DQ油田淺層危害體特征及鉆井對策

李東旭

（大慶鉆探工程公司鉆井研究院, 黑龍江大慶 163412）

1 淺層危害體的成因

淺層危害體是指老油田經二次開發的密井網中, 因高壓流體浸入, 在儲層頂端以上淺層形成具有威脅鉆井安全的異常地質體。單一淺層危害體平面分布范圍比較小, 縱向上主要集中在N4段、N3段的砂巖及N2段底部泥巖。根據不同時期不同區塊鉆井情況證實, 在油田開發期間不斷有新的淺層危害體形成, 淺層危害體一旦形成以后, 可長期存在。

危害體主要是由于老井套管損壞后, 注入水浸入淺部地層形成。驗證注水井是否套損, 需要井下作業, 起下管柱檢驗, 導致部分套損井未能及時發現而繼續注水, 這是淺層危害體形成的根本原因。但并不是所有套損井, 發生套管刺漏、錯斷后都能形成淺層危害體, 這也給淺層危害體的預測增加很大難度。

2 淺層危害體的分類及特征

注水井套損后未及時發現而繼續注水是形成淺層危害體的主要原因。危害體其形成前提具有高壓的壓力源, 按照淺層危害體高壓流體聚集空間可分為獨立砂體危害體、泥頁巖水平層理危害體和斷層遮擋危害體。

2.1 獨立砂體危害體

淺層上部砂體, 砂體內處于原始地層壓力, 壓力大小與盆地沉積壓實作用有關。當對應砂體的注水井套管發生損壞后, 注入流體直接進入砂體, 逐步儲存, 壓力逐漸升高且擴散, 導致淺層砂體形成異常高壓。砂體內的孔隙壓力與砂體分布規模、注水時間的長短有關。在滲流力學中, 油氣在多孔介質中一般被認為是連續流體, 并且其多孔介質為連續多孔介質。滲流本來是真實流體在多孔介質中的流動, 由于多孔介質內部孔隙空間幾何形狀的復雜性以及流體在多孔介質中流動的復雜性, 因此人們常將一個任何性質都可以用連續方程來定義的連續介質系統來代表真實的多孔介質系統。

由于該類砂體無泄壓點, 其壓力分布規律符合平面徑向滲流理論（圖1）, 其壓力計算公式為：

圖1 平面徑向流滲流示意

式中：P——距注水井r處的壓力；

Pe——原始地層壓力；

Pw——套損層位壓力源處壓力；

Re——邊緣半徑；

Rw——井眼半徑。

2.2 泥頁巖水平層理危害體

泥頁巖水平層理, 在松遼盆地北部嫩二段底部普遍發育, 平均厚度5～8m。當注入壓力超過上覆地層壓力時, 流體沿層理浸入, 形成高壓危害體。該類危害體的壓力源有的是在該層位的套損井的流體直接進入地層, 有的是在油層段發生套損后, 流體沿井筒上竄后進入地層, 也有的是非套損井在正常注水后沿一、二界面上竄進入地層。只有當注入壓力大于地層破裂壓力時, 才能形成異常高壓體。其初始壓力Pf計算方法為：

式中：Pf——形成危害體初始壓力；

Pp——地層壓力；

μ——巖石波松比；

K——構造系數；

S——上覆地層壓力；

St——巖石抗張強度。

2.3 斷層遮擋危害體

在DQ油田, 斷層被認為是不滲透邊界, 注入水受到斷層遮擋形成高壓危害體, 特點是在斷層附近易形成高壓憋壓區, 邊界在斷層處。斷層遮擋危害體也稱之為斷層遮擋高壓區, 平面上, 一般位于注水井排與斷層交叉的銳角區域, 存在多條斷層時, 高壓區形成于兩斷層之間或交叉部位。縱向上, 危害體與注水層位同層, 有時會上下擴展到相鄰層位(圖2)。

圖2 斷層遮擋危害體示意圖

3 淺層危害體的鉆井對策

3.1 井筒階梯壓穩技術

針對淺層套損高壓層位和壓力系數差異, 在不同的井深應用不同密度的鉆井液, 平衡地層壓力, 保持井壁穩定。如某淺氣區一開密度1.25～1.30g/cm3, 淺層套損高壓區(100～110m)一開鉆井液密度提高至1.50～1.55g/cm3；在N4段套損高壓區應用密度1.55～1.75g/cm3的近平衡密度設計, 在N2段泥巖浸水高壓區提前100m加重, 密度1.70～1.75g/cm3近平衡密度設計。此設計方法避免了過早采用高密度的負面影響。

3.2 優化井身結構技術

根據單井地質情況, 調整井身結構, 適當增加表層下深和下入技術套管。根據某井發生井噴的深度, 利用電測資料對比, 確定層位對應N4段頂部砂巖層深度在100～120m之間, 增加表層下深到130m, 封堵高壓層, 控制了淺層套損高壓層出水問題, 二開鉆井液密度設計為1.30～1.35g/cm3, 避免了水侵復雜情況的發生。

Z71-P01井鉆至井深221.0m, 鉆井液密度1.80/cm3, 粘度50s, 泵壓15MPa, 發生井漏, 漏失鉆井液80m3。起鉆換牙輪鉆頭, 下鉆劃眼下7-5/8″技術套管247m, 恢復鉆進并順利完井。

3.3 危害體繞障技術

在清楚地掌握浸水高壓區范圍的情況下, 若高密度鉆井液不能保證井壁的穩定, 可采用安全區域定向鉆井技術, 即原井位移動一定距離, 采用繞障技術, 避開淺層復雜層位, 應用定向技術鉆達預定目的層, 完成鉆井施工（圖3）。

G429井776m水侵封井報廢后, 井口位置東移120m, 改為鉆定向井鉆井成功。截止目前, 已有300余口加密調整井采取危害體繞障技術成功完成復雜區鉆井施工。

4 結論

（1）危害體的形成與長期注水開發和套管損壞有密切關系, 根據成因可以對危害體的壓力進行預測。

（2）采用階梯壓穩技術、井身結構優化技術和危害體繞障技術, 可以有效解決淺層高壓問題。

（3）套管連接螺紋密封, 固井施工水泥漿返到地面, 防止井筒漏封。

圖3 避開危害體示意圖