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(guī)鉆井液鉆井和低壓鉆井。其中21口采用常規(guī)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(jù)奧斯汀白堊系地層完井的10口井統(tǒng)計(jì),其中用普通鉆井液完井6口,開采24個(gè)月,占總開采量的18%,平均每井每月占總開采量的0.1%;而用霧化鉆井2口,開采23個(gè)月,占總開采量的69%,平均每井每月占總開采量的1.5%,比前者增加15倍。

 

  例2,在德克薩斯州西南有個(gè)開采20年的老氣田,儲(chǔ)層壓力降到11.6 MPa,井深4 267 m,壓力系數(shù)為0.272。這樣低的壓力,用常規(guī)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?yàn)樗豌@井液會(huì)傷害和淹沒氣井。所以,在原來油井附近又鉆了一口補(bǔ)充井,用穩(wěn)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(dá)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?guī)r和白云巖儲(chǔ)層以及加利福利亞州的裂縫性黑碳頁巖儲(chǔ)層等獲得了成功的應(yīng)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(xiàn)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)。鉆井過程中,采用頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī),井可以連續(xù)溢流。巖屑隨著油流到地面,巖屑上返速度高,減少了巖屑固相對(duì)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,取得了類似的產(chǎn)量,驗(yàn)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。并且四年里沒有發(fā)生卡鉆、井眼不穩(wěn)定和環(huán)境污染事故。

 

  加拿大在其它許多地層中應(yīng)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(jié)果表明,欠平衡鉆井的安全記錄比常規(guī)鉆井也要好。

 

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

 

  在取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)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足高產(chǎn)量的要求。

 

  目前在印度尼西亞、委內(nèi)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氣層,這可能是最早的/欠平衡鉆井0。具體增產(chǎn)對(duì)比結(jié)果沒有詳細(xì)記錄,但據(jù)反映普遍增產(chǎn),井漏問題也得以緩解。

 

  例2,新疆低壓油氣資源非常豐富,地質(zhì)儲(chǔ)量數(shù)億噸,但使用常規(guī)的鉆井液漏失相當(dāng)嚴(yán)重。這一方面造成鉆井液費(fèi)用大幅度增加,鉆井作業(yè)復(fù)雜,更重要的是影響勘探開發(fā)的成功率和經(jīng)濟(jì)效益。新疆石油管理局首先安排了夏子街油田X1023和X1026井用空氣鉆井鉆開產(chǎn)層。兩口井均在鉆開產(chǎn)層時(shí)發(fā)生井噴,氣量最大有10@104~15@104m3/d(而該地區(qū)所有常規(guī)鉆井液鉆井均未測試到超過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(guī)模開發(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(xiàn)的,此結(jié)果為新疆石油管理局油氣開發(fā)并舉的決策提供了直接依據(jù)。

 

  應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)注意的問題盡管欠平衡鉆井可能帶來眾多的好處,但應(yīng)用不當(dāng),會(huì)適得其反。應(yīng)用欠平衡鉆井時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:

 

  1.地層是否適用欠平衡鉆井不是所有的儲(chǔ)層都適合欠平衡鉆井,經(jīng)驗(yàn)表明,只有為適合的地區(qū)精心制定欠平衡鉆井計(jì)劃,才能獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,與設(shè)計(jì)合理的常規(guī)過平衡鉆井相比,設(shè)計(jì)與施工不當(dāng)?shù)那菲胶忏@井往往反而增加作業(yè)費(fèi)用,加重地層傷害,降低油井產(chǎn)量。要想獲得最佳效果,在設(shè)計(jì)欠平衡鉆井之前,必須首先了解儲(chǔ)層一些相關(guān)特性參數(shù),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(shù),然后在室內(nèi)引進(jìn)欠平衡鉆井評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),分析欠平衡鉆井可能造成的傷害種類及程度,并以此作為篩選欠平衡鉆井是否合理的重要依據(jù)。

 

  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?yàn)橛性S多因素可能導(dǎo)致欠平衡狀態(tài)的喪失。而在欠平衡鉆井中,又沒有濾餅充當(dāng)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(yán)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(duì)欠平衡鉆井的成敗也很重要。

 

  設(shè)計(jì)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(wěn)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,使固控問題變得更加復(fù)雜。

 

  另一問題是不相容的產(chǎn)出地層水和水基鉆井液濾液混合,生成結(jié)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(shè)計(jì)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(duì)油和地層鹽水的接觸及稀釋有不良反應(yīng)。

 

  腐蝕是需要考慮的第三個(gè)因素。如果用空氣或氮?dú)鈦斫⑶菲胶鈮毫顟B(tài),那么鹽水(產(chǎn)自地層或用作循環(huán)流體)與循環(huán)系統(tǒng)中的微量氧接觸時(shí),就具鉆采工藝與裝備有極強(qiáng)的腐蝕性。如果地層產(chǎn)出氣中含有H2S,這一腐蝕問題就會(huì)變得更加嚴(yán)重。需要使用腐蝕抑制劑來防止鉆柱、連續(xù)軟管和井下裝置過早失效,應(yīng)詳細(xì)分析游離氣、溶解氣以地層中可能產(chǎn)出的地層氣,以評(píng)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(xù)的欠平衡壓力梯度,毛細(xì)管壓力效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)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題的發(fā)生。

 

  總之,在選擇基液時(shí),應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)層、流體、作業(yè)和經(jīng)濟(jì)因素。

 

  3.安全問題欠平衡鉆井不同于常規(guī)鉆井,主要就在于在鉆進(jìn)過程中,地層流體,甚至有害氣體,如H2S等進(jìn)入井筒,可能造成井下著火爆炸或在地面引起事故,造成生命財(cái)產(chǎn)傷害。欠平衡鉆井對(duì)井控也提出了特殊的要求,因此,人們總是擔(dān)心鉆井的安全性問題。要防止欠平衡鉆井意外事故的發(fā)生,首先對(duì)地層要有較為完善而準(zhǔn)確的了解,精心進(jìn)行欠平衡鉆井的優(yōu)化設(shè)計(jì),鉆前進(jìn)行欠平衡鉆井?dāng)?shù)值模擬或仿真,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題或隱患。這一點(diǎn)對(duì)欠平衡鉆井尤為重要。第二,強(qiáng)化施工組織管理,精心安排,定崗定責(zé);其次注意欠平衡鉆井過程的監(jiān)測與預(yù)報(bào)工作,尤其地層壓力的預(yù)測,因?yàn)榈貙訅毫κ菦Q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(yù)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(yīng)該具有保障。

 

  總結(jié)與建議(1)目前的石油工業(yè)勘探開發(fā)形勢決定了必須發(fā)展新技術(shù)以適應(yīng)低成本地開發(fā)特殊油氣藏的需要,欠平衡鉆井以其自身獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢,展示了良好的應(yīng)用前景,從國內(nèi)外的已有應(yīng)用來看,欠平衡鉆井比常規(guī)鉆井具有更為顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,難怪國外如加拿大,美國等如此重視此項(xiàng)技術(shù),具有專門的技術(shù)服務(wù)公司和培訓(xùn)計(jì)劃。而在我國,許多人并不熟悉或了解該項(xiàng)技術(shù)。實(shí)際上,這也正是束縛欠平衡技術(shù)在我國開展實(shí)踐的重要因素。因此有必要在我國開展欠平衡作業(yè)技術(shù)培訓(xùn)班,講座或研討會(huì)和編寫技術(shù)教材,便于專業(yè)人員學(xué)習(xí)。

 

  (2)積極開展欠平衡作業(yè)技術(shù)的研究工作。目前,盡管國外欠平衡技術(shù)應(yīng)用已相當(dāng)多,人們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)還存在著不足的地方,使用的效果不穩(wěn)定。

 

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

 

  事實(shí)上,早在80年代末90年代初,我們就著手欠平衡鉆井的理論與實(shí)驗(yàn)研究,有些技術(shù)已經(jīng)開始在油田實(shí)施,如遼河油田循環(huán)不穩(wěn)定泡沫鉆井、川西南惰性氣體循環(huán)泡沫修井等。通過我們多年的研究結(jié)合國外的研究現(xiàn)狀,總結(jié)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(jié),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(nèi)容,但需要更廣泛的跨學(xué)科攻關(guān)。?具有良好的保護(hù)油氣層的能力。分析欠平衡鉆井過程中地層傷害的機(jī)理,弄清傷害的可能性與程度,在非常規(guī)壓力控制關(guān)系(平衡、欠平衡)基礎(chǔ)上,應(yīng)想辦法解決可能的儲(chǔ)層傷害問題。?開展欠平衡鉆井的數(shù)值模擬研究。現(xiàn)有的欠平衡鉆井設(shè)計(jì)、施工,許多基于經(jīng)驗(yàn)或簡單模式的計(jì)算,具有盲目性和不可預(yù)見性,致使施工安全,經(jīng)濟(jì)效益等因素都受到影響。欠平衡鉆井?dāng)?shù)模應(yīng)建立精細(xì)的欠平衡鉆井多個(gè)數(shù)學(xué)模型組,以此優(yōu)化各項(xiàng)鉆井參數(shù),為欠平衡鉆井設(shè)計(jì)與施工提供科學(xué)依據(jù)和工具。這樣才能做到欠平衡鉆井的可預(yù)見性和科學(xué)性。

 

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