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1、欠平衡钻井作为优化钻井和完井应急的工艺技术在裂缝性碳酸盐岩中的应用 作者： 日期：20 SPE91579译者：石油工程2012届毕业生曾春林欠平衡钻井作为优化钻井和完井应急的工艺技术在裂缝性碳酸盐岩中的应用J. Abdollahi, I.M. Carlsen, S. Mjaaland, SPE, SINTEF Petroleum Research, P. Skalle, SPE, Norwegian U. of Science & Technology, A. Rafiei, S. Zarei, Iranian Central Oil Fields Company 版权归2004年石油工程学会
2、及国际钻探承包人协会欠平衡钻井技术会议所有本文是准备在2004年石油工程学会及国际钻探承包人协会欠平衡钻井技术会议上发表的简报，并且准备于2004年10月11日至12日在美国的德克萨斯州和休斯顿进行展览。本文在SPE/IADC计划委员会评阅了包括作者所提交的摘要及观点在内的文章内容后，被选为简报。目前文章的内容还没有被石油工程学会和国际钻井承包商协会会员们所评阅，作者可以予以更正。这些材料不反映任何一位石油工程师的社会地位以及国际钻井承包商协会的高级主管或成员的立场。禁止未经石油工程协会以及国际钻井承包商协会的许可而将本文的任何部分用于带有商业目的的电子复制、分发和储存。授权复制印刷仅限于不超
3、过300字的摘要；插图不得复制。而且摘要必须明确地告知这篇文章出自哪儿，其作者是谁。书写人，图书管理员；SPE邮政信箱，833836；理查逊，德克萨斯人，电话，75083-3836，美国，传真，01-972-952-9345 摘要：在裂缝性碳酸盐岩地层中，维持压力的控制以及裂缝的网络映射是井眼施工成功的关键问题。在钻井之前，对地层裂缝网络的判断和描述是非常困难的，并且优化井的方向与方位都与地层裂缝有关。避免由于钻井液的漏失而造成的生产能力损害又是另一个重大挑战。钻井液侵入微裂缝性储层以后的增产措施是极其困难甚至是不可能的。在类似的这类地层中一般优先考虑裸眼完井。欠平衡钻井便因此在增加数据采集方
4、面备受关注，这既避免了地层损害，实现了优化完井事故中的井眼产量目的，增加了开发价值。在油田的开发钻井策略中，地层自然裂缝的定位与描述对于合适的井口布置和完井方式的选择来说是至关重要的取决于裂缝的开度和延伸长度的不同，泥浆的漏失率和漏失体积会由轻度到严重而有所不同。这些相关联的裂缝网络是影响井眼产量的主要因素。在伊朗的西南部的裂缝性碳酸盐岩地层结构中，欠平衡钻井是一种被推荐的用于进一步油井开发的技术。流体钻井技术，是在钻进过程中允许碳氢化合物流动到表面来，这是比较有利的。有了足够的地层压力，这种方法可以更好地获得关于裂缝描述和动态判断过程信息，可以为优化水平井轨道提供更多的裂缝相交曲线。地层伤害
5、是可以避免的，并且可以现住地减少失败钻井的数量。问题简介：欠平衡钻井是一种钻井实践，它是人为地使动态的井筒压力略小于地层压力。欠平衡钻井可以改善钻井效率，提高井眼产量。不过，一方面从操作的安全性来讲，过平衡钻井通常是优先考虑的，两一方面，欠平衡钻井还尚未被完全公认。于此同时，欠平衡钻井技术在世界的某些地方的运用正在增加。它所所涉及的技术愈趋成熟，积累了越来越多的经验。欠平衡钻井技术可能是唯一能解锁进一步开钻枯竭的异常压力梯度地层的难题。欠平衡钻井技术适用于各种不同级别类型的储层。作为伊朗区域内的发展项目，欠平衡钻井技术有很大的发展潜力，并且伊朗国家石油公司已经开始创建了欠平衡钻井技术项目。欠平
6、衡钻井技术项目的创立与伊朗南部的部分较为贫瘠的油田相关。其目的在于改善钻井效率，提高油井产量。由于严重的泥浆漏失，甚至是最低的正规泥浆密度（0.8s.g）在一些油田都是不可能正常钻进的。在实践中，用重泥浆钻伴有严重漏失的水平井面临着了两个严重的钻井挑战： 岩屑的累计造成卡钻 传输数据丢失裂缝性碳酸盐岩储层在伊朗非常普遍，同样，由于钻井流体的漏失或者井眼布置和方位的不合理而隔断裂隙等因素造成的井眼信息的损坏，是井眼无产量所面临的重大挑战。在伊朗，促进欠平衡钻井技术发展的关键方面在于：1、 提高钻井性能 避免钻井液体漏失 提高机械钻速 减少钻头磨损和起下钻时间2、改善地层裂隙发育程度 尽早进行并增
7、加对裂隙的探测 避免储层损害 允许裸眼完井 采用利于井眼改善的增产措施本文讨论了上文所提到的伊朗所面临的挑战，欠平衡钻井作为优化钻井和完井应急的工应用于裂缝性碳酸盐岩中。来自于伊朗西南部West-Zagross油田的数据和经验已被用作欠平衡钻井技术项目的基础研究。欠平衡钻井技术：欠平衡技术方法包括两方面主要技术：1、 按照流体的类型分：气体、泡沫、气化气和液相2、 循环系统、开放系统、环闭系统以及加压设备这里有两种方式可以创建欠平衡条件，同样也取决于孔隙压力信息：1、人工欠平衡2、自然欠平衡人工欠平衡操作适用于孔隙压力梯度小于水力梯度的衰竭地层。然后，需要气体来和钻井流体相混合。自然欠平衡操作
8、意味着井眼自身储层压力能够使流体自然流动。但是，开始欠平衡的条件是井筒泥浆柱已经被较轻的流体所卸载。这种方式便称做“流钻井”。欠平衡钻井系统独立并模块化，原则上可以安装独立的钻机。设备所需要延伸的一些表面缓冲器也包含其中。表面驱动是有利的，它避免了方钻杆通过旋转头的旋转而转动而产生额外的磨损。一套标准的欠平衡钻井程序被设计成了一个环闭系统。灵活性能是在钻进过程中允许生产和进行储层测试的关键问题。用易挥发流体钻井（高地层汽油比）以及控制H2S环境是非常重要的安全问题。裂缝性碳酸盐岩中井眼结构面临的挑战：在钻井和完井过程中，维持欠平衡条件是一个既复杂有具有挑战性的操作。由于这种复杂性，一些欠平衡方
9、式钻成的井可能会以过平衡状态结束，甚至井眼原始的生产性能也将会失去。对于所有阶段的井眼的施工组成，欠平衡条件是非常重要的：1、 钻井阶段2、 起下钻（下钻和起钻）3、 测井和地层测试信息4、 下套管和注水泥5、 射孔和完井硬岩钻进和低机械钻速是中东地区的共同挑战。在伊朗经历了在致密的碳酸盐岩储层中每小时钻进1米的机械钻速。这样的低机械钻速影响钻井成本，同样增加了泥浆暴露在岩层的时间，而造成井眼信息损害问题。钻头寿命一般是较低的，因此需要多个钻头工作。欠平衡钻井可以显著地减少钻井时间，曾有报道证明其速度提高到了10倍。异常加压咸水的地层以及枯竭的裂缝性储层都需要认真地加以解决。后勤管理是一项很重
10、要的问题，它影响钻井效率，并且能够控制关键井的操作。管理无法预见的压力范围，并减轻由于重泥浆漏失而给后勤带来的挑战是可以通过欠平衡钻井来实现的。当裂缝出现在钻头的前方的时候就会引起钻井液漏失事件的发生。随着地层断裂特性的不同，泥浆的漏失率也会有所不同。根据裂缝开度的不同，可以将岩脉分为三种类型。在微裂缝（开度小于250微米）中，泥浆将会被阻挡在井筒附近形成泥饼，从而检测不出泥浆的漏失。裂缝开度在250至500微米之间便可以检测出泥浆的漏失，但是一段时间后泥浆自身可以封隔裂缝，阻止其漏失。裂缝开度大于500微米的储层，泥浆自身无法堵住裂隙，需要使用堵漏材料来阻止泥浆的漏失。然而，使用堵漏材料虽然
11、能够消除裂缝的导流性，但是却破坏了井眼的产液潜能。这样的风险需要通过诸如卡钻和气体逸出等潜在的钻井危害因素来平衡。在某些情况下由于泥浆的漏失而不得不取消数据的采集方案。在完井期间，通常采用反向冲洗方案来清理井眼。实践中，成功洗井或者裂缝网络的增加很难实现的。根据井的裂缝网络来优化井的方位与布置是非常重要的。经验表明，在开钻前预测和描绘井眼裂隙分布是非常重要的。欠平衡钻井有利于早期的预测和裂缝的评估。现场研究：伊朗发现的90%以上的油田都是碳酸盐岩构造油田，这也使得伊朗成为世界上最大的碳酸盐岩油田开发国家。碳酸盐岩储层的生产机制是通过自然形成的高导流能力的裂缝网络来实现的。稠密矩阵通常遍布于裂缝
12、网络之间，如果井眼轨道没有与储层裂隙相交，那么油田产能将会较低，甚至没有产出。油田经验表明，在这种情况下，采用譬如酸化等措施来增产增注往往是无法获得成功的。为了改善伊朗西南部的七个油田，新的总发展开发计划被制定了，该地区的一张位置区域图如图1所示。尽管其在开发历史上一直不够理想，但人们发现这些油田的开发潜能却是很高的，其前提则是建立在有效的开发方式之上的，比如是水平井，欠平衡钻井以及智能数据采集程序。由于油田的原始情况以及长期存在问题的开发历史历史，Dehluran油田采用了与欠平衡钻井操作相关。该油田位于伊朗与伊拉克边境的西南地区，该油田长20公里，宽9公里，平均储层厚度300米，该油田的地
13、图如图2所示。该油田被发现于1970年，到目前为止已经开钻了20口井，但是仅有13口井达到了目的层位。其余部分的井由于极具挑战性的开发条件，诸如较高的盐水压力以及1980-1988年与伊拉克的战争等问题而不得不被废弃了。由于自然的消耗，估算出仅有15%的石油被能开发出来，到目前为止只有只有10%的可采石油被开发了出来。到目前为止，还没有采用水平钻井方式。综合研究表明：1、 大部分的生产井有较差的开发历史2、 普遍缺乏裂缝相关知识3、不确定的水层与流体接触关系仅有几口井眼显示出了合理的生产潜能，假设采用暴露井眼于裂隙网络之中来控制井眼的产能，这是不可能解释建立在日常数据基础之上的生产性能的。裂缝
14、是可以定义并且用不同的方法来描述的，裂缝信息是可以根据录井信息图直接目测出来的。结合精密的泥浆漏失探头和近钻头处的环空压力传感器，可以得到连续的由轻及重的测井日志。但是，通过此种方式很难在微小裂缝条件下检测出来。因为在微裂缝里，在非牛顿钻井液条件下，微裂缝在几秒钟内便被泥浆填充并堵住。泥浆漏失日志以及图形测井记录都不适用于Dehluran油田。每日从钻井报告中取出的泥浆漏失数据被作为了定性裂缝情况的一种方法。按照泥浆的漏失数据将井眼排列如下：1、 没有漏失（零）2、 部分漏失（1-9桶/小时）3、 中等漏失（10-49桶/小时）4、 严重漏失（50桶/小时全部漏失）泥浆漏失结果与生产井累计产量
15、的情况一并显示在表1中，可以根据图3概括描述出泥浆的漏失情况。图3表明，65%的井眼没有泥浆漏失或者只有少量漏失；35%的井有中等漏失或者严重漏失。不期望发生的快速的泥浆漏失现象是地层存在裂缝的最主要暗示因素，发生完全漏失时极可能是钻遇了较大的裂缝地层。生产井数据以及泥浆漏失历史资料在图2中的油田地图中暗示了出来，从中发现了泥浆漏失与产量历史之间的关系。从中得出，北方的油田有较高概率存在裂缝，但是不能较为系统地将其区域裂缝给推断出来。DH-5井的裂缝解释在DH油田的13口钻达目的层位的井眼之中，我们选择了DH-5井来作进一步的研究，简单的略图如图4所示。以下是选因：1、 该井是一口拥有合理开采效率的成功井2、 可以进行生产压降测试和升压测试以及生产测井测试
