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教你一招:在衰竭嚴重井中減少井壁失穩與鉆井液漏失

?教你一招:在衰竭嚴重井中減少井壁失穩與鉆井液漏失

在衰竭嚴重井中減少井壁失穩與鉆井液漏失

來自丨JPT
作者丨大安

中國南海油氣井的特點是衰竭嚴重以及窄密度窗口,這會造成嚴重漏失風險。足以維持井控要求的鉆井液密度,通常會超過碎屑巖與煤層的破裂壓力。因此,作業者面臨著兩難選擇,究竟是控制鉆井液密度(MW)低于破裂壓力以防止漏失,還是提供足夠的密度以防止溢流。

Alpha油田位于馬來西亞近海Sarawak盆地,水深約26米(85英尺)。由于存在碎屑沉積與不穩定煤層,該地區歷來被列為“高風險”鉆井環境。

本文描述了一種方法,能夠穩住“麻煩”區域,并使鉆進時的鉆井液密度可高于地漏實驗或地層完整性實驗預測的最大當量密度。在鉆進作業中穩定了微裂縫,緩解了許多與井壁失穩相關的問題。利用井壁“護盾”可使用更高的鉆井液密度,從而消除井中溢流風險,同時實現沒有鉆井液漏失進入地層。

此外,該技術還為低壓地層提供了更高的井壁強度,使鉆井作業能夠按計劃完成。因此,作業者顯著減少了循環漏失、卡鉆以及井壁失穩相關挑戰,從而有助于降低測井難度,提供質量更好、成本更低的生產井。

問題解決過程

鄰井分析。為了知曉鉆井風險與過去存在的問題,由馬來西亞國家石油公司領導的團隊分析了鄰井卡鉆的根源。對于鄰井1,卡鉆與井筒失穩造成了570萬美元的損失。該分析確定了煤層段發生卡鉆事故有三個主要因素:
1、 鉆井前未能了解煤層與低壓層位的構造;
2、 鉆煤層時裂縫橋堵材料不足;
3、 缺乏煤夾層鉆進與起下鉆的經驗,導致底部鉆具組合卡住。

鉆進前的地質力學分析。通過地質力學分析,研究了鄰井事故案例,確定出低壓層與煤層的最低鉆井液密度要求。面臨的挑戰:過高的鉆井液密度會導致煤層失穩,而過低的鉆井液密度會導致井壁坍塌。

利用地質力學模型與鄰井實際鉆進時的鉆井液密度,來預測井壁崩落。12.25寸井眼中預測出的大多數井壁崩落都與低壓煤層相關。一份內部地質力學報告還指出,鉆井事故經常發生于鉆至中完井深之后,這可能是基于時間的破壞機制與/或泥巖相互作用的結果。

協同設計井。利用三維可視化,確定潛在鉆井風險,包括斷層、碎石帶、層理面以及原生裂縫地層,使協作團隊能夠制定策略以最大限度地降低作業風險。將潛在煤層與低壓層的深度記錄在鉆井標準規程中,以便鉆井作業期間加強關注。
其中,失穩問題最嚴重的兩口井為鄰井1與鄰井3,這是研究的重點。失穩的可能原因是煤層以及平行于斷層的井眼軌跡。根據本研究的結果,對設計的井眼軌跡進行了調整,以降低節理面破裂的風險。

然而,由于碎石帶仍存在井壁失穩的潛在風險,并且V型走向的斷層可能會導致天然裂縫,因此必須設計鉆井液配方,以盡量減少井壁失穩問題。

鉆井液配方設計

量身定制的鉆井液。在對煤層巖心進行一系列室內試驗的基礎上,優化了含有橋堵顆粒與井筒屏蔽添加劑(WSA)的鉆井液配方。在實際鉆井作業中,進一步提高了設計鉆井液密度與WSA濃度。

開展的大量實驗室工作是基于鉆進煤層相關實驗的文獻調研。鉆井液設計的關鍵要素包括:保持井壁穩定的鉆井液密度,阻止煤層失穩的鉆井液體系?;卩従治雠c文獻綜述,設計的實驗旨在滿足以下目標:
1、 配制出密度為10.8 lb/gal的合成基鉆井液,擁有特殊橋堵材料與理想的流變性;
2、 根據滲透率封堵實驗(PPT)的結果,最大限度的減少煤層的流體侵入。

精心設計的鉆井液配方,能夠以極具競爭優勢的價格來滿足最佳性能要求。實驗室實驗表明需要定制配方,利用PPT與砂層實驗來優化WSA與兩種等級石墨的組合。在鉆井設計中明確規定需要進行WSA濃度測試,并且每天都要檢查。

井眼屏蔽添加劑。獲得專利的WSA能夠形成有效的封堵,減緩流體與壓力的侵入(圖1)。該技術與所有常見鉆井液兼容。一旦添加到鉆井液體系中,這些組分可在地層表面形成一層薄的、可變形但堅固的屏蔽或低滲透性屏障,暫時性的封堵孔喉(Herdes等人,2017)。

教你一招:在衰竭嚴重井中減少井壁失穩與鉆井液漏失

圖1(a)最初,井眼屏蔽添加劑(WSA)顆粒在流體中自由浮動。(b)隨著壓差的增加,WSA向地層遷移并形成保護層。(c)在最大壓差下,WSA形成一個幾乎不可穿透的屏障,防止流體與壓力侵入地層。

一旦形成這種低滲透屏障,井眼“護盾”就可為衰竭的低壓地層(包括煤)提供機械性保護。該屏障有效地增加了起裂壓力,阻止了地層裂縫的產生與擴展。WSA顯著降低了壓差卡鉆的風險。穩定井壁的同時還可減少非生產時間(NPT),避免了鉆井液漏失至地層的風險,從而降低建井成本,節約作業時間(Zeilinger等,2010)。

實踐與隨鉆鉆井液維護

煤層鉆進實踐。針對煤層與低壓層鉆進的挑戰,設計出一套專用于煤層鉆進實踐的分析與升級方案,并通過“紙上鉆井”、鉆井常用指令等多種活動與團隊成員進行溝通。這些活動確保整個團隊了解煤層以及低壓層的鉆進與起下鉆實踐。為避免機械干擾,在低壓層減少了鉆具的旋轉與倒劃作業。

鉆井液維護。在鉆入煤層之前12.25寸井段的鉆井液密度從10.2lb/gal漲至10.8lb/gal。鉆井液密度的增加可將煤層崩落的可能性降至最低,改善了井壁穩定性。該井段鉆進期間未發生漏失。鉆離煤層后,鉆井液密度降至10.4lb/gal。同時,作為預防措施,泵入了一種堵漏材料。該材料效果明顯,在風險區域繼續鉆進,并沒有造成嚴重的作業時間損失。

在整個煤層段中,WSA材料濃度維持在8lb/bbl。通過定期將基油緩慢注入活性體系來維持水/油比?;钚泽w系中過量石灰的含量保持在3lb/bbl以上,以保持鉆井液堿度,并防止二氧化碳或硫化氫氣體的侵蝕。氯化鈣(CaCl2)濃度保持在25至27wt%之間,并定期添加CaCl2,以提供240000至255000mg / L的水相鹽度以及0.75至0.76的水活度。

采用防失水材料,可將高溫/高壓鉆井液失水量維持在4毫升以下,同時通過適當添加初級與次級乳化劑,可將乳化穩定性保持在600v以上。在高溫/高壓鉆井液失水實驗中,濾液中沒有游離水,這很好的證明了兩種乳化劑的有效性。利用90微米陶瓷板每天進行PPT測試。

鉆井表現

Alpha 1與Alpha 2井比計劃提前23天成功完鉆,其中鉆進了329英尺的煤層,沒有發生井壁失穩,沒有造成非生產時間,創造了該區域的記錄。

將WSA濃度維持在最優值,以避免煤或低壓地層發生鉆井液侵入。根據鄰井卡鉆事故分析,防風險培訓以及量身定制的鉆井液有助于成功避免卡鉆事故的發生。
成功鉆探Alpha 2與Alpha 1井,為即將開展的項目設立了新的基準:
1、 提前交付;
2、 無鉆井事故(包括無井壁失穩,無卡鉆);
3、 無非生產時間。

鉆井液配方中,特別是WSA,提供了關鍵的穩定性。WSA封堵了低壓煤夾層,在鉆穿危險層位時,可增加鉆井液密度至超過破裂壓力梯度,且不會發生漏失。
有效的監測可實現在鉆入低壓煤層之前,盡早調整鉆井液性能,以確保優化鉆井液,并且整個井隊都將注意力集中于避免發生鉆井問題上。

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