胜利油田老区调整井钻井井控技术.pdf

第 3 3 卷 第 3期 2 0 l 1年 5月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PR0DUCT1 0N TECHN0L0GY V0 1 ． 3 3 NO ． 3 Ma v 2 01 1 文章 编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 1 0 3 0 0 0 9 0 3 胜利油 田老 区调 整 井钻 井 井控技 术 刘 天 科 胜利石油管理局黄河钻 井总公 司， 山东东营2 5 7 0 5 5 摘要胜利油田老区由于经过长时间注水开发， 地层压力素乱， 调整井钻井过程中常遭遇同一裸眼井段存在多套压力层 系 的问题 ， 井涌井漏事故时有发生， 加大了井控的难度。分析研究了胜利油田老区地层压力特征、 调整井钻井过程中的出水外溢、 井漏等复杂问题 ， 探讨了油田注水开发过程 中地层压力异常的原因， 分析了诱发地层出水的原因及危害， 进而提 出了所应采取 的注水井关井停注泄压、 边溢边钻、 压井、 套管封隔等井控技术措施， 实践证实了所用井控措施科学可行 ， 为中后期油田老区调 整井钻 井井控提供 了技 术经验。 关键词 胜利油田； 老区； 调整井 ； 钻井；井控技术 中图分类号T E 2 8 文献标识码A Ap p l i c a t i o n o f w e l l c o n t r o l t e c h n o l o g y O il a d j u s t me n t we l l s i n m a t u r e d a r e a s o f S he ng l i Oi l fie l d L I U T i a n k e Hu a n g h e Dr i l l i n g C o r p o r a t i o n ， S h e n g l i Pe t r o l e u m A d mi n i s t r a t i o n Bu r e a u ， Do n g y i n g 2 5 7 0 5 5 ， C h i n d Ab s t r a c t F o r ma t i o n p r e s s u r e d i s t u r b a n c e i s v e r y C O lT lm o n i n ma tur e d a r e a s o f S h e n g l i Oi l fi e l d d u e t o l o n g p e r i o d o f wa t e r fl o o d i n g d e v e l o p me n t ， a n d t h e i s s u e o f d i f f e r e n t p r e s s u r e s y s t e ms i n t h e s a me o p e n h o l e s e g me n t i s o ft e n me t d u r i n g a d j u s t e d we l l d r i l l i n g ． An d L o s s o f c i r c u l a t i o n a n d we l l k i c k o ft e n h a p p e n ． a l l o f t h e a b o v e i s s u e s i n c r e a s e t h e d i ffic u l ty o f we l l c o n t r o 1 ． F o r ma t i o n p r e s s u r e c h a r a c t e r i s t i c s ， e fflu e n t w a t e r s p i l l o v e r a n d c i r c u l a t i o n l o s s d u r i n g a d j u s t me n t w e l l d r i l l i n g a r e a n a l y z e d ， a n d t h e r e a s o n s l e a d i n g t o a b n o r ma l p r e s s u r e a r e d i s c u s s e d ． Re a s o n s t h a t c a u s e f o r ma t i o n wa t e r p r o d u c t i o n a r e e x p l o r e d i n d e t a i l ， a n d c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s a r e p r o p o s e d ， w h i c h a r e p r e s s u r e r e l i e f b y s t o p p i n g wa t e r i n j e c t i o n i n i n j e c t o r s ， d r i l l i n g w h i l e s p i l l i n g ， we l l k i l l i n g a n d c a s i n g i s o l a t i o n ． T h e a p p l i c a t i o n s p r o v e the f e a s i b i l i t y o f t h e u s e d we l l c o n t r o l me t h o d ． Ke y wo r d s S h e n g l i Oi l fi e l d ； ma t u r e d a r e a ； a d j u s t me n t we l l ； we l l d r i l l i n g ； w e l l c o n t r o l t e c h n o l o g y 胜利油 田老区井网密集 ， 经过几十年的注水开 采 ， 局部异常高压或亏空。由于油 田实行低成本 开发战略， 井身设计原则为技术套管尽量不下或少 下 ， 井 身结构单一 ， 导致钻 井施工 同一裸眼段 遭遇 多套 压力层 系 ， 探 井高 压井 涌 和井漏 现象 时有 发 生， 调整井钻井部分区块自6 0 0 m就开始出水井涌 ， 而钻到老产层由于开采亏空易发生井漏 ， 给钻井井 控带来了困难。笔者通过对区域复杂地层情况及 钻完井施工过程中井控应用技术情况的分析研究， 论证 。 目前 现场施 工过程 中存在 的错误认识 或含 糊认识 ， 同时也提 出了针对胜利油 田特点 的井控技 术措 施 ， 经现场应用 证实了技术措 施科学可行 ， 为 胜利油田等中后期油田老区调整井钻井井控提供 了技术依据 。 1 胜利油田调整井井控技术难点 胜利油田注水井窜槽水涌现象时有发生， 浅层 水涌井主要集中在胜坨的2区和 3 区、 辛 6 8 、 辛 2 3 作者简介 刘天科， 1 9 6 3 年生。1 9 8 8 年毕业于石油大学 华东 钻井工程专业， 长期从事钻井现场技术管理与研究工作， 高级工程师。电 话 0 5 46 8 7 23 6 5 2。 1 0 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 5月 第 3 3卷 第 3期 等 区块 ；深层水 涌主要集 中在 正理庄 油 田和纯 化 油 田， 如高 8 9 2 、 正 1 3 、 纯 4 l 等 区块 。仅 黄河 钻 井 2 0 1 0年调整井施工过程 中， 前三季度累计发生 1 8口 井 。调整井井控技术难点在于 无法准确预测地层 压力 ， 调整井施工设计 的钻井液密度 和实际密度相 差较大； 老区注水井多， 地层压力紊乱且憋压现象 严重， 窜槽井判断难度大， 泄压等待时问长； 注水井 窜槽水涌 出水量大 1 ． 5 - 2 ． 0 m ／ mi n ， 循环加重压井 困难 ， 重 钻井液 准备时 间长 ， 配重 钻井液浆 等待压 井期间涌出水量特别大； 浅层发生水涌的地层一般 在 6 0 0 ～ 9 0 0 m， 浅层水涌涌出速度 比较稳定 ， 涌出高 度一般达 不到钻 台面 ， 但 携带大量 泥砂 ， 关 井易造 成砂卡 、 管线堵 塞及憋漏 地层 ；由于表层套管下深 一 般为 1 9 0 ～ 3 0 0 m， 在压井过程中 ， 易憋窜地层或井 漏 ；深层水涌一般在注水层位或正钻井产层及附近 层段 ， 涌 出物携带油气 ， 易 导致井 喷事故 的发生 ， 安 全环保压力大于浅层 注水井水涌 。调整井在施工过 程中， 无论发生浅层还是深层水涌事故， 均会造成卡 钻 ， 2 0 1 0年 1 8月因水涌 卡钻 2口井 、 大段划 眼 2 口井 ， 其 中坨 1 2 8 一 斜 1 1 7井 水涌窜槽后 ， 2 1 5 1 m 以 上井段 内的钻井液全部变成清水 ， 导致 9 1 1 - 2 1 5 1 m 井段全部划眼。 发生水涌的主要原因是注水井诱发的压力异 常。浅层水涌大部分是由于套管损坏造成的， 深部地 层水 涌主要是 由窜槽 和地层连通引起 的， 具体分为 以下几个方面 1 水泥环与地层或套管之间的胶结 不好 ， 造成管外串通； 2 地层胶结物性差 ， 在 “ 水蚀 ” 作用或压差作用下导致地层 问串通 ； 3 增产 、 增注措 施泵压太高， 排量太大， 使部分薄夹层或胶结性差地 层被憋通 ， 造成层间串通 ； 4 射孔 、 爆炸松扣 、 爆炸压 裂解堵 、 爆炸整形和负压射孔作业， 震坏水泥环， 造成 串通 ； 5 生产压差太大 ， 使油 、 水井严重出砂 ， 破坏地 层胶结， 导致地层坍塌， 造成 串通 ； 6 油 田开发至中、 后期 ， 含水上升 ， 地层水 中的酸 、 碱 、 盐离子在 电化学 腐蚀的作用下腐蚀套管， 使其外壁脱层， 外径减小， 造 成上下串通； 7 各种原因造成的套管破损 ， 在高压注 水的作用下造成水串通， 发生水涌。 2 调整井钻井井控技术应用 2 ． 1 预防注水井引起的水涌 合理确定井身结构和钻井液密度。建立区域密 集井网压力剖面， 对引发严重水涌的注水井建立注 水压力传递分布图， 针对性地选择表层套管和技术 套管下人深度。建立出水层位 数据库 ， 钻井设计作 好相应的密度 、 堵漏材料 、 重晶石粉和重钻井液 的储 备要求。调整井施工， 在钻机搬迁到位后 ， 首先要了 解邻井实钻资料和注采情况， 然后研究新井设计。 注水井提前关井停注或关井泄压。钻至井深距 注水层 5 0 0 I T I 前 ， 做到 3 0 0 m范围内注水井按规定停 注并泄压 ， 5 0 0 r n范 围内注水井 清楚 ， 1 0 0 0 m范围内 注水井进行 了解 ， 尤其对于高压高渗型注水井 ， 该类 注水井注水压力高、 注水量大 、 同时地层连通性好 、 渗透率高， 压力传播距离远， 如纯 4 1 断块、 正 1 3 断块 注水井影响距离一般都在 5 0 0 m以外， 有的影响距 离超过 1 0 0 0 m。虽然该型注水井引起的地层 出水量 大 ， 但当注水井停注泄压后 ， 调整井 出水层位压力下 降也快 ， 泄压完成后 ， 一次性提高钻井液密度 0 ． 1 - 0 ． 3 g ／ c m ， 就可平衡地层压力 ， 关键是找准注水井并及时 泄压 。如正 1 3斜 9 4井 ， 水涌出量大 ， 无法正常压井 ， 关停 1 0 0 0 m以外的回注井， 钻井液密度调整至高出 水涌前0 ．2 5 g ／ c m ， 达到 1 ．4 2 g ／ c m ， 即恢复了对井的 控制。一般要求， 若距离调整井 5 0 0 m范围内有注 水井影响 ， 在钻达注水层位前 5 0 0 m停注泄压；储备 好充足的压井液 、 加重材料 和钻井液处理剂， 有条件 允许情况下， 建立区域重钻井液储备和供应站， 保障 发生水 涌时可 以及 时压井 。注水 井停 注后 ， 要 进行 监督检查， 对发现的新开注水井、 转注井， 及时联系 停 注， 同时 ， 尽量采用批量集 中施 工法打调整井 ， 对 同一 区块调整井同时施工 、 集 中停 注， 同井前及 固井 候凝期 问停近距离出液量大的电泵采油井 。 在河 5 0区块密集调整井 的施工过程中 ， 采用 了 集中停注水， 合理停电泵井采液和 3 个平台同时施 工方案 ， 安 全高效地完成 了 3 6口加密调整井 ， 获得 了较好的施工效果。 2 ． 2 注水井引起水涌后的井控技术 因地层 出水而需要进行压井作业时 ， 首先应根 据情况加大注水井的停 注范围， 一 般应注意 以下 几 种情况 1 若出水层位的渗透性好， 地层出水量大， 关井压力较低， 此时一般采用工程师压井法。只有浅 表层套管的井发生水涌不能关井， 应根据地层压力 情况， 一次性将钻井液密度提高至压井所需密度， 避 免边循环边加重边稀释而造成 密度 提不 高的局 面。 2 在提高钻井液密度时， 必须加入一定量的堵漏剂。 根据井下压力和出水程度， 选择合适的压井液密度 和压井速度。若采用边循环边加重法， 则应逐步加重 平衡井下压力 ， 严防加重不均 、 速度过快而压漏地层 。 刘天科 胜利油田老区调整井钻井井控技术 3 加入适量的润滑剂。若井下条件许可， 坚持循环 活动钻具 ， 防止加重引起摩阻过大而造成卡钻 。 2 ． 3 调整井浅层水涌处理措施 在胜坨油田2区、 3 区及辛 6 8 、 辛 2 4 等区块调整 井施工过程中， 发生浅层注水井井涌， 在条件容许的 情况下 涌出水量不大 ， 地面条件满足要求 ， 可进行 边溢边钻 ， 钻至 9 0 0 l l q_ 左右穿过出水层位 ， 进行压井 作业。压井时按水涌层压差附加原则确定加重钻井 液的密度。由于不能关井求压， 可参照临近注水井停 注泄压后关井压力恢复值， 作为计算发生水涌井段 的诱发水涌压力参考 。考虑地层渗透阻力的影响， 压 井加重钻井液的当量压力附加值应小于诱发水涌压 力。通过多 口井 的计算和实践验证 ， 胜坨油 田 2区、 3区及东辛的辛 6 8 、 辛 2 3 等区块， 钻调整井发生水 涌时压井重钻井液密度一般为 1 ．3 5 ～ 1 ． 5 5 g ／ c m 。如 果压井钻井液密度小于 1 ． 4 g ／ c m ， 进行钻井液处理 ， 可用压井钻井液密度钻至完钻井深。2 0 1 0年有 6口 调 整井在发生浅层注水井窜槽水涌后 ， 用压井钻井 液 密度 实现完井 。如 压井钻井 液密度 不小 于 1 ． 4 0 g ／ c m ， 进行压井作业后 ， 应补下一层技术套管进行封 隔， 固井后 ， 再进行下步施工 l 】 。 需要注意的是 ， 浅层注水井水涌发生后 ， 不能进 行关井作业 一方面该阶段处于清水钻进 ， 易导致沉 砂卡钻； 另一方面关井后易造成地层憋漏， 形成次生 事故 。如果水涌量较大 停泵溢流量大于 1 m ／ mi n ， 通常压井液密度 1 ． 3 5 ～ 1 ． 5 0 g ／ c m 。 2 ． 4 调整井深层水涌处理措施 在钻至注水层位或钻穿产层后， 由于邻井注水 造成产层窜通， 导致调整井发生井涌， 调整井施工风 险相比浅层水涌风险加大 一方面邻井所注水携带 大量泥砂易造成卡钻事故的发生；另一方面， 南于 在产层发生井涌， 油气进入井简易导致井喷事故的 发生 。因此 ， 调整井深层水涌 ， 必须立 即压稳才能继 续钻进。对于易发生深层水涌的调整井， 在施工过 程 中。 首先保证注水井停注 ， 消除注水对施工井的影 响；其次是加强坐岗， 保证及时发现溢流， 为水涌故 障的处理争取时间； 第三是准备足量的重钻井液及 加重材料 ， 保证水涌发生后的快速处理， 在胜利油区 通常采用 1 ．4 5 ～ 1 ． 5 5 g ／ c m 3 的重钻井液压井。发现溢 流后要立 即压井 ， 防止井眼中钻井液全部被替换成 地层水造成沉砂卡钻 。如发生井 内钻井液全部被替 换成地层水的情况 ， 压井重钻井液必须充足， 一般为 正常井眼 2 倍以上的量， 泵入重浆的过程中要控制 排量防止憋泵， 第一周压井排量要比正常钻进排量 小 ， 同时密切关注泵压变化 ， 防止憋泵。在用环形防 喷器关井或未关井的情况下， 加强钻具活动， 防止卡 钻事故的发生 。 2 0 1 0年胜利黄河 钻井在施工的区域 ， 运用老 区 调整井控技术成功完成了 l 0口水涌井的钻井施工。 见表 1 。 表 1 胜利油田部分水涌井压井情况统计 3 结论 1 胜利油田经过长时间注水开发， 地层压力紊 乱， 调整井钻井过程中经常发生井涌、 井漏 ， 井控作 业难度大 。 2 为防止注水井 引发井 涌， 在钻井至距注水层 5 0 0 m前， 应提前关闭周围注水井泄压， 同时， 尽量采 用批量集中施工法打调整井， 对同一区块调整井同 时施工 、 集中停注。 3 若发生浅层注水井井涌， 不能进行关井作业 ， 一 方面该阶段处于清水钻进 ， 易导致沉砂卡钻 ， 另一 下转第 1 6页 1 6 石油钻采工艺 2 0 1 1 年 5月 第 3 3卷 第 3期 随偏心度增大而明显增加， 井眼下侧的滞留钻井液 减少， 但减少的趋势较小， 使得整体顶替效率下降， 环 空水泥 环厚 度 分布差异增 大 ， 当偏心度 达到 0 ． 5 时， 会在井眼上侧形成整体钻井液滞留导致窜槽。 2 水平井套管下偏 心时井 眼上侧 的滞 留钻井 液随着偏心度的增大明显减少， 井眼下侧的滞留钻 井液增加 ， 但增加的趋势较小， 使得整体顶替效率增 加 ， 环 水泥环的厚度先是趋于均匀 ， 然后不均程度 加大。 3 从降低的钻井液滞留厚度从而增加 界面胶结 强度 、 提高顶替效率、 形成均匀水泥环的角度出发， 套管 卜 偏心时同井质量最差， 应尽量避免； 套管下 偏心的顶替效率要比居中时高， 但偏心度太大会形 成薄厚小均较大的水泥环。套管下偏心偏心度控制 为 0 ． 1 ～ 0 ． 2不仅可以降低钻井液滞留厚度 ， 获得较高 的顶替效率 ， 同时还可 以形成 比较均匀 的水泥环 ， 大 幅地提高 【 占 】 井质量 。 参考文献 [ 1 ] 付建红， 黄贵生， 杨志彬， 等 ． 水平井套管扶正器合理 安放位置计算 [ J ]． 西南石油大学学报 自然科学版， 2 0 0 8． 3 0 6 8 9 9 2 ． 『 2] 徐鑫， 彭志刚， 李文才， 等 ． 胜利油田水平井固井新技术 [ J ]． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ． 2 6 6 3 7 3 9 ． [ 3 ] 严焱诚， 薛而娜， 朱礼平， 等 ． 复合套管固井在川西水平 井中的应用 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 9 ， 2 9 2 6 7 6 9 ． 1 4 j K R0 KE N W， S J AH 0L M A J ， 0L S E N A S e t a 1 ． T i d e flo wa l o w r a t e d e n s i t y d r i v e n c e m e n t i n g t e c h n i q u e f o r h i g h l y d e v i a t e d we l l s[ R]． I ADC ／ S P E 3 5 0 8 2 ． [ 5] S MI T H T R， R A VI R M． I n v e s t i g a t i o n o f d r i l l i n g f l u i d p r o p e e s t o ma x i mi z e c e me n t d i s p l a c e me n t e f fi c i e n c y { R] ． SPE 2 2 7 75 ，1 991 ． [ 6 ] 郑永刚， 方绎， 郝俊芳 ． 水平井注水泥的理论与实验研 究 [ J ]． 水动力学研究与进展 ， 1 9 9 6 ， 1 1 1 1 9 2 3 ． [ 7 ] 罗宇维， 肖伟 ． 绕流在层流 固井中的危害与防治 [ J ]． 石 油钻采 工艺， 2 0 0 7 ， 2 9 6 8 3 ． 8 6 ． [ 8] 高永海， 孙宝江， 刘东清， 等 ． 环空水泥浆顶替界面稳定 性数值模型研究 [ J ]． 石油学报 ， 2 0 0 5 ， 2 6 5 1 1 9 - 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