现层 内 界 面 胶 结 良 好 ;采 用 可 以 对 固 井 质 量 进 行 预 评 估 的 设 计 方 法 以 更 好 的 控 制 施 工 质 量 ;防 止 由 于 井 下 发 生 井 口难 以 观 察 到 的 渗 漏 诱 发 的 气 窜 。 通 过 实 施 壁 面 剪 应 力 固 井 设 计 方 法 和 提 高 水 泥 浆 粘 度 的 防 漏 方 法 ,成 功 实 现 了 对固 井 质 量 的 控 制 。 在 20 口 井 的 施 工 结 果 表 明 :对 主 力 产 层 三 项 测 井 检 查 的 固 井 质 量 优 质 率 达到 了 100 % ,全 部 储 层 的 固 井 质 量 优 质 率 90. 57 % ,合 格 率 的 96. 23 %。 该 油 田 的 固 井 技 术 工 作 充 分 体 现 了 先 进 、 适用 的 特 点 。 取 得 的 技 术 成 果 对 于 解 决 老 油 田 的 调 整 井 固 井 难 题 、 新 区 探 井 的 固 井 难 题 和 储 气 库 固 井 难 题 等 具 有 重要 参 考 价 值 。主 题 词 壁 面 剪 应 力 固 井 储 气 库 调 整 井 深 井 顶 替 效 率委 内 瑞 拉 的 田 于 1944 年 投 入 开发 ,历 史 最 高 平 均 日 产 13000 桶 。 1998 年 4 月 由C 接 管 时 ,平 均 日 产 则 衰 减 至 1600 桶 。 通 过 对300 多 个 油 藏 的 测 井 、 地 质 和 油 藏 的 综 合 研 究 ,采 用老 井 查 层 补 孔 ,滚 动 勘 探 开 发 新 区 块 等 综 合 开 发 技术 ,2003 年 的 日 产 量 最 高 恢 复 到 10150 桶 ,油 田 产 量稳 定 在 7000 桶 左 右 。在 油 田 开 发 的 上 产 、 稳 产 过 程 中 ,2002 年 下 半 年到 2003 年 下 半 年 共 205 井 次 的 维 护 措 施 效 果 显 著 ,其 中 一 个 重 要 的 基 础 条 件 是 固 井 质 量 水 平 极 大 的 提高 。 根 据 对 2000 年 5 12 月 完 成 的 12 口 井 的 胶 结测 井 资 料 分 析 统 计 ,其 三 项 测 井检 查 ,产 层 的 固 井 质 量 优 质 率 达 到 90. 57 % ,主 力 产层 的 固 井 质 量 优 质 率 达 到 了 100 %。一 、 固 井 技 术 需 求1. 影 响 固 井 质 量 的 因 素(1) 地 层 沉 积 层 序 和 岩 性 特 征 。 田的 地 层 为 松 散 含 水 砂 砾 岩 ,钻 井 和 固 井 过 程中 极 易 发 生 漏 失 。 泥 岩 地 层 ,由 于 蒙 脱 石 、伊 利 石 等 粘 土 矿 物 水 化 膨 胀 和 分 散 ,易 发 生 缩 径 和垮 塌 。 渐 新 统 和 中 新 统 为 主要 储 集 层 ,深 灰 色 泥 岩 微 裂 缝 发 育 ,钻 井 过 程 中 易 发生 硬 脆 性 垮 塌 ,造 成 井 径 异 常 扩 大 ,同 时 ,其 中 的 煤层 垮 塌 和 漏 失 也 很 严 重 。在 1998 1999 年 底 完 钻 的 8 口 井 中 ,由 于 对 地质 情 况 认 识 不 够 深 入 ,有 7 口 井 出 现 过 井 漏 和 井 塌问 题 ,其 结 果 主 要 是 井 径 扩 大 率 大 ,井 眼 不 规 则 。 到2000 年 5 月 ,统 计 的 13 口 井 中 ,按 容 积 计 算 的 平 均井 径 扩 大 率 为 9. 19 % ,进 而 引 起 固 井 顶 替 效 率 降 低 。对 不 同 井 段 的 封 隔 情 况 进 行 统 计 ,在 固 井 措 施 相 对完 善 的 情 况 下 ,优 质 封 固 段 长 平 均 63. 7 % ,合 格 封 固段 长 平 均 81. 3 %。(2) 油 藏 孔 渗 特 征 。 根 据 测 井 和 岩 心 分 析 ,储层 孔 隙 度 一 般 在 17 % 25 %之 间 , 平 均 孔 隙 度22. 5 %。 空 气 渗 透 率 25 10 - 3 2500 10 - 3 一 般 为 100 10 - 3 800 10 - 3 平 均 401. 5 10 - 3 储 层 物 性 明 显 好 于 。 测井 资 料 显 示 , 储 层 平 均 孔 隙 度 23. 4 % ,平均 渗 透 率 481. 1 10 - 3 而 储 层 平均 孔 隙 度 为 20. 3 % ,平 均 渗 透 率 223. 3 10 - 3 76第 25 卷 第 9 期 天 然 气 工 业 钻 井 工 程岩 心 分 析 结 果 与 此 相 同 , 储 层 平 均 孔 隙 度28. 7 % ,平 均 渗 透 率 2215 10 - 3 而 层 平 均 孔 隙 度 为 19. 3 % ,平 均 渗 透 率 258 10 - 3 经 过 长 期 开 采 ,储 层 压 力 降 至 850 1600p 5. 865 11. 04 ,为 原 始 压 力 的 40 %80 %。 储 层 在 开 发 后 期 具 有 低 压 高 渗 特征 ,这 一 特 点 成 为 影 响 固 井 质 量 的 重 要 因 素 。 按 照 人 的 “ 气 体 流 动 可 能 性 ” ( 方 法 预 测 ,气 窜 潜 能 系 数 为 0. 4 ,表 明 固 井 候 凝 期 间 不 会 发 生 气窜 ,但 S 在 固 井 候 凝 时 确 实 发 生 了 气窜 。(3) 钻 井 复 杂 情 况 。 田 一 般 井 深 为2100 2700 m ,主 要 采 用 139. 7 管 注 水 泥 完井 。1998 1999 年 底 ,钻 井 复 杂 主 要 是 井 漏 和 垮 塌 。完 钻 的 8 口 井 中 ,有 7 口 井 出 现 过 井 漏 和 井 塌 问 题 。在 这 一 时 期 ,适 用 的 钻 井 液 技 术 也 处 于 摸 索 阶 段 ,一定 程 度 上 影 响 了 井 眼 质 量 控 制 。 2000 年 开 始 ,钻 井技 术 和 钻 井 液 技 术 均 有 了 很 大 改 进 ,钻 井 复 杂 情 况基 本 消 除 。2. 固 井 质 量 和 技 术 状 况(1) 质 量 状 况 。 1944 1998 年 共 钻 井 291 口 ,其 中 普 遍 存 在 的 质 量 问 题 是 虽 然 层 间 封 隔 好 ,但 储层 部 位 的 胶 结 状 况 差 ,同 时 ,测 井 显 示 全 井 泥 浆 窜 槽情 况 明 显 较 多 。 据 对 113 口 井 的 胶 结 测 井 资 料 分析 ,平 均 优 质 封 固 段 长 39. 8 % ,平 均 合 格 封 固 段 长52. 2 %。1998 年 4 月 2000 年 5 月 ,采 取 了 强 化 措 施后 ,固 井 12 口 ,质 量 明 显 提 高 。 对 不 同 井 段 的 封 隔情 况 统 计 , 三 项 测 井 检 查 的 优 质封 固 段 长 平 均 63. 7 % ,合 格 封 固 段 长 平 均 81. 3 %。胶 结 测 井 反 映 出 普 遍 的 问 题 仍 然 是 层 间 封 隔 好 ,储层 部 位 以 及 薄 隔 层 的 胶 结 状 况 差 。 另 外 ,部 分 井 在 地 层 存 在 气 窜 问 题 。(2) 技 术 状 况 。 田 的 固 井 技 术 措 施是 相 当 完 善 的 ,所 有 可 能 的 措 施 均 在 同 井 次 作 业 中得 到 应 用 。3. 固 井 技 术 需 求 分 析(1) 封 隔 质 量 。 由 于 油 田 开 发 进 入 后 期 ,地 层能 量 严 重 不 足 ,因 此 ,油 井 生 产 对 环 空 水 力 封 隔 质 量要 求 更 加 严 格 。 一 般 意 义 的 层 间 封 隔 良 好 不 能 满 足开 发 要 求 ,必 须 同 时 实 现 储 层 部 位 的 界 面 胶 结 良 好 。(2) 顶 替 效 率 。 出 现 胶 结 质 量 问 题 的 原 因 固 然与 井 眼 状 况 有 关 ,但 在 地 质 和 工 程 条 件 确 定 的 情 况下 ,固 井 作 业 自 身 也 存 在 一 定 的 问 题 。 紊 流 顶 替 理论 虽 然 定 性 说 明 了 获 得 良 好 固 井 质 量 的 途 径 ,但 未与 质 量 结 果 直 接 联 系 起 来 ,这 是 目 前 固 井 设 计 中 存在 的 缺 陷 。 因 此 ,需 要 发 展 出 一 套 可 以 与 质 量 结 果直 接 联 系 的 固 井 设 计 方 法 。 按 照 水 力 学 原 理 ,流 体在 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 可 以 用 以 下 公 式 计 算 : w = D - d)式 中 : w 为 流 体 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 , D 为 井眼 直 径 ,m ; d 为 套 管 外 径 ,m ; p 为 流 体 在 环 空 流 动的 摩 擦 阻 力 ,L 为 流 体 流 动 作 用 的 井 眼 长 度 ,m。已 经 有 研 究 表 明 1 3 :使 用 目 前 的 大 部 分 钻 井液 材 料 ,其 所 形 成 的 钻 井 液 滤 饼 强 度 一 般 不 大 于 30因 此 ,当 固 井 施 工 中 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 大于 30 ,就 可 以 保 证 将 钻 井 液 滤 饼 完 全 清 除 ,为良 好 的 水 力 封 隔 创 造 基 本 条 件 。 通 过 壁 面 剪 应 力 ,就 可 以 把 井 眼 几 何 条 件 、 固 井 作 业 参 数 与 固 井 质 量直 接 联 系 起 来 ,从 而 在 固 井 前 对 胶 结 质 量 进 行 预 评估 ,更 好 地 控 制 质 量 。(3) 防 气 窜 。 通 过 对 地 质 条 件 的 认 真 分 析 研究 ,确 认 发 生 在 田 的 气 窜 原 因 是 由 井 下漏 失 所 致 。 由 于 地 层 低 压 高 渗 ,易 于 发 生 井 口 难 以观 察 到 的 微 小 漏 失 ,进 而 在 候 凝 期 间 引 起 环 空 充 填问 题 ,最 终 形 成 井 下 流 体 窜 流 通 道 ,造 成 气 窜 。 这 种气 窜 机 理 难 以 用 现 有 的 气 窜 预 测 理 论 进 行 解 释 。 田 的 生 产 实 践 已 经 证 明 :在 渗 漏 条 件下 ,如 果 漏 失 速 率 相 对 较 大 ,产 生 的 胶 结 问 题 主 要 是产 层 部 位 界 面 胶 结 良 好 ,而 隔 层 部 位 界 面 胶 结 很 差 ;如 果 漏 失 速 率 相 对 较 小 ,产 生 的 胶 结 问 题 主 要 是 隔层 部 位 界 面 胶 结 良 好 ,而 产 层 部 位 界 面 胶 结 很 差 。根 据 一 般 的 生 产 经 验 判 断 ,后 一 种 情 况 下 更 容 易 在射 孔 后 诱 发 层 间 窜 槽 。 因 此 ,在 田 的 固井 防 气 窜 工 作 中 ,其 重 点 是 防 止 高 渗 透 地 层 的 渗 透性 漏 失 。 对 国 内 一 些 调 整 井 和 储 气 库 井 的 胶 结 测 井结 果 进 行 分 析 ,也 发 现 有 同 样 的 问 题 。二 、 技 术 措 施 改 进 及 实 施 效 果1. 技 术 措 施 改 进根 据 对 技 术 需 求 的 分 析 ,确 定 了 田固 井 技 术 改 进 的 重 点 是 :在 肯 定 前 期 技 术 工 作 的 基础 上 ,将 紊 流 固 井 设 计 改 为 壁 面 剪 应 力 固 井 设 计 ,总体 要 求 水 泥 浆 在 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 不 小 于 30同 时 ,为 防 止 由 于 微 小 渗 漏 引 起 的 气 窜 ,采 用 “ 静86钻 井 工 程 天 然 气 工 业 2005 年 9 月止 堵 漏 ” 的 原 理 ,总 体 上 倾 向 于 提 高 水 泥 浆 的 塑 性 粘度 和 屈 服 值 。 具 体 措 施 如 下 : 保 持 部 分 合 理 有 效技 术 措 施 ,包 括 扶 正 器 安 放 措 施 、 活 动 套 管 、 循 环 钻井 液 程 序 、 使 用 双 胶 塞 、 碰 压 原 则 、 测 井 原 则 。 加强 钻 井 技 术 和 管 理 工 作 ,尽 可 能 保 持 井 眼 规 则 和 降低 井 径 扩 大 率 。 保 持 水 泥 浆 性 能 总 体 不 变 ,但 对流 变 性 能 作 出 较 大 的 调 整 。 将 塑 性 粘 度 和 屈 服 值 分别 由 原 来 的 42 95 s 和 4 12 步 提 高到 141 263 s ,屈 服 值 12 66. 3 目 的 是防 止 渗 透 性 漏 失 和 提 高 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 。 继 续 采 用 原 有 类 型 的 前 置 液 ,但 数 量 由 原 来 的 第 一冲 洗 液 :第 二 冲 洗 液 :隔 离 液 = 30 20 20 增 加 到40 30 40 ,以 后 又 根 据 情 况 增 加 到 了 40 50 30 ,目 的 是 保 证 井 壁 稳 定 性 的 同 时 ,进 一 步 提 高 顶 替 效率 。 水 泥 浆 注 入 排 量 不 变 ,但 替 浆 排 量 维 持 到 162. 55 不 变 ,总 体 原 则 是 保 证 水 泥浆 上 返 速 度 不 小 于 1. 5 m/ s。 在 这 种 条 件 下 ,水 泥 浆在 环 空 流 动 的 雷 诺 数 为 500 800。2. 实 施 效 果(1) 以 容 积 计 算 的 井 径 扩 大 率 由 9. 19 %降 低 到5. 86 %。 通 过 强 化 钻 井 和 钻 井 液 技 术 措 施 和 管 理 ,有 效 地 控 制 了 井 身 质 量 ,为 固 井 创 造 了 良 好 条 件(表 1) 。表 1 固 井 技 术 措 施 调 整 前 后 井 径 扩 大 率 对 照 表1998 2000 年 5 月 2000 年 5 12 月序 号 扩 大 率( %) 序 号 扩 大 率( %) 序 号 扩 大 率( %) 序 号 扩 大 率( %)1 15. 9 8 5. 1 1 9. 7 7 4. 72 1. 4 9 10. 3 2 2. 6 8 7. 23 6. 8 10 9. 9 3 12. 6 9 1. 34 12. 8 11 19. 4 4 3. 8 10 5. 35 5. 1 12 8. 0 5 9. 3 11 4. 46 9. 3 13 9. 4 6 3. 67 6. 1平 均 9. 19 % 平 均 5. 86 %(2) 水 泥 浆 在 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 由 6. 6314. 5 高 到 9. 33 67. 63 通 过 田 的 固 井 实 践 证 明 4 :当 固 井 施 工 中 环 空 流 动 的 壁面 剪 应 力 大 于 15 ,就 可 以 获 得 良 好 的 层 间 封隔 效 果 ;当 固 井 施 工 中 环 空 流 动 的 壁 面 剪 应 力 大 于30 ,不 但 可 以 获 得 良 好 的 层 间 封 隔 效 果 ,还 可以 保 证 储 层 部 位 的 胶 结 良 好 。(3) 固 井 质 量 优 质 率 大 幅 度 提 高 。 固 井 技 术 措施 调 整 后 ,按 照 对 储 层 的 封 隔 情 况 进 行 的 质 量 统 计 , 三 项 测 井 检 查 的 固 井 质 量 优 质 率为 90. 57 % ,合 格 率 为 96. 23 %。 如 果 不 包 括 非 主 力产 层 ,固 井 质 量 优 质 率 为 100 %。三 、 结 论(1) 田 特 殊 的 地 质 、 工 程 条 件 决 定了 影 响 固 井 质 量 的 主 要 因 素 是 :井 壁 失 稳 引 起 的 井径 异 常 扩 大 和 井 眼 不 规 则 ;井 口 难 以 观 察 到 的 渗 漏在 低 压 高 渗 储 层 中 诱 发 现 有 理 论 无 法 预 测 的 气 窜 ;原 有 固 井 设 计 方 法 无 法 对 固 井 质 量 进 行 预 评 估 。(2) 鉴 于 田 特 殊 的 开 发 环 境 ,虽 然原 有 固 井 技 术 措 施 已 经 非 常 完 善 ,但 仍 然 不 能 满 足开 发 要 求 。 要 求 固 井 质 量 在 实 现 良 好 层 间 封 隔 的 同时 ,实 现 良 好 的 层 内 界 面 胶 结 良 好 ;为 此 ,必 须 在 设计 阶 段 对 固 井 质 量 进 行 预 评 估 ,并 采 取 有 效 措 施 防止 气 窜 。(3) 在 继 续 实 施 合 理 有 效 技 术 措 施 的 基 础 上 ,将 固 井 设 计 方 法 由 紊 流 顶 替 设 计 改 为 壁 面 剪 应 力 设计 ,成 功 的 解 决 了 顶 替 效 率 的 问 题 。(4) 通 过 提 高 水 泥 浆 粘 度 ,避 免 了 井 下 漏 失 ,有效 解 决 了 由 此 引 起 的 气 窜 问 题 。(5) 通 过 实 施 壁 面 剪 应 力 固 井 技 术 ,该 油 田 实现 了 对 主 力 油 层 封 隔 优 质 率 100 %的