南海西部窄壓力窗口低滲高壓地層應(yīng)對(duì)方法

賈軻

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司 廣東 湛江 524000

南海西部鶯瓊盆地高壓低滲地層廣泛發(fā)育，且多為低滲地層。這種低滲地層明顯的特點(diǎn)就是在泥漿比重低于孔隙壓力的情況下揭開(kāi)，開(kāi)泵狀態(tài)沒(méi)有溢流，關(guān)井短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有套壓，有時(shí)候甚至在比重低于孔隙壓力 0.2 的情況下（視地層低滲的程度）循環(huán)也沒(méi)有溢流產(chǎn)生，關(guān)井沒(méi)有套壓，造成已經(jīng)壓穩(wěn)了地層的假象，而循環(huán)背景氣高或者單根氣明顯，在起鉆的中途發(fā)現(xiàn)灌漿量偏少甚至出現(xiàn)溢流的情況。這時(shí)可以通過(guò)觀察氣測(cè)和靜止?fàn)顟B(tài)觀察溢流的情況來(lái)摸清楚地層壓力，然后繼續(xù)提高泥漿比重至平衡地層壓力。而高溫高壓井通常伴隨著作業(yè)窗口小的特點(diǎn)，通常地層還沒(méi)有壓穩(wěn)的情況下就發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒(méi)有繼續(xù)提搞泥漿比重的窗口，進(jìn)一步提比重會(huì)造成地層漏失[1-2]，這時(shí)通常只能起鉆進(jìn)行下一步作業(yè)（通常是下光鉆桿棄井、電測(cè)、下套管等），但是在沒(méi)有壓穩(wěn)的狀態(tài)下起鉆進(jìn)行下步作業(yè)又有井控風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)需要對(duì)起鉆進(jìn)行下步作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

1 壓力摸索方法

1.1 靜止觀察法

通常情況在沒(méi)有壓穩(wěn)的情況下停泵是會(huì)有溢流，那么對(duì)于低滲地層也一樣，只是高滲地層表現(xiàn)的更為明顯。半潛式平臺(tái)可能會(huì)受升沉的影響，但是升沉只是短時(shí)間內(nèi)影響，幾個(gè)周期的就能將受升沉影響的那部分隔水管內(nèi)的泥漿完全排出，一般不超過(guò)半小時(shí)。所以停泵超過(guò)半小時(shí)后還繼續(xù)有穩(wěn)定的返出且沒(méi)有減小的趨勢(shì)，那么明顯就是沒(méi)有壓穩(wěn)，靜液柱壓力小于地層孔隙壓力。返出的大小取決于地層的滲透性以、孔隙壓力與泥漿液柱壓力的差值以及揭開(kāi)的目的層厚度。例如南海西部崖城 23-X 井，目的層壓力實(shí)測(cè)壓力系數(shù) 2.25，以2.08sg 揭開(kāi)以后，循環(huán)沒(méi)有溢流，但停泵后溢流明顯，溢流速度約 1.0 方/小時(shí)，如圖 1-a）。將比重提高至 2.15sg 后，停泵溢流速度 0.67 方/小時(shí)，如圖 1-b）。最后提高比重至 2.25sg 時(shí)靜止觀察才沒(méi)有溢流。

但是靜止觀察的方法只能定性的判斷地層壓力大于靜液柱壓力，如果靠每周增加泥漿比重 0.01 的方法去摸索地層壓力則需要花大量的時(shí)間。如果需要快速且準(zhǔn)確的摸索出地層壓力，還需結(jié)合氣測(cè)值來(lái)判斷。

圖1 不同溢流速度下返出口流量示意圖

1.2 氣測(cè)值判斷地層壓力系數(shù)方法

南海西部高溫高壓探井通常采用的井身結(jié)構(gòu)是采用 8-1/2in 甚至更小尺寸的井眼去鉆探目的層。循環(huán)狀態(tài)下如果壓穩(wěn)的情況對(duì)應(yīng)的循環(huán)氣測(cè)值通常小于2000×10-6（經(jīng)驗(yàn)尺寸越大，砂層暴露面積越大，相應(yīng)的循環(huán)氣測(cè)值越高），也就是說(shuō)如果循環(huán)氣測(cè)值大于2000×10-6，對(duì)應(yīng)的這個(gè)循環(huán)ECD是沒(méi)有壓穩(wěn)地層的。如果欠比重揭開(kāi)了高壓層，那么在逐漸提高比重的過(guò)程中 ECD 也是逐漸增加，相應(yīng)的氣測(cè)值會(huì)逐漸降低，當(dāng)ECD 增加到對(duì)應(yīng)一個(gè)遲到時(shí)間返出的氣測(cè)低于2000×10-6時(shí)，這個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)的 ECD 值就非常接近于地層的壓力系數(shù)，南海西部的多口井已經(jīng)得到了應(yīng)驗(yàn)[3-4]。

以崖城23-X井為例，采用 2.08sg 的比重揭開(kāi)壓力系數(shù)2.25的高壓低滲地層后，循環(huán)狀態(tài)下沒(méi)有溢流，循環(huán) ECD2.11g/cm3，對(duì)應(yīng)氣測(cè)高于80000×10-6，逐漸提高比重的過(guò)程中 ECD 也逐漸增加，對(duì)應(yīng)的氣測(cè)值也逐漸下降（如表1），當(dāng)ECD達(dá)到 2.25 g/cm3時(shí)，氣測(cè)值首次低于 2000×10-6，最后實(shí)測(cè)高壓層壓力系數(shù) 2.25。當(dāng)然也可以根據(jù)停泵以后單根氣的情況去評(píng)估地層壓力，如果沒(méi)有明顯單根氣，那么地層就壓穩(wěn)了，但是單根氣需要停泵且循環(huán)一個(gè)遲到時(shí)間后去觀察，所以效率上低于直接從觀察 ECD 對(duì)應(yīng)的氣測(cè)值去判斷。

表1 循環(huán) ECD 對(duì)應(yīng)的氣測(cè)值

表2 不同鉆井液比重下的溢流速度

實(shí)力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中，是結(jié)合了靜止觀察溢流及讀取ECD對(duì)應(yīng)的循環(huán)氣測(cè)去綜合判斷地層壓力，在樂(lè)東及東方區(qū)域的多口高溫高壓井已經(jīng)應(yīng)驗(yàn)其準(zhǔn)確性。

2 高壓低滲地層未壓穩(wěn)工況下的決策方法

第1部分闡述了高壓低滲地層摸索壓力的方法，但由于高溫高壓井通常窗口窄，在提比重過(guò)程中可能就發(fā)現(xiàn)沒(méi)有窗口再繼續(xù)提比重，但是地層還未壓穩(wěn)，再提比重就有漏失風(fēng)險(xiǎn)。這時(shí)就只能進(jìn)行起鉆下一步作業(yè)（通常為下光鉆桿棄井、電測(cè)或者下套管），但這又有井控風(fēng)險(xiǎn)，所以在進(jìn)行下步作業(yè)前就要對(duì)井筒在極限比重下的安全時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，以保障下步作業(yè)安全。

由于沒(méi)有壓穩(wěn)，所以靜止?fàn)顟B(tài)肯定有溢流，這時(shí)需要根據(jù)溢流速度及井筒允許的溢流量來(lái)并結(jié)合氣竄速度來(lái)評(píng)估安全時(shí)間。一方面是長(zhǎng)時(shí)間靜止（至少 4 小時(shí)以上），然后循環(huán)看氣測(cè)提前出來(lái)的沖數(shù)計(jì)算出氣竄速度，靜止時(shí)間短氣竄速度計(jì)算不準(zhǔn)。另一方面是觀察溢流趨勢(shì)，記錄不同泥漿比重下的溢流速度，并且最好在起鉆前摸索出一個(gè)可以接受的溢流量，綜合評(píng)估能否進(jìn)行下步作業(yè)。這里以崖城 23-X 井為例，目的層井段整體承壓當(dāng)量 2.90Sg（漏失），在4450m 揭開(kāi)采用比重 2.08sg 揭開(kāi)壓力系數(shù) 2.25（測(cè)壓取樣后才得知數(shù)據(jù)，鉆前預(yù)測(cè) 1.90）高壓低滲砂體，揭開(kāi)砂體后循環(huán)狀態(tài)沒(méi)有溢流，停泵溢流明顯，逐漸提高比重，期間觀察氣測(cè)并摸索出地層的壓力系數(shù)在 2.25 左右，并且記錄下不同比重下觀察的溢流速度，如表 2。

在提高鉆井液比重至 2.24sg 時(shí)，循環(huán) ECD 已經(jīng) 2.285，如果再進(jìn)行加重，則很大概率將壓漏地層。所以只能在比重 2.24sg 的情況下轉(zhuǎn)入下步作業(yè)。由于在前面已經(jīng)評(píng)估過(guò)，在比重 2.12sg 的情況下靜止 3 小時(shí)溢流 1.82 方后，開(kāi)泵循環(huán)出井底鉆井液，除了井底返出的部分泥漿的比重從 2.12sg下降至 1.98sg，粘度從38s 降低至 29s，井筒沒(méi)有劇烈反應(yīng)，也就是說(shuō)在比重 2.12sg 的情況下溢流1.82 方井筒是可控的。所以在比重 2.24sg 的情況下，溢流 1.82 方以?xún)?nèi)的時(shí)間都是安全時(shí)間。

調(diào)整比重至 2.24sg 后靜止觀察 5 小時(shí)，溢流速度 0.01 方/小時(shí)沒(méi)有明顯增加，開(kāi)泵循環(huán)出井底溢流流體，同時(shí)計(jì)算氣竄速度為 20m/h。當(dāng)然井筒靜液柱當(dāng)量會(huì)隨著溢流量的增加而降低，從而溢流速度增大。但是能根據(jù)不同的溢流量計(jì)算出井筒靜液柱當(dāng)量再對(duì)應(yīng)前面測(cè)的不同當(dāng)量下的溢流速度，就能計(jì)算出溢流1.82 方需要的時(shí)間，只要在這個(gè)時(shí)間內(nèi)完成下步作業(yè)即可。通過(guò)計(jì)算評(píng)估出溢流1.82 方所需要的時(shí)間超過(guò) 70 小時(shí)，同時(shí)計(jì)算 70 小時(shí)內(nèi)的氣竄高度為 1400m，在70 小時(shí)內(nèi)完成了光鉆桿下到底，完成棄井作業(yè)即可。

3 結(jié)論

通過(guò)摸索地層壓力及未壓穩(wěn)狀態(tài)起鉆進(jìn)行高壓低滲地層下步作業(yè)可以得出以下結(jié)論：

（1）欠比重揭開(kāi)高壓地層后，可以通過(guò)靜止觀察溢流情況或者通過(guò)循環(huán)

（2）ECD對(duì)應(yīng)的氣測(cè)來(lái)摸索地層壓力，且后一個(gè)方法快速準(zhǔn)確。

在窄壓力窗口情況下，對(duì)于低滲地層在未壓穩(wěn)狀態(tài)下，可結(jié)合提比重期間不同靜液柱當(dāng)量的溢流速度評(píng)估出極限比重下的安全作業(yè)時(shí)間，進(jìn)而進(jìn)行下步作業(yè)。