×

钻井过程中井漏特征精细识别方法研究与应用(第一部分)

摘要

井漏是钻井工程中普遍存在的井下复杂问题,严重影响着钻井施工安全与钻井周期,井漏特征精细识别是高效治理井漏的关键。首先,综合测井、钻井、录井及地质等资料,结合漏层力学性质与物理机理分析,利用加权系数法,建立了基于“井漏综合指数”的井漏层位识别新方法。然后,研究了漏失通道类型及尺寸、漏失压差、漏失速度等井漏特征参数的定量分析方法,并给出计算模型,形成了多信息融合的井漏特征精细识别方法。该方法在X区块进行了实例分析,分析结果表明,X区块实际井资料的处理结果与现场实际漏失地层的层位、漏失类型及漏失速度等井漏特征基本吻合。井漏特征精细识别方法综合考虑了井漏的主要影响因素,利用其可以准确识别漏层的特征,为防漏堵漏技术优化及施工提供科学依据。

 

高渗透裂缝性、缝洞型地层钻完井过程中井漏严重且堵漏成功率低,建立井漏特征识别方法是防治井漏的关键,也是当前研究热点。根据漏失机理与发生原因,井漏可分为渗透性漏失、裂缝性漏失和溶洞型漏失,其中裂缝性漏失包括天然裂缝漏失和诱导裂缝漏失。漏失压差是分析井漏特征的关键参数。石林等人提出了地层极小漏失压力模型,并给出了漏失压差与地层孔隙压力、破裂压力的关系。国内外专家学者对漏失压差的见解不同,提出的模型也有差别,需根据实际地质工程条件选择合适的模型确定漏失压差。随着勘探开发不断深入,国内主要油田的井漏问题日渐突出,井漏层位确定方法也在不断发展。甘秀娥等人基于常规测井、成像测井资料分析,提出利用漏失层段测井响应特征来确定漏层的方法。钻井工程资料也广泛应用于确定井漏层位,陈钢花等人在传统立压变化测试法基础上,通过引入井径测井曲线,根据钻具组合和井身结构分段计算,使立压变化测试法趋于完善,井漏层位判断更加准确。

 

目前,多位专家对井漏特征识别方法进行了理论研究与实际应用探索,在漏失类型划分、漏失压力计算及漏失层位确定方法等方面均取得了进展。然而,目前国内外井漏特征识别一般局限于单一或部分信息资料,没有从多角度出发综合分析井漏的主要影响因素,缺乏对井漏主要特征参数的定量化分析,难以全面精细反映井漏特征。为此,本文综合利用测井、钻井、录井及地质等资料,建立了考虑漏失层位、漏失通道类型及尺寸、漏失压差、漏失速度等井漏主要特征参数的定量化分析模型,形成了井漏特征精细识别方法,提高了井漏识别的准确性,为防漏堵漏技术优化提供了科学依据。

 

1. 多信息融合的井漏特征识别基本原理

井漏是钻井过程中普遍存在的井下复杂情况,在各类地层中都可能发生。鉴于目前国内外井漏特征识别方法的局限性,提出了多信息融合的井漏特征精细识别方法。该方法充分利用多信息及多参数资料,综合测井、钻井、录井及地质等资料,建立了漏失层位、漏失通道类型及尺寸、漏失压差、漏失速度等关键参数的分析模型,以综合细化表征井漏特征。

首先,依据井漏产生的基本条件,并结合漏层力学性质与物理机理,建立了基于“井漏综合指数”的井漏层位识别新方法。针对渗透性漏失特点,通过分析物性参数确定平均孔喉半径,得到了渗透性井漏通道参数;对于裂缝性漏失,利用深、浅侧向电阻率测井资料计算裂缝开度,确定漏失裂缝尺寸。地层孔隙压力、地层破裂压力与井眼压力共同决定漏失压差大小。若地层存在原始漏失通道,则漏失压差主要为井眼压力与地层孔隙压力之差(压差漏失);若为诱导裂缝性漏失通道,则漏失压差主要为井眼压力与地层破裂压力之差(压裂漏失)。然后,基于漏失层位、漏失通道类型及尺寸、漏失压差和漏失速度等井漏特征参数分析结果,形成了多信息融合的井漏特征精细识别方法。

 

2. 井漏特征参数分析

X区块为断鼻构造,发育4条断层,构造落实,但距离断层较近。实钻过程中,井漏情况日益增多,且堵漏困难,导致钻井液大量漏失,严重影响正常施工。据不完全统计,水基钻井液井漏14井次,共计漏失1758.3m3,油基钻井液井漏13井次,共计漏失2035.60m3。准确定位井漏层位是堵漏作业能否成功的关键。

 

2.1 井漏层位分析

基于发生井漏的基本条件,分析了井壁两侧正压差、岩石孔隙度、渗透率与漏失层的相关性,如图1所示。由图1可知,漏层井壁两侧正压差略高于非漏层,且漏层物性较好,二者在井壁两侧正压差上区分较明显,在物性上区分不明显,说明X区块井壁两侧正压差对井漏的影响较显著。

图1.png 

基于以上分析结果,综合地层孔隙压力、地层破裂压力、井眼压力等力学性质与岩石孔隙度、渗透率、岩石平均孔喉半径等物理性质,通过分析X区块已漏井资料,建立了采用加权系数法计算“井漏综合指数”、确定井漏层位的新方法,井壁两侧正压差较大、物性较好的渗透性地层容易发生井漏。因此,渗透性地层井漏综合指数经验公式为:

公式1.png 

式中:ξ为井漏综合指数;r为地层平均孔喉半径,μmD50为钻井液固相颗粒粒度累计质量分数为时对应的粒径,μm∆pmax∆pmin为漏失压差的最大、最小值,MPa;φmaxφmin为孔隙度的最大、最小值;KmaxKmin为渗透率的最大、最小值,mD;αΔpαφαK分别为漏失压差、孔隙度、渗透率的权重。

权重由实际地层因素决定,对X区块已漏井相关数据进行总结,进行统计回归分析发现,该区块的权重αΔpαφαK分别取0.6,0.2和0.2时,井漏层位判断更为准确。井漏综合指数大于0.8,即可判断为井漏。

 

2.2 漏失通道类型及尺寸分析

渗透性地层的平均孔喉直径大于钻井液D50的3倍时,在压差作用下,易发生渗漏;裂缝性地层的裂缝开度大于钻井液D50时,在压差条件下易发生井漏。因此,将地层平均孔喉半径、裂缝开度作为2种典型漏失地层漏失通道评价参数。

 

 2.2.1 渗透性地层孔喉半径预测

1)孔隙度计算。单矿物含水泥质岩石模型适用于X区块孔隙度计算,主要利用密度测井值计算:

公式2.png 

式中:ρb为密度测井测得密度,kg/L;ρfρma分别为孔隙流体和岩石骨架的密度,kg/L;Vsh为泥质含量;ρsh为泥岩密度,kg/L;φ为岩石孔隙度。

2)渗透率计算。根据X区块实际资料分析结果,选用Timur公式计算渗透率:

  公式3.png

式中:Swb为束缚水饱和度;K为绝对渗透率,mD。

3)孔喉半径预测。先利用式(2)、式(3)计算地层的孔隙度与渗透率,然后计算地层的平均孔喉半径:

   公式4.png

 

2.2.2 裂缝性地层裂缝开度预测

漏层双侧向测井响应特征能反映裂缝特征,利用其可以计算不同倾角下的裂缝开度。高角度裂缝开度的计算公式为:

  公式5.png

低角度裂缝开度的计算公式为:

公式6.png 

式中:w为裂缝开度,μmCLLSCLLD分别为深、浅侧向电导率,S/m;Cmf为钻井液滤液的电导率,S/m。

其中,裂缝倾角由深、浅侧向电阻率确定。

 

2.3 漏失压差计算模型分析

漏失压差是研究钻井液漏失性质的关键参数。从压差角度和井漏基本条件方面分析,漏失压差是井漏时井壁两侧流体的正压差。根据地层胶结压实程度与漏失通道特征,建立了不同井漏情况下的漏失压差分析模型。

高孔、高渗或存在天然裂缝、溶洞的地层,井筒内压力大于地层孔隙压力即可能发生井漏,漏失压差近似于:

  公式7.png

式中:p为漏失压差,MPa;pb为井眼压力,MPa;pp为地层孔隙压力,MPa。

低孔、低渗胶结压实程度较好的地层,井筒内压力大于地层破裂压力,可产生诱导裂缝性漏失。诱导裂缝性漏失的漏失压差计算公式为:

 公式8.png

式中:pf为地层破裂压力,MPa。

返回