深水钻井地质灾害浅层水流问题研究.pdf

第 3 8卷 6期 2 1 【 】 年 1 1月 石 由 钻 探 技 术 I I I 、 I e I ， I j M 1 R1 I 1 1 ；TE【 7 1 t N1 Q[ J E S Vo 1 ． 38 N ．6 NOV ．． 2 0l 0 ． ． 钻 井与 完井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 1 1 深水钻 井地质灾害浅层水流 问题研究 叶 志 樊洪海 张 国斌 蒋世全 许亮斌 1 ．中国石油大学 北京 石油工程教育部重点实验室 ， 北京 昌平 1 0 2 2 4 9 ； 2 ．中海油研究总院， 北京 1 0 0 0 2 7 摘 要 浅 层 水 流是 一种 严 重 的深 水钻 井地 质 灾 害 ， 会 延 长 钻 井作 业 的 非 生 产 时 间 ， 造 成 巨大 的 经 济 损 失 ， 甚 至导致井和平台废 弃。介绍 了浅层水流的概念和 5种形成机 理， 着重描述 了异常压 力砂 体机理 ， 从 而加 深 了对浅 层 水 流 灾 害 的认 识 ， 为研 究 浅层 水 流 灾 害的 识 别 预 测 方 法 以及 处 理 方 法 奠 定 了基 础 。 此 外 ， 还 介 绍 了浅 层 水 流 的 识 别 方 法和 浅层 水 流 地 层 独 特 的 岩 石 物 理 特征 ， 阐述 了浅 层 水 流 的 地 震预 测 方 法 和 预 测 步 骤 。 有 效 控 制 和 处理 浅 层 水 流 灾 害对 深 水 钻 井 安 全 至 关 重要 ， 介 绍 了浅 层 水 流 灾 害 的 处 理 流 程 和 3种 处 理 方 法 ， 并 提 出 了研 究 浅 层 水 流 危 害 的方 向 。 关 键 词 深 水钻 井 ；浅 层 水 流 ；地 质 灾害 ；预 测 ；控 制 中图 分 类 号 TE2 8 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 0 0 6 0 0 4 8 0 5 I nv e s t i g a t i o n o f S h a l l o w W a t e r Fl o w i n De e pwa t e r Dr i l l i n g Ye Zh i Fa n Ho ng h a i Zh a ng Gu o b i n J i a ng S hi q u a n 。Xu Li a ng bi n 1 ．MOE Ke y La b o r a t o r y o f Pe t r o l e u m En gi n e e r i n g， C h i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m ， C h a n gp i n g， Be i j i n g， 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a； 2 ．CNOOC Re s e a r c h C e n t e r， Be i j i n g， 1 0 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Sha l l o w W a t e r Fl o w SW Fi s a s e v e r e a c c i de nt i n d e e pwa t e r dr i l l i n g ．H u ge a m o u nt o f t i me a nd mo ne y wo ul d be wa s t e d whe n me e t i n g SW F， a nd c a u s e t h e a b a nd o nme n t of we l l s a n d pl a t f or ms s o m e t i me s ． Thi s p a pe r pr e s e nt s t he c onc e pt o f SW F a nd f i ve f o r ma t i o n m e c h a ni s ms． a nd e mph a s i z e s on t he m e c h a ni s ms o f ov e r pr e s s ur e d s a n ds t o e nh a nc e t he un de r s t a n di ng of S W F a c c i d e n t ， a n d l a y t he f ou nd a t i on f o r f u r t he r r e s e a r c h a nd t h e d e v e l o pme nt of SW F i de nt i f i c a t i on m e t h od s a nd p r o c e s s i n g t e c hno l o gi e s ．M o r e o ve r， t hi s pa pe r i nt r o d uc e s t he r e c og ni t i o n me t ho ds o f S W F。t he s pe c i a l pe t r o phy s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f SW F z o ne， a n d t he s e i s mi c p r e d i c t i o n t e c hn o l o g y a n d p r oc e d ur e s ． Th e s i gn i f i c a n c e o f e f f e c t i v e SW F c o nt r o l a nd ma na ge m e nt i n d e e p wa t e r dr i l l i n g， t he pr o c e s s i ng pr o c e d ur e s， t h r e e t e c h ni q ue s a nd r e s e a r c h di r e c t i o n a r e de s c r i be d． Ke y wo r d sd e e p wa t e r d r i l l i n g； s h a l l o w wa t e r f l o w ； g e o l o gi c h a z a r d； p r e di c t i on； c o n t r ol 1 概 述 由于深 水地 质 环境 的特殊 性 和 复杂 性 ， 深 水钻 井 面临着诸 多挑 战 ， 浅层 水 流 s h a l l o w wa t e r f l o w， S W F 灾 害就是 其 中之 一个 。浅层 水 流是 指 在 深水 钻井 中钻头 钻过浅 部 地 层 时砂 水 流 水 携 带 砂 泥屑 一 起 流动 通 过井 眼或地 层裂 缝 的流动 ， 剧 烈 时会喷 出海底 。浅层 水流 通常 发生在 泥线 以下 1 0 0 0 m 之 内且水 深超 过 4 0 0 m 的 深水 浅层 区 ， 是一 种 常见 的 深 水浅层 地质 灾害 。 浅层水 流灾 害 已被 公认 为是深 水钻 井面 临 的最 严重 问题 之一 ， 它 具 有 分 布广 泛 、 破 坏 性 大 、 难 以控 制 和解 决 的特 点 。 目前在 墨 西 哥湾 、 挪 威 海 、 里 海 、 北海 以及 巴西深水 等几 乎所 有深水 油气 区都 曾出现 收 稿 日期 2 0 0 9 1 卜 1 1 改 回 日期 2 1 l 0 1 0 基金项目 国家科技重 大专项课题“ 深水油气田开发钻 完井X - 程 配 套 技 术 ” 编 号 2 o o 8 ZXo 5 { 2 6 一 】 1 资助 作者简介 叶 志 】 9 8 3 ， 男． 湖 北黄冈人， 2 O 0 7年毕 业于长江 大学机械 Z - 程 专业 ． 在读博士研 究生， 主要从 事地层压 力预 测、 钻井 信 息 if _ 程等 方 向的 研 究 联 系方 式 0 1 0 H 7 3 ．{ 2 2I ． y c z h i 8 5 1 2 6 ． C { I I I 第 8巷 第 6期 叶 志 等 深 水 钻 井地 喷 灾 害 浅 层 水 流 问题 研 究 过浅 层水 流灾 害 。据辉 固地质 服务 公 司 F u g r o Ge o s e r v i c e s ， I n c 的调研 报告 ， 将 近 7 O 的深 水 钻井 都 遭遇 过 浅层水 流 灾 害 ， 并 且 每 口井 预 防 和解 决 浅 层 水流 灾 害的费 用超 过 了 2 0 0万美 元 。浅 层水 流灾 害 破坏性 大 ， 主要 表 现在 以下 几个 方面 1 钻井 时会 造 成井眼扩大、 井壁坍塌 ， 引起井控问题； 2 固井时砂 水流 窜入 水泥 浆 中造 成 固井 质 量 不 好 ， 致 使 固井 作 业失败 ； 3 砂水 流 冲蚀套 管 柱和 地层 ， 造成 套 管柱 弯 曲破 裂 ； 4 砂水 流 冲蚀 浅部 地 层 形 成 裂 缝 并 使 浅 部 地 层强 度 降低 ， 导致 井 口失稳 ； 5 延长 钻井 作业 的非 生产 时 间 ， 造成 严重 的经 济 损失 ； 6 冲刷 出 的泥砂 在 井 口附近堆 积 ， 严重 时掩 埋井 口致 使 井报废 。 浅 层 水 流灾 害 难 以控 制 和处 理 ， 目前 还 没 有成 熟 的解 决办 法 。现 阶段 主要采 取钻 前 预测 避开 浅层 水 流 区域和 用管 柱 封 隔 浅层 水 流 区域 的方 法 ， 而 且 被 封隔 住 的浅层 水流 区域 在一 段 时 间后 由于封 隔不 牢固或 管 柱 弯 曲破 裂 可能 再 次爆 发 浅 层水 流 灾 害u ] 。为此 ， 笔者在分 析浅层 水流形 成机理 基础 上 ， 对 浅层 水 流 的识 别 和预 测进 行 了研究 ， 并 提 出 了 处理 浅层 水流 的方 法 。 2 浅层水流 的形成 机理 认识 和研 究浅 层水 流 的形成 机 理对 预 防和解 决 浅层水 流灾 害有 十 分 重 要 的 意 义 ， 目前 有 5种 机 理 被 认 为是导 致 浅层 水 流灾 害 的原 因 1 异 常 压 力砂 体 ； 2 次生裂 缝 ； 3 次 生压 力 储 存 ； 4 固 井 窜槽 造 成 的异常 压力传 递 ； 5 水合 物分解 。 2 ． 1异常压 力 砂体 在 下隔水 管 和 安装 防 喷 器 B P 之 前 ， 钻 头 钻 遇浅 部异 常高 压 的砂体 ， 在 高孑 L 隙压 力 的驱 动下 砂 、 水一 起 流动形 成砂 水 流 。异常 压力 砂体 机 理是 导致 浅层 水 流灾 害 的最 普 遍 的原 因 ， 而且 与 其 有 关 的浅 层水 流 的破坏 性也 最强 。 浅层砂 体 具有疏 松 未胶 结 ， 孔 隙度 、 渗 透 率和压 力高 的特 点 ， 砂 体周 围被 渗 透 率 低 的 盖 层 泥 岩 、 页 岩 覆 盖 。浅层 砂体 的异 常 高压 一般有 两 种来 源 不 平 衡压 实作 用 和差异 压 实作用 。 不平 衡压 实作 用 由于 沉 积 物 沉 积 速 度 过 快 致 使 下 部 多 孑 L 介 质 砂 体 中 的 孔 隙 水 来 不 及 排 出 ， 孔 隙水 就 承 担 了 部 分 上 覆 岩 层 压 力 致 使 孑 L 隙 压 力 大 于静 液 压 力 ， 从 而 形 成 异 常高 压 。不平 衡压 实 作用 如 图 1 所 示 。图 1中最 上 面是 沉积 速度 快 的 表层 沉积 物 ， 中 问致 密 的 盖层 阻 挡 了下 部 多 孔 介 质 砂体 中孔 隙水 的排 出 。上 部 沉 积 速 度 越 快 ， 砂 体 中的压力 就越 高 。在 墨西 哥深 水湾 浅层 水 流灾 害最 为严 重 的 Mi s s i s s i p p i C a n y o n区块 的沉 积速 率 一 般 都 大 于 1 mm／ a 。 图1 不平衡压 实作用 Fi g． 1 Unbal anc e d c ompac t i on 差异 压 实 作 用 上覆 沉 积 物 的 厚度 不 一 样 ， 厚 层 沉 积物 施加 给 下部地 层 的上 覆压 力 高于薄 层沉 积 物 ， 高上 覆压 力转 移 给孔 隙度 高 的砂 体 ， 砂体 受差 异 压实作 用 而产 生 高 压 。差 异 压 实 作 用 如 图 2所示 。 图 2中砂 体被 渗 透率 低 的粉 砂 质 页 岩 包裹 住 ， 中间 有 致密 盖层 覆 盖 ， 而 在 盖层 之 上 是 厚 度 不 一 的 沉积 物 层 。厚层 沉 积物 施加 给 粉砂 质页 岩 的压力 转移 给 孑 L 隙度 高 的砂 体 ， 致 使 砂 体 压 力 升 高 。这 种 由差异 压 实作 用产 生 的压力 可 以转 移 到几 十英里 外 的砂体 中 ， 在 墨西 哥湾 就钻 遇 过 由差 异 压 实 作用 形 成 的高 压砂 体 。 图2 差异压实作用 F i g ．2 Di f f e r e n t i a l c o mp a c t i o n 2 ． 2 次 生裂 缝 次生裂缝机理是指在套管鞋处由于井筒压力大 于地 层压 力致 使 地 层被 压 裂并 形 成 裂 缝 ， 井 筒 内的 钻井 液携 带着 岩 屑和地 层 中的砂 泥屑形 成 的砂水 流 通过 地层裂 缝上 返至海 底 。这些 裂缝一 般在 导管 或 表层 套管段 的套 管鞋处 开启 并延 伸 。造 成井 筒压力 过大 的原 因可 能是井筒 摩擦 力 、 关 井 、 岩 屑 的悬重 以 及钻 井液 密度过 大等 。 2 ． 3次 生压力储 存 次生压 力储 存机理 是指 由钻 井液液 柱产 生 的压 力转 移到渗 透率 大 的浅 部疏 松砂 泥岩或 粉砂 岩地层 并且 储存下 来 ， 致使 地 层 压 力 升高 。次生 压 力储 存 的形成有两个条件 一是浅部渗透层有足够大的孔 隙度 和渗透率 能使 钻 井 液 液柱 压 力 渗 进地 层 ； 二 是 渗 透层 周 围有 足够好 的封闭层 能使渗 进地 层 的压 力 储 存下 来 j 。 该 机理一 般发 生在 正在钻 井或 下套 管作业 的表 层套管 段地层 ， 此 时 导管 已经 安装 但 未 安 装 防喷 器 B OP 和隔水 管 。当停止 循环 时 由于次生压 力储 存 使渗 透层 的压 力 高于 井 筒 压力 ， 地 层 流 体 流进 井 筒 并经 井眼 上返 至井 口。经 水 下 遥 控 潜 水 器 R OV 观察该 机理 引发 的浅 层 水 流在 初 期 非 常 明显 ， 井 口 处有 剧烈砂水 流 涌 出。随时 间推移 由于 渗透层 压力 逐 渐释放 衰竭 ， 浅层 水 流 会 由剧 烈 的涌 状流 变 成 轻 微 的雾状 流 。 胀 会 削弱砂 体 的结 构 ， 更 易形 成浅层 水流 ； 3 当环境 温度 升高和 压力下 降 时水 合 物会 分 解 ， 钻 井 过程 中 的水合 物分 解一般 与 钻 井 液循 环 后 温 度 升高 有 关 ， 而钻井 液温 度升 高主要 是 因为钻头钻 过水 合物 层后 经 过深 部高 温地层 循环 。因此 水合 物分解 会有 一个 时 间滞 后 ， 这 刚好 与 浅层 水 流 灾 害发 生 时 钻 头 已经 钻过浅 层水 流地层 而不 是刚 好钻遇 浅层水 流地 层 的 时 间滞 后相 符合 ] 。 次 生 裂缝 、 次 生 压 力储 存 以及 固井窜 槽 造成 的 异常压力传递都是属于人 为引起的次生机理 ， 而异 常 压力砂 体 和水合 物分解 则是 属于原 生机 理 。一 般 来 说 ， 次 生机理 引起 的浅层 水流 对井 的威胁-i 1 4 ， 不 会 造成很 大损 失 ， 在 下 入 表 层套 管 固井 后浅 层 水 流 基 本就会 消失 。而 原生机 理 引起 的浅 层水 流破坏性 很 大 ， 一 般 随时问推 移会 愈发严 重 ， 如 果不 加 以控 制 将造成经济损失并影响钻井安全 。由异常压力砂体 机 理引起 的浅 层水 流灾 害的普 遍性 和 巨大破 坏性 已 经 被证实 ， 在水 合物 机理 尚不 明确 的情况下 ， 异 常压 力 砂体机 理是 研究 的重点 | 4 ] 。 3 浅层水 流 的识别 和预测 2 ． 4 固井 窜槽造成 的异 常压 力传递 3 1 浅层 水流 的识 别 导管 和表 层套 管段 的 固井 质量不 好也是 导致 浅 层 水流 灾害 的原 因之 一 ， 高 压地 层 流 体 通过 水 泥 槽 流 回井 眼并驱 使砂水 流 动 。由于窜槽 和管 柱不居 中 等 原 因致 使 固井质 量 不 好 ， 水 泥环 没 有 很好 地 封 隔 住 地层并 且在 水泥 环 中留有水 泥槽 。地层 压力通 过 水 泥槽传 递并 携带 砂 水 一起 流 动 ， 砂 水 流通 过 水 泥 槽 或压 裂套 管 鞋 形 成 的通 道 流 回井 眼并 上 返 出 海 底 。如果 遇到 盖层 或套 管 柱 阻 碍不 能流 回井 眼 ， 砂 水 流就会 压裂 井眼周 围破 裂压力 较低 的地层 并通 过 裂缝 流动 ， 裂缝 会不 断扩展 最终 延伸 至海底 ] 。 2 ． 5水 合物 分解 水 合物 分 解机 理 目前 只是 一种 假设 ， 尚没 有 确 凿 的证据 。水 合物分 解机 理之所 以被 认为 与浅层 水 流有关主要有 3个原因 1 天然气水合物层 出现的 位 置与 浅层水 流灾 害 出现 的 位置 相 当 ； 2 浅层 水 流 产生的水几乎全是淡水 ， 一般来说海洋沉积盆地的 孔 隙流体应 该 近似 于 或 大于 海 水 密度 的 卤水 ， 浅 层 水流灾害中出现的大量淡水刚好与水合物分解时产 生 的大量淡 水 相符 合 ， 同 时水 合 物 分解 时 的突 然 膨 浅层 水流灾 害发 生时会 有一 些特定 的规 律 和表 观 现象 ， 浅 层水 流 的识 别 是指 根 据 这 些规 律 和 现象 来 判断浅 层水 流灾 害是否会 发 生 。通 常有 以下一 些 识别标志 1 发生的位置是否合适 是否满 足“ 深水 浅 层” 的特 点 ； 2 是 否发生 在新 生代快 速沉 积 区 沉 积 速 度 在 1 ml i I ． ／ a以 上 ； 3 经 水 下 遥 控 潜 水 器 R OV 观察 ， 井 口或 附近 海床表 面是 否有 砂水 流喷 出 或流 动 的现象 ； 4 经 RO V 观察 井 口附近 的地 面是 否 出现土坑 、 火 山状 的土 堆 以及 裂缝 。通 过 上 述标 志 可以初 步判断 浅 层水 流 的发 生 ， 再 结 合 岩 石 物理 特征 就可 以精确 确 定浅 层 水 流 发 生 的层 位 、 机 理 以 及地 层压 力等相 关 信息 ， 为控 制 和 处理 浅 层 水 流灾 害奠 定基 础 。 3 ． 2 浅层 水流地 层 的岩石 物理特 征 浅层水流灾害通常发生在疏松和孔 隙度、 渗透 率 、 压 力高 的砂层 ， 因此 砂 体 表 现 出低 有 效应 力 、 低 体密度、 低纵波速度 和低横波速度’ 的特点。 浅层水流地层疏松 、 多孔且饱含孔隙流体 ， 岩石颗粒 之 间不 胶结 ， 处 于一 种 近 似 于悬 浮 的状态 。随着 有 第 3 8卷 第 6期 叶 志等 深 水 钻 井地 质 灾 害 浅 层 水 流 问题 研 究 5 1 效 应力 的减 小 ， 岩石 颗粒 之 间 的内聚力 也 减小 ， 地层 就 呈现 出更 像 流体 的性质 。由于 流体 具有 抗压 不抗 剪 性 ， 剪切 波 比压 缩 波 衰 减 得 更 快 。随 着 有 效 应 力 的降低 ， 。 和 都 会 随 之 变 小 ， 并 且 当 有 效 应力 降 低 到一 定程 度 时 减 小 的 幅度 更 大 ， 进 而 ／ v 和 泊 松 比就会 突然 增大 。另外 浅层 水 流地层 的地 震波 衰 减也很 大 ， 尤 其 是 横 波 衰 减更 为 明显 。双 程 时 间 与炮检 距 的关 系 曲线 如 图 3 所 示 。从 图 3中可 以清 楚 看 到 ， 浅层 水 流 地 层 的 地 震 波 衰减 比邻 层 快 。浅 层 水流 地层 的独 特 岩 石 物 理 特 征 体 密 度 低 、 和 小 、 。 ／ v 大 、 泊 松 比高 以及 地 震 波 衰 减 快 为 预 测 和识别 提 供 了可靠 的依 据 ] 。 芝 盔3 ．0 鹾 4 O 炮检距／ m 图3 浅层水流地层地震波衰减图 Fi g． 3 The di ag r am o f s e i s m i c wa ve at t e nua t i on i n s hal l o w wa t e r flo w 3 ． 3浅 层水 流 的预测 在钻前并且没有邻井资料时 ， 利用地震资料预 测浅 层水 流是 唯一 可行 的方 法 。考 虑到 多分 量地 震 技术 的经 济成 本 以及 浅层 的适 应 性 问 题 ， 常规 三 维 地震 3 D 资 料 叠 前 反 演 已被 证 明 是 一 种好 的 浅 层 水 流预测 方法 。这 种基 于 AVO 振幅 随炮 检距 的变 化 原 理 的叠前 反 演 技 术 能 准 确描 述 地 层 的 、 。 、 体密度等物理特性 ， 利用 浅层水流地层与邻层之间 的物 理特性 差 异可 以 准确识 别 浅层 水流 。图 4为叠 前地震 反 演结果 、 。 、 密 度 和 泊 松 比对 比图 ， 通 过 、7 3 。 、 密度 和泊 松 比与邻 层 的对 比分 析 可 以精 确 确 定 浅层 水 流地层 。图 5 则 是 根 据 ／ v 与邻 层 对 比 突然增 大来 确定 浅层 水 流地层 。 预测浅层水流的流程 大体可 以分为 5步 1 收 集 高 品质 的叠前 地震 资料 ， 对 地 震资 料进 行校 正 、 保 幅 、 去 噪处 理 以提高 其分 辨率 ； 2 对地 震 资料进 行 地 层 学解 释初 步 圈定 可 能 发 生 浅 层 水 流 灾 害 的 区域 ； 3 对 圈 定 区域 的地 震 资 料 进 行 AVO 分 析 ， 标 示 出 浅层水 流地 层 ； 4 在 圈 定 区域 内进 行 基 于 遗 传 算 法 1 9 24 ∽ ＼ 幂2 9 蟊 鼷 3 4 3 ． 9 。 、 ， 川 2 ．0 2 ． 5 0 一 、 I I j 】 匪 F- r 1 L _ -1 _ _一 厂 L 卜 一 -⋯ ⋯ 一 二 一 声波速度／ m S 密度／ k g L 泊松比 原始模型 - - - - 反演模型 - 一 图4 叠前地震反演结果 速度、密度和泊松比 及浅层水流区域识别 F i g ． 4 T h e r e s u l t s o f p r e s t a c k i n v e r s i o n Ve l o c i t y 、D e n s i t y a n d P o i s s o n r a t i o a n d t h e i d e n t i fi c a t i o n g r a p h o f S WF z o n e l 7 8 1 8 6 1 9 4 2 O 2 21 O 2l 8 2 2 6 2 3 4 2 ．4 2 2 ． 5 0 2 5 8 26 6 2 7 4 深度／ k m 图5 叠前地震反演结果 值 及s wF 区域识别 F i g ． 5 T h e r e s u l t s o f p r e s t a e k i n v e r s i o n v p ／ a n d t h e i d e n t i fi c a t i o n g r a p h o f S W F z o n e GA 的叠前 地 震 反 演 ， 得 到 高 精 度 的 7 2 、 72 、 体 密 度 ， 通 过 与邻 层岩 石 物 理 特 性 的对 比确 定 浅 层 水 流 地层 ； 5 利用 叠前 反演 的 预 测 浅层 水流 区域 的地 层压 力 ， 为浅 层水 流 区域 的钻井 设 计服 务 。 4 浅层水流灾 害的处理方法 目前 还没 有完 全避 免 和控 制浅 层水 流灾 害 的方 法 ， 主要是 以预防 和 减 弱 浅层 水 流灾 害 对 深 水 钻井 的影 响为 主 。钻前 通过 地球 物理 方 法识 别 和预测 浅 层 水 流 ， 钻井 时尽 力 避 开 浅 层 水 流 区域 。 因生产 需 要 或浅 层水 流 区域 较 大 而 无 法 避 开 时 ， 就 需 要 准确 预测地 层孔 隙 压力 和 破 裂 压 力 、 设 计 合 理 的钻井 液 体 系 和套管 层 次并 采用 隔水 管钻 井 以应对 可 能 出现 的浅层 水流 灾 害 。结 合 浅层 水流 发生 的特 点 和浅层 岩 石物 理特 性 ， 可 以采 用安装 非 常规 导管 、 渗 透率减 损 、 优化 固井水泥浆设计等三种方法来削弱浅层水 流 的破 坏性 。 。 6 5 4 3 2 l O 、 52 4 ． 1安装 非常规导 管 安装 非 常规导 管是指将 高 强度 的导管下 到浅 层 水 流发 生的层 位并 用 水 泥浆 固井 ， 起 到封 隔浅 层 水 流 区域 的作用 。安 装非 常规导 管与 常规导 管最 主要 的 区别 在于导 管下 入 深度 的不 同 常 规 导管 下 人 深 度 在 1 2 O ～1 5 0 F in _ ， 而非 常规 导管 的下 入深 度 可能 要 超 过 5 0 0 m 。浅水 区导 管 一 般是 通 过 锤 人 法 由液 压 锤打桩 下人 ， 而深 水 区的导 管 则 是 采用 钻 入 法 安 装 。浅层 水流 多发生 在深水 区并 且非 常规导 管 的下 入 深度要 远大 于常 规 导 管 ， 因此 需 要 采用 钻 入 法 安 装 导管 。钻人 法安装 导管 的关键 是利 用导管 接头将 导 管和钻 杆连 接在 一 起 ， 这样 导 管 安 装也 就 和 钻 头 钻 进 同时进行 。钻人 法主要 是采 用井 下动力 钻具 驱 动 方式或 水力 喷射方 式将导 管下 到指定 层位 。安装 非 常规导 管 是 目前 处 理 浅 层 水 流 灾 害 最 有 效 的方 法 ， 在墨 西哥 湾 已有 成功 的实 际操 作 经验口 。 4 ． 2渗 透率减 损 渗透 率减损 是指将 一种 聚合 密封剂 泵人 浅层水 流地 层 ， 以此来减 小对 地层 渗透率 的损 害 ， 胶 结岩石 颗粒 并且 固结压 实 地层 ， 这 样 可 以达 到减 少 钻 井液 漏 失 以及 控制 浅层水 流 的 目的。 渗透 率减损 的操 作方法 是钻 头钻 至浅层 水流 地 层 上方 的某一点 ， 然 后 通 过钻 头 水 眼泵 人 凝 胶 状 的 密 封剂 。一段 时间后 ， 密封 剂受化 学性 质 、 温 度及激 活剂 的影 响开始 胶结凝 固。渗透率 减损 不但 可 以减 小对 地层 渗透率 的损 害 以及 减少地 层水 进入 井眼 的 量 ， 还可以胶结岩石颗粒并增加地层的结构整体性 ， 因此能够 有效 防止浅 层水 流灾 害l g 。 。。 。 4 ． 3优化 固井水泥 浆设计 优化 固井水 泥浆设 计是 指设计 一种 能够 快速凝 固并 且水 泥石强 度较 高 的水 泥浆体 系来 隔离 和封 固 浅层 水流 地层 。水泥浆 凝结 时 间短 可 以避免 和控制 浅 层水流 窜槽 ； 水泥 石 强 度 高则 可 以阻挡 浅 层 水 流 的冲蚀， 从而有效保 护套管柱。异常压力机理下的 浅层 水流 灾害 随时 间推 移 会越 来 越 严 重 井 眼 扩 大 使砂 体与井 眼接 触 面积增大 ， 因此 设计 一种 好 的水 泥浆 体系 对控制 浅层水 流灾 害至关 重要 1 。 5 结论与建议 1 浅层水 流灾 害分 布广泛 、 破 坏性 大且 难 以控 制 和解决 ， 深入 了解 浅层水 流 的特 征 、 形 成机 理及相 关概 念 ， 对 浅层 水流灾 害 的识别 、 预测 和处理 至关重 要 ， 同时也 为进 一步研 究提供 了理 论基 础 。 2 基 于 AV0技 术的 地震预 测方法 为浅 层水流 预测提供了丰富的岩石物理信息， 但其精度和可靠 性还 需要 进一步 验证 。 目前 对 于浅层水 流灾 害 的处 理还 没有很 好 的办法 ， 文 中提 到 的 3种 处 理 方法 还 需要 通过 实践来 加 以补 充 和完善 。 3 建议 就 浅层水 流灾 害开 展研 究 ， 研究 的方 向 应包括 浅层 水流 地层特 性 、 浅 层水 流流动 模拟分 析 、 浅层水 流识 别预 测 方法 、 深 水 地 层 压力 预 测 技术 以 及浅层 水 流灾害 处理方 法 。 参 考 文 献 [ 1 ] Al b e r t y M W．S h a l l o w wa t e r f l o w s a p r o b l e m s o l v e d o r a p r o b l e m e me r g i n g [ R ] ． OTC l 1 9 7 1 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] Os t e r me i e r R M， P e l l e t i e r J H， Wi n k e r C ． D， e t a 1 ． D e a l i n g w i t h s h a l l o w wa t e r f l o w i n t h e d e e p wa t e r Gu l f o f Me x i c o [ J ] ． Th e Le a d i n g Ed g e ， 2 0 0 2， 2 1 7 6 6 0 6 6 8 ． [ 3 ] Al b e r t y M W， Ha l l e M E， Mi n g l e J C， e t a 1 ． Me c h a n i s ms o f s h a l l o w w a t e r f l o w s a n d d r i l l i n g p r a c t i c e s f o r i n t e r v e n t i o n [ R ] ． S PE 5 6 8 6 8 ， 1 9 9 9 ． E 4 ]Ha r d a g e B A， R e mi n g t o n R， R o b e r t s H H．Ga s h y d r a t e a s o u r c e o f s h a l l o w w a t e r f l o w[ J ] ． Th e L e a d i n g Ed g e ， 2 0 0 6， 2 5 5 6 3 4 - 6 3 5 ． [ 5 ] Ma l l i c k S， Du t t a N C ． S h a l l o w wa t e r f l o w p r e d i c t i o n u s i n g p r e s t a c k wa v e f o r m i n v e r s i o n o f c o nv e n t i o n a l 3 D s e i s m ic d a t a a n d r o c k mo d e l i n g [ J ] ． Th e L e a d i n g E d g e ， 2 0 0 2 ， 2 1 7 6 7 5 6 8 O ． [ 6 ]Hu f f ma n A R， Ca s t a g n a J P ． Th e p e t r o p h y s i c a l b a s i s f o r s h a l l o w wa t e r f l o w p r e d i c t i o n u s i n g m u l t i c o mp o n e nt s e i s mi c d a t a [ J ] ． Th e L e a d i n g E d g e ， 2 0 0 1 ， 2 0 9 1 0 3 0 1 0 3 5 ． [ 7 ]Hu f f ma n A R， C a s t a g n a J P ． S h a l l o w w a t e r f l o w p r e d i c t i o n f r o m s e i s mic a n a l y s i s o f mu l t i c o mp o n e n t s e i s mi c d a t a [ R ] ． OT C 11 974， 2000． [ 8 ] Mo r e n o C， C a s t a g n a J ， Hu f f ma n A， e t a 1 ． Th e V p ／ v in v e r s i o n p r o c e d u r e a me t ho d o l o g y f o r s h a l l o w wa t e r f l o w S W F p r e d i c t i o n f r o m s e i s mi c a n a l y s i s o f mu l t i c o mp o n e n t d a t a [ R ] ． OT C 1 5 2 4 8， 2 0 0 3 ． [ 9 ] J o e F， Me d l e y G H J r ． De e p s t a r ’ S e v a l u a t i o n o f s h a l l o w w a t e r f l o w p r o b l e ms i n t h e Gu l f o f Me x i c o [ R] ． OTC 8 5 2 5 ， 1 9 9 7 ． [ 1 O ] Ga wi s h A． Ne w c l e a