欠平衡鉆井條件下錄井技術(shù)研究

1、欠平衡鉆井條件下錄井技術(shù)研究     摘 要：隨著欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用，綜合錄井如何盡快適應(yīng)這一新技術(shù)的發(fā)展和挑戰(zhàn)，已成為錄井界面臨的重要研究課題之一。文章闡述了欠平衡鉆井工藝概況，欠平衡鉆井工藝對錄井的影響，相應(yīng)提出了一套較為全面的錄井措施和配套技術(shù)。對同類型作業(yè)的錄井施工具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：欠平衡；錄井；影響；措施；應(yīng)用；認(rèn)識(shí)在石油鉆探過程中，為了更有利于發(fā)現(xiàn)油氣層，保護(hù)儲(chǔ)層，提高鉆井速度，保障井下安全，越來越多地采用欠平衡鉆井技術(shù)，并取得了十分顯著的效果。隨著欠平衡鉆井新技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)有錄井技術(shù)和方法已不能滿足這一新技術(shù)的發(fā)展。目前，隨

2、著這一新技術(shù)的大量應(yīng)用，必須開展與之相配套的錄井技術(shù)的研究工作，以適應(yīng)勘探形勢的發(fā)展，促進(jìn)錄井技術(shù)及綜合解釋評價(jià)技術(shù)的全面提高。1.欠平衡鉆井工藝概況及配置1. 1 基本原理及方式欠平衡鉆井技術(shù)是指在鉆井過程中使鉆井液的循環(huán)壓力（包括液柱壓力和循環(huán)回壓） ，低于地層的孔隙壓力，允許地層流體進(jìn)入井眼，并將其循環(huán)到地面并加以有效控制的一種鉆井技術(shù)，又稱負(fù)壓鉆井技術(shù)。按照循環(huán)介質(zhì)的性質(zhì)來分類，主要有以下兩種方式：（1）液相欠平衡鉆井：主要采用低密度鉆井液來實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)。適用于地層壓力系數(shù)大于1. 05的地層。（2）氣相欠平衡鉆井：包括干空氣鉆井、氮?dú)忏@井、天然氣鉆井、霧鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井。適

3、用于地層壓力系數(shù)小于1. 05的地層。1. 2 工藝特點(diǎn)1. 2. 1 液相欠平衡鉆井工藝特點(diǎn)欠平衡鉆進(jìn)過程中，從井筒內(nèi)返出的混合物經(jīng)過井口鉆井四通、再經(jīng)過節(jié)流管匯節(jié)流閥的降壓控制，進(jìn)入液氣分離器將氣相分離出來，被分離出的可燃?xì)怏w通過燃燒管線排出井場并燃燒掉，液相和固相進(jìn)入固控系統(tǒng)將固相清除，液相進(jìn)入撇油系統(tǒng)后將油與鉆井液分離開，油進(jìn)入儲(chǔ)油罐，干凈的鉆井液被泵回循環(huán)系統(tǒng)。1. 2. 2 氣相欠平衡鉆井系列工藝特點(diǎn)氣相欠平衡鉆井系列可分為以下幾種：（1）氣體鉆井：包括空氣、天然氣、廢氣和氮?dú)獾冉橘|(zhì)，密度適用范圍為小于0. 02 g/立方米。（2）霧化鉆井：密度適用范圍0. 020. 07g/立方

4、米；（3）泡沫鉆井液鉆井：包括穩(wěn)定泡沫、硬膠泡沫、可循環(huán)泡沫鉆井，密度適用范圍為0. 070. 70g/ 立方米；（4）充氣鉆井液鉆井：在鉆進(jìn)的同時(shí)往鉆井液中注氣，其密度適用范圍為0. 70. 95 g/ cm3 ，是廣泛應(yīng)用的一種欠平衡鉆井方法。其主要優(yōu)點(diǎn)為：（1）應(yīng)用廣泛，適用于地層壓力系數(shù)小于1的低壓、枯竭的以及用液相欠平衡鉆井技術(shù)無法成井的儲(chǔ)層；（2）最大限度地減少對低壓產(chǎn)層的損害，進(jìn)而降低完井成本；（3）提高勘探開發(fā)效率，縮短勘探周期，降低勘探費(fèi)用；（4）機(jī)械鉆速提高25倍，提高單只鉆頭進(jìn)尺，降低鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間；（5）可以消除發(fā)生在低壓漏失層的鉆井液漏失、卡鉆等事故；2.欠平衡鉆井工藝

5、對錄井的影響欠平衡鉆井施工過程中，由于鉆井工藝、流程和循環(huán)體系的改變，常規(guī)錄井設(shè)備、方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)場錄井工作的需要，部分技術(shù)缺少理論基礎(chǔ)，主要反映在以下方面：2. 1 儀器設(shè)備的安裝受到限制欠平衡鉆井過程中，由于鉆井設(shè)備的增加和改進(jìn)，所需設(shè)備的數(shù)量和安裝條件發(fā)生了變化，致使部分儀器設(shè)備的安裝、使用及操作需做相應(yīng)的變動(dòng)。由于是負(fù)壓鉆井，對地層油氣的敏感性較強(qiáng)，如果鉆遇油層或含有H2 S地層，油層內(nèi)油氣會(huì)隨著循環(huán)物直接排出，油氣的分離和處置或H2 S的處置在現(xiàn)場直接進(jìn)行，給現(xiàn)場帶來了安全隱患，因此對錄井系統(tǒng)的安全防護(hù)技術(shù)提出了新的、更高的要求。同時(shí)現(xiàn)場存在多個(gè)高壓區(qū)，對設(shè)備和人員的安全及設(shè)備性

6、能提出了更高的要求。2. 2 錄井技術(shù)和方法的不足在欠平衡鉆井條件下，常規(guī)錄井的一些技術(shù)和方法已經(jīng)不能滿足錄井工作的要求，需要改進(jìn)和創(chuàng)新。（1）巖屑錄井首先，是巖屑采集的問題。由于欠平衡鉆井采用密閉循環(huán)體系，無法采用常規(guī)的振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)分離液固相的方式來收集巖屑。其次，是巖屑的識(shí)別問題。由于鉆井液密度較低，攜砂能力差，返出的巖屑樣品數(shù)量少，巖屑細(xì)小、混雜，代表性差；在使用油基泥漿、泡沫泥漿等泥漿體系的條件下對巖屑的評價(jià)與分析比較困難。第三，是巖屑?xì)w位問題。傳統(tǒng)的巖屑錄井是在取得了對應(yīng)于某一深度之處的巖屑進(jìn)行巖性的識(shí)別與油氣層的監(jiān)測，由于欠平衡鉆井工藝流程的變化，巖屑是經(jīng)過液固或氣固分離器后才能排出

7、循環(huán)系統(tǒng)，巖屑是某一層位的混合物，根本無法歸位。（2）氣測錄井由于鉆井工藝流程的變化，主要帶來以下幾方面的問題：一是以泥漿脫氣為主的氣體采集系統(tǒng)沒有了基礎(chǔ)，也就是說從井口上來的就是氣體，直接進(jìn)機(jī)分析，常規(guī)以脫氣為主的工藝要改變?yōu)槿绾卧诟邏毫ο虏杉接写硇缘臍怏w。二是欠平衡鉆井如果采用油基泥漿，氣測采集分析的是經(jīng)油氣分離器分離之后的流體內(nèi)的氣體，背景值較高，對地層油氣發(fā)現(xiàn)有影響，同時(shí)若井口回壓控制較高，原油容易進(jìn)入氣管線造成污染而發(fā)生漏測。三是在以液相作為鉆井介質(zhì)的欠平衡鉆井中，流體呈間斷返出，并因分離器中的氣體不能充分排凈形成的滯留氣的影響，使得信息被混淆、或被干擾、疊加，同時(shí)因欠平衡鉆井，

8、上部地層流體源源不斷地進(jìn)入井筒，對新鉆遇油氣層的發(fā)現(xiàn)造成困難。而以氣相為鉆井介質(zhì)時(shí)，地面有機(jī)氣體（有些地區(qū)部分井采用天然氣鉆進(jìn)）將直接影響氣測監(jiān)測，而其中的無機(jī)氣體則將影響CO2、H2、N2 的監(jiān)測。（3） 地層壓力錄井由于鉆井介質(zhì)發(fā)生變化，巖石破損機(jī)理跟常規(guī)鉆井也有所不同，傳統(tǒng)dc指數(shù)、sigma指數(shù)地層壓力監(jiān)測法已缺少相應(yīng)的理論支持，需要重新認(rèn)識(shí)與研究。在使用密閉循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行鉆井時(shí)增加了對鉆井負(fù)壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的難度。（4）工程事故預(yù)報(bào)由于欠平衡鉆井工藝發(fā)生了變化，常規(guī)鉆井條件下的部份工程事故預(yù)報(bào)的機(jī)理發(fā)生了變化，需要重新認(rèn)識(shí)與研究。（5）鉆井液錄井采用氣體、霧化、泡沫等介質(zhì)鉆井，原有綜合

9、錄井所采用的鉆井液錄井技術(shù)失去效用，從而減少了發(fā)現(xiàn)及評價(jià)油氣層的相關(guān)參數(shù)。2. 3 錄井技術(shù)缺少相應(yīng)的理論支持在常規(guī)鉆井過程中，循環(huán)系統(tǒng)采用泥漿泵入的方式，在欠平衡鉆井條件下，由于鉆井工藝的變化，循環(huán)系統(tǒng)也發(fā)生了變化，遲到時(shí)間的計(jì)算具有不確定性，缺少理論支持，具體表現(xiàn)在巖屑采集和氣體監(jiān)測方面，不能真實(shí)反映相應(yīng)井深的地層信息。3.欠平衡鉆井條件下錄井措施通過對欠平衡鉆井工藝技術(shù)條件的分析及對錄井施工作業(yè)的影響，需要對錄井設(shè)備和技術(shù)加以改進(jìn)和完善。3. 1 錄井設(shè)備改進(jìn)3. 1. 1 安全防護(hù)設(shè)備的改進(jìn)從增加現(xiàn)場錄井人員的安全性要求為內(nèi)容，確?，F(xiàn)場可燃?xì)怏w不能進(jìn)入儀器房，增加了錄井房增壓防爆裝置。

10、以加強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)人員的安全性出發(fā)，增加了H2 S檢測傳感器和可燃?xì)怏w報(bào)警器，聲光報(bào)警系統(tǒng)及防護(hù)設(shè)備以便及時(shí)采取措施從消除現(xiàn)場安全隱患出發(fā)對儀器房、地質(zhì)房中的各種電器、電路、電源等按防爆要求進(jìn)行改進(jìn)完善。3. 1. 2 錄井傳感器的改進(jìn)除常規(guī)錄井需要配置的傳感器外，在附加的欠平衡泥漿罐上增加一套出口泥漿性能傳感器，在欠平衡振動(dòng)篩上增加一只H2 S傳感器。根據(jù)設(shè)計(jì)泥漿密度范圍，對低密度的泥漿體系選擇使用適合量程的傳感器，或?qū)鞲衅餍阅苓M(jìn)行改進(jìn)。更換適合欠平衡鉆井的套管壓力傳感器，配備測量范圍在70MPa以上的套管壓力傳感器。為確保工程按照設(shè)計(jì)施工，增加電磁流量計(jì)和氣體流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控鉆井介質(zhì)的流量。

11、3. 1. 3 撈取巖屑裝置的改進(jìn)在欠平衡鉆井過程中巖屑撈取可采用以下兩種方式：（1）利用液氣分離器從井底返出的攜帶巖屑的鉆井介質(zhì)經(jīng)過液氣分離器分離后，流經(jīng)振動(dòng)篩，采集巖屑。（2）采用改進(jìn)裝置，在循環(huán)管線上撈取巖屑設(shè)計(jì)了二種簡易的巖屑取樣裝置。將取樣裝置安裝于鉆井介質(zhì)返出管線靠近排出口34 m的地方，巖屑返出時(shí)在擋板的作用下進(jìn)入收集器，收集巖屑時(shí)打開閘門，巖屑靠重力及氣流的推力排出來實(shí)現(xiàn)巖屑采集。3. 1. 4 氣體檢測裝置的改進(jìn)（1）配置雙套脫氣器，一套安裝于常規(guī)緩沖罐用于常規(guī)錄井的氣體檢測，一套安裝于欠平衡振動(dòng)篩用于欠平衡鉆井的氣體檢測。采用雙套脫氣器，可以在鉆井狀態(tài)進(jìn)行體內(nèi)循環(huán)和體外循環(huán)

12、的轉(zhuǎn)換時(shí)保證地層氣體連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測。（2）欠平衡鉆井如果采用氣相介質(zhì)時(shí)，可以在液氣分離器之后的排氣管線上安裝一套氣體取樣裝置，井內(nèi)返出混合氣體在進(jìn)入氣管線之前，經(jīng)過濾篩網(wǎng)一方面過濾掉固相物，同時(shí)也起到了減壓緩沖作用，即可直接進(jìn)機(jī)分析。3. 1. 5 安裝氣體流量計(jì)對于采用氣相介質(zhì)的欠平衡鉆井，可以在氣液分離器之后的燃燒管線上安裝氣體流量計(jì)，以便于監(jiān)測密閉鉆井過程中經(jīng)氣液分離器脫出的鉆井液氣體流量變化和在不中斷鉆進(jìn)的情況下初步產(chǎn)能計(jì)算。3. 2 錄井技術(shù)的改進(jìn)和完善3. 2. 1 巖屑錄井技術(shù)欠平衡鉆井由于鉆井液密度較低，攜砂能力差，返出的巖屑樣品數(shù)量少，而且?guī)r屑細(xì)小、混雜，代表性差，對巖屑的識(shí)

13、別帶來困難。對于此種情況，振動(dòng)篩應(yīng)改為80目以上的篩布，盡量減少細(xì)小真巖屑從振動(dòng)篩上流失，洗樣時(shí)應(yīng)盡量采用小水流，輕攪拌，稍微沉淀后倒去混水再換清水漂洗的方法，防止細(xì)小的真巖屑在清洗過程中流失。3. 2. 2 氣體監(jiān)測評價(jià)技術(shù)密閉鉆井時(shí)，鉆井液在從環(huán)空到達(dá)振動(dòng)篩之前，需要經(jīng)過液氣分離器，經(jīng)液氣分離器除氣后流向振動(dòng)篩，這樣，一方面在油氣顯示不好的情況下，可能會(huì)漏掉油氣層；另一方面，由于色譜采集分析的是油氣分離之后流體內(nèi)的原油伴生氣或殘余氣。在油氣顯示較好的情況下，會(huì)因?yàn)闅怏w值較高，容易造成氣路管線甚至色譜柱的污染，造成后續(xù)井段的假顯示，增加氣測解釋的困難，同時(shí)若井口回壓控制較高，原油容易進(jìn)入氣路

14、管線也會(huì)造成污染。為了解決以上問題，可以采用下面的方法予以解決：（1）定時(shí)對排氣管線中的氣體進(jìn)行取樣分析，見顯示時(shí)加密取樣。（2）比較氣體流量計(jì)輸出的流量曲線與色譜曲線變化進(jìn)行解釋。在色譜被污染的情況下甚至可以用氣體流量曲線確定顯示層位，同時(shí)用取樣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。（3）在進(jìn)行地層評價(jià)時(shí)，比較隨鉆氣體分析數(shù)據(jù)和定時(shí)取樣分析數(shù)據(jù)，取其相對較高中的值為實(shí)際地層氣體數(shù)據(jù)。3. 2. 3 OFA定量熒光分析技術(shù)液相欠平衡鉆井泥漿體系通常采用混油和加處理劑的方法來降低泥漿密度，這就使常規(guī)的巖屑熒光錄井技術(shù)和方法受到了很大的局限。為了解決這一問題，可以采用OFA定量熒光技術(shù)對錄井巖屑進(jìn)行分析，根據(jù)定量熒光

15、數(shù)據(jù)和圖譜不僅可以確定巖屑中的真假油氣顯示，還可以確定地層油氣含量和油氣性質(zhì)。3. 2. 4 地層壓力監(jiān)測技術(shù)傳統(tǒng)綜合錄井的地層壓力監(jiān)測方法主要為Dc指數(shù)法和Sigma指數(shù)法。在欠平衡鉆井過程中，如果采用液相介質(zhì)鉆井，這兩種方法仍然是檢測地層壓力異常的主要手段，如果采用氣相介質(zhì)鉆井，傳統(tǒng)的Dc指數(shù)法和Sigma指數(shù)法已缺少理論依據(jù)。通過研究，我們提出了兩種另外解決辦法，即井底流壓監(jiān)測法和井口壓力監(jiān)測法。（1）井底流壓法井底流壓是流動(dòng)泥漿對井底地層產(chǎn)生的壓力，錄井上稱作循環(huán)當(dāng)量密度（ ECD）。密閉鉆井時(shí)，我們用循環(huán)當(dāng)量密度與設(shè)計(jì)的井底流壓值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)鉆井欠壓值的監(jiān)測。在不同的鉆井深度，錄井

16、程序通過計(jì)算循環(huán)當(dāng)量密度，并與設(shè)計(jì)的井底流壓低值和高值進(jìn)行比較，若循環(huán)當(dāng)量密度值界于設(shè)計(jì)井底流壓低值和高值之間，則欠壓值是合理的；若循環(huán)當(dāng)量密度值大于設(shè)計(jì)井底流壓高值，則沒有達(dá)到欠壓效果；而若循環(huán)當(dāng)量密度值小于設(shè)計(jì)井底流壓低值，則欠壓值過大，容易造成井下事故的發(fā)生。實(shí)際錄井時(shí)，根據(jù)循環(huán)當(dāng)量密度實(shí)時(shí)變化曲線，適時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)井底流壓低值與高值的報(bào)警門限，就可比較直觀地掌握井底流壓變化情況。（2）井口壓力監(jiān)測法通過實(shí)時(shí)檢測套管壓力來檢測井口壓力變化，從而達(dá)到實(shí)時(shí)檢測井口欠壓值變化的目的。鉆進(jìn)中通過對比井口套管壓力與設(shè)計(jì)井口壓力的變化來調(diào)整鉆井欠壓值。正常欠平衡鉆井時(shí)，套管壓力值應(yīng)小于設(shè)計(jì)的最大井口壓力

17、值。當(dāng)套管壓力大于設(shè)計(jì)的井口壓力時(shí)，則欠壓值過大，需要采取措施防止鉆井事故的發(fā)生。3. 2. 5 工程事故預(yù)報(bào)除了常規(guī)鉆井條件下的工程事故預(yù)報(bào)方法外，更要總結(jié)和加強(qiáng)欠平衡鉆井條件下的工程事故預(yù)報(bào)。具體表現(xiàn)在：（1）如果注氣壓力增大，排出口有水噴出，則可能地層出水。（2）如果排砂管線出口出現(xiàn)火焰，停止注氣后，仍有氣體排出并見火焰，則可能地層出氣。（3）如果注氣壓力增大，火焰增高，并且伴有黑煙，則可能地層出油。（4）如果注氣壓力增大，同時(shí)轉(zhuǎn)盤扭矩增大，上提鉆具阻力增大，下鉆遇阻，有可能發(fā)生地層坍塌。 4.欠平衡鉆井條件下錄井技術(shù)的應(yīng)用窿x井是玉門油田分公司部署在酒泉盆地青西凹陷窟窿山逆沖斷裂帶窟窿

18、山構(gòu)造南翼上的一_口預(yù)探井，在井段2 970 m至3 300 m采用欠平衡鉆井技術(shù)，期間交替運(yùn)用了氣體、泡沫、霧化液三種鉆井介質(zhì)。錄井作業(yè)采用DR ILLBYTE增壓防爆型綜合錄井儀錄井，具體措施如下：（1）巖屑錄井在巖屑和鉆井介質(zhì)返出口附近，安裝一個(gè)取樣管線和閘門，為減小壓力起緩沖作用，安裝兩個(gè)閘門，取樣時(shí)先打開上閘門，讓巖屑進(jìn)入取樣管線，然后關(guān)閉上閘門，接著打開下閘門，在取樣口采集巖屑。（2）氣測錄井配置雙套脫氣器，一套安裝于常規(guī)振動(dòng)篩用于常規(guī)錄井的氣體檢測，一套定量脫氣器安裝于欠平衡振動(dòng)篩用于欠平衡鉆井的氣體檢測。在氣相介質(zhì)鉆進(jìn)過程中，在巖屑和鉆井介質(zhì)返出管線上做一出氣口，為防止巖屑等雜物進(jìn)入氣路管線，在出氣口與氣路管線之間做一個(gè)減壓篩網(wǎng)，地層反出氣體通過氣路管線直接進(jìn)入色譜儀器進(jìn)行分析。在進(jìn)行欠平衡鉆井時(shí)，在液氣分離器之后的排氣管線上安裝一套氣體取樣裝置，對液氣分離器從泥漿中分