欠平衡技術(shù)在國內外的應用現狀及效果分析

  目前已有20多個(gè)國家用欠平衡鉆井技術(shù)(UBD)施工3 500多口井,其中有直井也有水平井。

 

  1.美國例1,1982年美國?？松驹诘驴怂_斯州威爾遜縣,瑪薩里納瑞克油田鉆了24口井。該油田為裂縫性油藏,油層孔隙度為4%~9%,滲透率為0101@10-3~0.25@10-3Lm2,井深約2 500 m左右。24口井中,采用兩種循環(huán)體系鉆進(jìn),即常規鉆井液鉆井和低壓鉆井。其中21口采用常規鉆井液鉆井(19口井為普通鉆井液,2口為加重鹽水鉆井液),3口采用低壓鉆井(2口是霧化,1口是輕質(zhì)鹽水)。據奧斯汀白堊系地層完井的10口井統計,其中用普通鉆井液完井6口,開(kāi)采24個(gè)月,占總開(kāi)采量的18%,平均每井每月占總開(kāi)采量的0.1%;而用霧化鉆井2口,開(kāi)采23個(gè)月,占總開(kāi)采量的69%,平均每井每月占總開(kāi)采量的1.5%,比前者增加15倍。

 

  例2,在德克薩斯州西南有個(gè)開(kāi)采20年的老氣田,儲層壓力降到11.6 MPa,井深4 267 m,壓力系數為0.272。這樣低的壓力,用常規鉆井方式(普通鉆井液鉆井)和修井技術(shù)實(shí)際上是不可行的。因為水和鉆井液會(huì )傷害和淹沒(méi)氣井。所以,在原來(lái)油井附近又鉆了一口補充井,用穩定泡沫鉆生產(chǎn)層,泡沫流體防止了明顯的地層傷害。在裸眼完井后還未進(jìn)行酸化壓裂,這口井的產(chǎn)氣量就達70 800 m3/d。

 

  另外,欠平衡鉆井還在美國貝克油田,科羅拉多州的石灰巖和白云巖儲層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁(yè)巖儲層等獲得了成功的應用。

 

  2.加拿大例1,加拿大一個(gè)最好的欠平衡鉆井例子是在Rigel Halfway Poo1,實(shí)現了表皮傷害為零。產(chǎn)層是三疊系Halfway砂巖,平均滲透率為100@10-3Lm2,孔隙度為15%~20%,采用天然氣作為欠平衡鉆井介質(zhì)。鉆井過(guò)程中,采用頂部驅動(dòng)鉆機,井可以連續溢流。巖屑隨著(zhù)油流到地面,巖屑上返速度高,減少了巖屑固相對產(chǎn)層的污染。正式投產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量為鄰井直井的10倍。隨后,在附近又鉆了一口井,取得了類(lèi)似的產(chǎn)量,驗證了欠平衡鉆井在這種地層中的增產(chǎn)效果。

 

  例2,在加拿大的Weyburn油田,有90多口包括單油層、雙油層和三油層的井,因使用欠平衡鉆井而大幅度提高了產(chǎn)量,還提高了鉆速和鉆頭進(jìn)尺。并且四年里沒(méi)有發(fā)生卡鉆、井眼不穩定和環(huán)境污染事故。

 

  加拿大在其它許多地層中應用欠平衡鉆井技術(shù)也取得了好的效益。加拿大能源局(ERCB)的研究結果表明,欠平衡鉆井的安全記錄比常規鉆井也要好。

 

  3.阿根廷在阿根廷某地區,因在高壓層下有一低壓層,所以出現很多諸如卡鉆和套管經(jīng)常損壞等問(wèn)題。后來(lái)使用欠平衡鉆井技術(shù)連續鉆了3口井,不僅避免了地層污染,而且解決了原來(lái)預計可能出現的鉆井問(wèn)題。成功地進(jìn)行了取心、測井,并順利地強行下入了?177.8 mm套管,屬于欠平衡完井。

 

  在取得經(jīng)驗的基礎上,其它井也在欠平衡條件下完成了取心、測井和固井,減少了作業(yè)時(shí)間和成本。不僅如此,還省掉了技術(shù)套管,這進(jìn)一步減少了時(shí)間與成本,并且可選擇更大的井眼以滿(mǎn)足高產(chǎn)量的要求。

 

  目前在印度尼西亞、委內瑞拉、墨西哥、哥倫比亞和俄羅斯等也在推廣欠平衡鉆井技術(shù)。

 

  4.中國例1,70年代在四川有不少人使用/邊噴邊鉆0的方法打開(kāi)氣層,一般是用清水為循環(huán)介質(zhì),在真正的欠平衡條件下打開(kāi)氣層,這可能是最早的/欠平衡鉆井0。具體增產(chǎn)對比結果沒(méi)有詳細記錄,但據反映普遍增產(chǎn),井漏問(wèn)題也得以緩解。

 

  例2,新疆低壓油氣資源非常豐富,地質(zhì)儲量數億噸,但使用常規的鉆井液漏失相當嚴重。這一方面造成鉆井液費用大幅度增加,鉆井作業(yè)復雜,更重要的是影響勘探開(kāi)發(fā)的成功率和經(jīng)濟效益。新疆石油管理局首先安排了夏子街油田X1023和X1026井用空氣鉆井鉆開(kāi)產(chǎn)層。兩口井均在鉆開(kāi)產(chǎn)層時(shí)發(fā)生井噴,氣量最大有10@104~15@104m3/d(而該地區所有常規鉆井液鉆井均未測試到超過(guò)1@104m3/d的產(chǎn)氣量),并伴有大量原油產(chǎn)出,邊噴邊鉆100多米后完井。這兩口空氣井不但為夏子街油田1991~1992年的大規模開(kāi)發(fā)提供了極有價(jià)值的地質(zhì)參考資料,而且揭示了新疆石油管理局所屬油田有豐富天然氣資源,這是幾十年水基鉆井液鉆井所從未發(fā)現的,此結果為新疆石油管理局油氣開(kāi)發(fā)并舉的決策提供了直接依據。

 

  應用欠平衡鉆井技術(shù)應注意的問(wèn)題盡管欠平衡鉆井可能帶來(lái)眾多的好處,但應用不當,會(huì )適得其反。應用欠平衡鉆井時(shí)應注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

 

  1.地層是否適用欠平衡鉆井不是所有的儲層都適合欠平衡鉆井,經(jīng)驗表明,只有為適合的地區精心制定欠平衡鉆井計劃,才能獲得顯著(zhù)的技術(shù)經(jīng)濟效益,與設計合理的常規過(guò)平衡鉆井相比,設計與施工不當的欠平衡鉆井往往反而增加作業(yè)費用,加重地層傷害,降低油井產(chǎn)量。要想獲得最佳效果,在設計欠平衡鉆井之前,必須首先了解儲層一些相關(guān)特性參數,如地層的壓力、滲透率、孔隙度以及孔喉分布尺寸、地層流體物性等參數,然后在室內引進(jìn)欠平衡鉆井評價(jià)實(shí)驗,分析欠平衡鉆井可能造成的傷害種類(lèi)及程度,并以此作為篩選欠平衡鉆井是否合理的重要依據。

 

  2.選擇合理的鉆井液在欠平衡鉆井作業(yè)中,要始終維持欠平衡壓力狀態(tài)是很困難的,有時(shí)甚至是不可能的。因為有許多因素可能導致欠平衡狀態(tài)的喪失。而在欠平衡鉆井中,又沒(méi)有濾餅充當防止傷害性流體和固相顆粒侵入地層的屏障。因此,如果欠平衡狀態(tài)時(shí)不時(shí)地遭到破壞,即使是短時(shí)間遭到破環(huán),傷害性流體及其中的固相顆粒也會(huì )非常迅速地侵入地層,由此可能造成嚴重的地層傷害。所以,我們一方面要盡可能維持欠平衡狀態(tài),另一方面,鉆井液的選擇對欠平衡鉆井的成敗也很重要。

 

  設計欠平衡鉆井液時(shí)所考慮的因素之一就是同地層流體的相容性。欠平衡鉆井中存在的潛在問(wèn)題包括產(chǎn)出水或循環(huán)水同產(chǎn)出油或循環(huán)油發(fā)生紊流混合,形成極稠的穩定乳狀液。這種高粘乳狀液將增加泵送鉆井液的泵壓,使欠平衡狀態(tài)難以維持,并使氣體難以在地面分離,使固控問(wèn)題變得更加復雜。

 

  另一問(wèn)題是不相容的產(chǎn)出地層水和水基鉆井液濾液混合,生成結垢或沉淀物;或者產(chǎn)出油與油基鉆井液混合,形成瀝青沉積物,還有就是形成氣油乳狀液或泡沫。

 

  設計欠平衡鉆井的基液時(shí)所要考慮的第二個(gè)因素是產(chǎn)出地層水引起的稀釋問(wèn)題。在任何欠平衡鉆井作業(yè)中,循環(huán)流體可能被地層產(chǎn)出的流體迅速稀釋。如有地層水產(chǎn)出,水基鉆井液體系也可能受到污染。許多泡沫基體系對油和地層鹽水的接觸及稀釋有不良反應。

 

  腐蝕是需要考慮的第三個(gè)因素。如果用空氣或氮氣來(lái)建立欠平衡壓力狀態(tài),那么鹽水(產(chǎn)自地層或用作循環(huán)流體)與循環(huán)系統中的微量氧接觸時(shí),就具鉆采工藝與裝備有極強的腐蝕性。如果地層產(chǎn)出氣中含有H2S,這一腐蝕問(wèn)題就會(huì )變得更加嚴重。需要使用腐蝕抑制劑來(lái)防止鉆柱、連續軟管和井下裝置過(guò)早失效,應詳細分析游離氣、溶解氣以地層中可能產(chǎn)出的地層氣,以評價(jià)它們的可燃性和腐蝕性。

 

  粘度是需要考慮的第四個(gè)因素。如果欠平衡狀態(tài)喪失,基液的固有粘度會(huì )明顯減緩它向地層的侵入。

 

  自發(fā)的逆流吸入是需要考慮的第五個(gè)因素。在欠平衡壓力狀態(tài)下鉆低滲、親水、地下殘余水飽和度可能異常低的氣藏時(shí),即使存在連續的欠平衡壓力梯度,毛細管壓力效應也會(huì )導致水基鉆井液濾液逆流吸入近井地帶,而且這種逆流吸入具有潛在的傷害性。只有在鉆井過(guò)程中完全杜絕液體介質(zhì)(直接用氣體鉆井),或者在欠平衡鉆井作業(yè)中選擇非潤濕性流體作為基液,一般才能避免這一問(wèn)題的發(fā)生。

 

  總之,在選擇基液時(shí),應綜合考慮儲層、流體、作業(yè)和經(jīng)濟因素。

 

  3.安全問(wèn)題欠平衡鉆井不同于常規鉆井,主要就在于在鉆進(jìn)過(guò)程中,地層流體,甚至有害氣體,如H2S等進(jìn)入井筒,可能造成井下著(zhù)火爆炸或在地面引起事故,造成生命財產(chǎn)傷害。欠平衡鉆井對井控也提出了特殊的要求,因此,人們總是擔心鉆井的安全性問(wèn)題。要防止欠平衡鉆井意外事故的發(fā)生,首先對地層要有較為完善而準確的了解,精心進(jìn)行欠平衡鉆井的優(yōu)化設計,鉆前進(jìn)行欠平衡鉆井數值模擬或仿真,可以及時(shí)發(fā)現問(wèn)題或隱患。這一點(diǎn)對欠平衡鉆井尤為重要。第二,強化施工組織管理,精心安排,定崗定責;其次注意欠平衡鉆井過(guò)程的監測與預報工作,尤其地層壓力的預測,因為地層壓力是決定是否欠平衡,欠多少的最重要因素之一,因此,隨鉆地層壓力預測是十分必要的。另外,作好可能發(fā)生事故的防范措施。按這樣進(jìn)行欠平衡鉆井,安全應該具有保障。

 

  總結與建議(1)目前的石油工業(yè)勘探開(kāi)發(fā)形勢決定了必須發(fā)展新技術(shù)以適應低成本地開(kāi)發(fā)特殊油氣藏的需要,欠平衡鉆井以其自身獨特的技術(shù)優(yōu)勢,展示了良好的應用前景,從國內外的已有應用來(lái)看,欠平衡鉆井比常規鉆井具有更為顯著(zhù)的技術(shù)經(jīng)濟效益,難怪國外如加拿大,美國等如此重視此項技術(shù),具有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)服務(wù)公司和培訓計劃。而在我國,許多人并不熟悉或了解該項技術(shù)。實(shí)際上,這也正是束縛欠平衡技術(shù)在我國開(kāi)展實(shí)踐的重要因素。因此有必要在我國開(kāi)展欠平衡作業(yè)技術(shù)培訓班,講座或研討會(huì )和編寫(xiě)技術(shù)教材,便于專(zhuān)業(yè)人員學(xué)習。

 

  (2)積極開(kāi)展欠平衡作業(yè)技術(shù)的研究工作。目前,盡管?chē)馇菲胶饧夹g(shù)應用已相當多,人們發(fā)現這項技術(shù)還存在著(zhù)不足的地方,使用的效果不穩定。

 

  進(jìn)一步的研究表明,在這項技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中,使用不當仍然存在一定程度的地層傷害,而且有時(shí)是嚴重的地層傷害。

 

  事實(shí)上,早在80年代末90年代初,我們就著(zhù)手欠平衡鉆井的理論與實(shí)驗研究,有些技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在油田實(shí)施,如遼河油田循環(huán)不穩定泡沫鉆井、川西南惰性氣體循環(huán)泡沫修井等。通過(guò)我們多年的研究結合國外的研究現狀,總結了必須進(jìn)一步完善的技術(shù)如下:?低壓欠平衡鉆井配套的完井技術(shù)。雖然已有一些簡(jiǎn)單方法,但仍然非常欠缺,是整個(gè)配套技術(shù)中最薄弱的環(huán)節,極需提高。?配套的氣基流體測井、地質(zhì)錄井及增產(chǎn)改造技術(shù),這也是技術(shù)改造的重點(diǎn)內容,但需要更廣泛的跨學(xué)科攻關(guān)。?具有良好的保護油氣層的能力。分析欠平衡鉆井過(guò)程中地層傷害的機理,弄清傷害的可能性與程度,在非常規壓力控制關(guān)系(平衡、欠平衡)基礎上,應想辦法解決可能的儲層傷害問(wèn)題。?開(kāi)展欠平衡鉆井的數值模擬研究?，F有的欠平衡鉆井設計、施工,許多基于經(jīng)驗或簡(jiǎn)單模式的計算,具有盲目性和不可預見(jiàn)性,致使施工安全,經(jīng)濟效益等因素都受到影響。欠平衡鉆井數模應建立精細的欠平衡鉆井多個(gè)數學(xué)模型組,以此優(yōu)化各項鉆井參數,為欠平衡鉆井設計與施工提供科學(xué)依據和工具。這樣才能做到欠平衡鉆井的可預見(jiàn)性和科學(xué)性。

 

  (3)積極開(kāi)展欠平衡實(shí)踐?？蒲性核c現場(chǎng)單位密切協(xié)用,選擇比較理想的區塊,開(kāi)展欠平衡鉆井,然后進(jìn)行分析總結并推廣普及,讓此技術(shù)早日在我國石油天然氣工業(yè)的勘探與開(kāi)發(fā)中發(fā)揮其應有的作用。