低压欠平衡钻井——勘探钻井技术发展新动向(待续)

低压欠平衡钻井

)勘探钻井技术发展新动向(待续)

罗平亚 孟英峰

(西南石油学院完井中心,四川南充637001)

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摘要 从世界石油经济和供求前景分析出发,得到了石油工业上游领域必须重视难拿储量、重视改造挖潜、重视增产增效、重视提高探井水平的结论。从这些必须要重视的技术领域出发,分析了地质特点、储层特点和经济技术特点,指出了完成这些艰巨任务必须要采用低压欠平衡钻井技术。最后介绍了国外低压欠平衡钻井技术发展的现状及存在问题,结合西南石油学院近7年的储备研究成果,介绍了我国低压欠平衡钻井技术发展的重点和方向。主题词 勘探钻井;低压钻井;欠平衡钻井中图分类号 TE249.1

1 油气工业的近期形势和任务

1.1 油气工业将继续占有重要地位

目前可供人类社会消费的主要能源有石油、天然气、煤炭、水电、核能、以及其它新能源(如地热、风能等)。影响能源消费结构的因素很多,但主要是各种能源的可用性、安全性、供应能力和资源潜力。世界能源结构自60年代以来就进入了以石油、天然气为主的时代。1967年的能源结构中,石油占41%,天然气占18%,煤炭占36%。至1992年,总能源消费量与1967年相比增长了95%,能源结构中石油占42%,天然气增至24%,煤炭减至28%,核能占6%(1970年核能为0%),水电占比例仍很小。据预测,至2020年能源结构无太大变化,石油占40%。,天然气占28%,煤炭占25%,仍是以石油、天然气为主要能源的结构。

中国的能源消费结构,一直是以煤炭为主,在70年代之后形成了稳定的能源消费结构,其中煤炭占68%,石油占24.7%,天然气占3.5%,水电占3.8%(六五期间)。国家统计局依据9%的经济发展速度,预测2000年我国能源需求为:煤炭16.7亿吨,石油2亿吨,天然气300亿米,水电2400亿度。

考虑到以下具体事实:(1)中国经济的持续高速发展;(2)中国人口的持续增长;(3)至2020年世界汽车数量将翻番,主要来自于以中国为首的发展中国家。中国对石油的需求量很可能比预测的要

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高;能源结构中石油与天然气的比例将增大,接近世界平均值。

因此至下世纪中叶,石油、天然气在中国国民经济中的地位将更加重要,应特别注意油气工业的发展。

1.2 必需重视难拿储量,改造挖潜和增产增效世界石油市场主要由需求、供应、价格、资源等基本因素控制,但也严重受政治、军事等的影响,使世界石油市场极不稳定和复杂化。

由世界石油供求史及预测可知:1985年需求为570000万桶/天,其中OPEC供应占30%,非OPEC供应占70%。预测至2010年需求为800000万桶/天,其中OPEC供应增至52%,非OPEC供应减至48%。预测OPEC最大供应能力能供总需求的50%左右,尚有一半的缺口要由非OPEC供应补充。但OPEC原油成本很低(每桶4美元以下),非OPEC主要是中等成本原油(4~12美元/桶)和高成本原油(12~20美元/桶)。低、中、高三种成本原油大约各占总储量的三分之一。不同成本的原油在同样的需求条件下竞争,很富有挑战性。

世界石油市场严重受政治、战争等因素的影响,极不稳定。在世界油价涨落曲线上,明显地可以看出战争、政治的影响。典型相关事件有:1973年阿以战争引发了第一次石油危机;伊郎革命及两伊战争则引发了第二次石油危机;沙特阿拉伯在1985年宣布放弃平衡义务而导致了石油价格崩溃。在这些

1997)01)07收稿

罗平亚,男,1940年生,中国工程院院士40

西南石油学院学报 1998年

大起大落波折之中,原油消费国和输出国都受到了很大影响,干扰了国民经济的正常发展。

全球中、远期油气供应关系预测,必出现供不应求的局面。即便假设OPEC低价原油供应量始终保持增长,并满足全球需求量的一半(但实际预测OPEC供应能力在2020年前达到高峰,之后便开始下降),非OPEC中等成本原油综合递减率在4%至8%之间(设储采比为12),则在2005年至2010年之间将出现原油供应缺口。这个缺口只能靠非OPEC的高成本原油来填补,这高成本原油就是难拿储量,包括稠油、低渗透、复杂地质条件的油藏。

中国的情况更为严峻。1970年原油消费2800万吨,之后迅速增加,至1976年达7690万吨。1977年至1985年,消费处在一个平台水平,每年8000万吨至9000万吨。自1986年开始又迅速增加,年消费上亿吨,1989年为1.17亿吨,1995年达1.38亿吨,预计今后年消费量增长6%。2000年将达1.8亿吨,2010年可能达2.5亿吨。今后中国原油供求的缺口是无法回避的难题。

1.3 增加探明储量、可动用储量、开发潜在能源在21世纪,地下烃类能源仍将占最重要地位。目前预测的现有技术条件下远景资源枯竭是影响市场的重要因素。因此,努力勘探发现新油气资源是今后的重要任务。

但从油气勘探的历史来看,自1970年以后,OPEC的原油发现量急剧减少,1970年至1975年的年均发现量只为上一个5年年平均的40%;至1980年以后,年发现量只为前10年年均发现量的15%。

而非OPEC的年均发现量依然前景不错。待发现原油资源量中只有20%属于OPEC区域,80%属于非OPEC区域。天然气的勘探历史和潜力也有类似的结果。

我国石油远景储量约140亿吨,累计探明可采储量只占总量的40%左右,剩余潜力很大。探明的可采储量并非一个固定不变的值,而是随着技术进步而改变。例如,美国能源部1995年4月完成的一份调查报告,目的是调查水平井技术在美国、加拿大的应用情况。美国,碎屑岩储层的水平井占60%,稠油开发占10%,与直井相比增产比3.7,成本比为2.5,使原油探明可采储量增加8%;加拿大,碎屑岩储层水平井占46%,稠油开发占31%,与直井相比增产比5.6,成本比为2.5,使原油探明可采储量增加10%。开发利用地下潜在能源也是一个重要方面。目前看好的地下潜在能源有煤层气、深层煤气化、致密气、页岩气、天然气水合物、水溶气、地热、以及其它地下有机物质。80年代初,美国能源部、内政部决定组织项目开发致密气、煤层气、水溶气和地下有机物气化。目前致密气和煤层气已经形成工业化开发规模。从美国西部的致密砂岩气到东部的泥盆纪页岩气,有30万亿米的储量。利用气体钻井、水平井、裸眼完井和泡沫压裂,已经动用致密气12%,气井1万多口。美国煤层气有11万亿米3的储量,目前动用程度约达10%。

我国有丰富的煤层气资源(约35万亿米储量),但动用难度很高;我国还有丰富的油页岩资源;其它可利用的地下能源,目前勘查程度较低。如何开发利用地下潜在能源,是值得考虑的远景性技术。1.4 油气工业上游领域的近期任务

综上所述,石油工业上游领域的近期任务:(1)动用难拿储量;(2)老油气田改造挖潜;(3)降低成本提高效益;(4)增加探明储量;(5)开发利用地下潜在能源。

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2 钻井完井领域所面临的困难和问题

油气工业上游领域的近期任务具体内容如下:

低渗透油气资源

动用难拿储量原生性低压油气资源复杂地质条件下的油气资源非常规油气资源

老油气田改造挖潜增加探明储量降低成本提高效益开发利用潜在能源

任务2.1 低渗透油气资源

世界范围内,低渗透油资源占非常规油资源总探明储量的1/3以上。世界范围致密气总量不详,但在美国探明致密气储量是常规天然气储量的5倍。在中国,低渗透油估计储量达60亿吨,至少占常规油储量的1/3至1/2,而且比例逐年增加。低渗透油广泛分布于全国各地。中国致密气资源量不详,其原因是勘探程度较低。

低渗透储层由于其低渗透特性,而对勘探和开发带来了一系列问题。第2期 罗平亚等: 低压欠平衡钻井)勘探钻井技术发展新动向

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2.1.1 低渗透储层特征

(1)基质低渗、特低渗,有微裂缝存在:低渗透储层中的微缝极其重要,无缝一般无效益,低渗区块有时有相对高产井出现,也说明了缝的存在。对缝的认识、伤害机理、保护措施,以及缝的利用(如轨迹设计、井网规划、完井方法、注水与增产等)等问题非常重要,同时要特别注意缝面孔的伤害和保护。

(2)低渗储层的吸水是最严重伤害:低孔、低渗、强亲水、大比表面积,造成了高束缚水饱和度。而在储层原始状态,原始含水饱和度一般大大低于束缚水饱和度。这样,储层一旦用水基液体打开,很高的毛管作用力使地层强烈吸水,深达几厘米至几十厘米。这种吸水在负压差条件下照样进行,而正压差下的渗流则加剧水侵深度。吸水程度还受工作液中无机盐、表面活性剂等的影响。储层吸水达到束缚水饱和度为止,水量增加形成的水膜(水合层)使油气流道减小,甚至产生完全水锁。低渗油层吸水伤害可达25%~50%,特低渗油层可达50%~90%;致密气藏更为严重,很多实例可以说明气井经水基泥浆作业后减产、停产,气井水淹后产能不能恢复。

(3)非达西渗流规律造成启动渗流压差:低渗储层固液界面上的表面作用、毛管作用、电化学作用增强,导致非达西渗流的启动压差。这导致了注不进、采不出;注入区特高压、采出区特低压;油井一旦停产,不易再次启动。同时导致了储层抵抗伤害的能力极差,伤害后的恢复能力极差。

(4)特殊的孔喉结构导致储层易伤害:低渗储层孔喉结构出现细喉峰突出,而大孔道峰不明显,这与中、高渗储层相反。细喉流道为主,导致了储层对液相伤害、固相伤害都敏感。外来固相伤害中,除颗粒状外,更严重的是纤维、聚合物的伤害。高分子聚合物伤害达60%,尤其是线性高分子聚合物。国外在钻开低渗储层、尤其是气层时,避免任何聚合物,这一点在水力压裂中也要注意,避免伤害缝面孔。

(5)粘土矿物与其它充填矿物是造成伤害的重要因素:低渗透的主要原因是孔隙中充填矿物存在(原生和自生),而多是敏感型矿物。微缝、孔隙中粘土矿物为主。含量在5%~20%,形态多为膜状、桥状、团状、鳞片状等,与水作用后膨胀、分散。这种水敏性伤害一般达40%,最高80%~90%。这是水基流体打开储层伤害的第二位影响因素,是注水开发失败的主要因素。(6)双储双渗空间的伤害与保护:微缝提供了主要流道,是保护对象,但对储集作用不大(孔隙度小于1%)。缝面孔是沟通储集体与微缝通道的门户,是主要保护对象。不可忽视微孔隙储集体,该空间往往占总孔隙体积的50%~80%,要改变储层保护中/保大中喉,大中喉占80%产液量0的观点。保护由缝(天然缝、人为开裂缝)、到缝面孔、到储集体。

(7)低储层压力是造成严重伤害的原因:低渗透对应着低储层压力,一般低于0.9;也有常压和超压低渗透,但很少(10%以下)。低压的主要原因是非达西渗流的启动压差,有时也由于构造作用、成岩作用、地下水文作用产生。我国低渗透储层,90%埋深小于3000m。低压造成了用常规方法钻井、固井、完井的高压差,从而导致了严重伤害,甚至不可恢复的伤害。

(8)应力敏感性和干扰应力:低渗透储层因依靠微裂缝导流,因此有较强应力敏感性,而有些情况下应力敏感性伤害不可恢复。而造成应力敏感性伤害的最大干扰应力,是泥页岩夹层、盖层的长期吸水造成的水化膨胀应力,这一点在大庆、吉林等地注水开发中已非常突出。因此,用水基工作液打开产层,产层注水开发要小心。

2.1.2 低渗透资源勘探开发的主要问题

(1)用常规水基泥浆钻井打开储层,造成极为严重的储层伤害。使得探井钻井过程中无明显油气显示,从而漏掉油气层。完井后一般无产或低产,大多要经过增产改造才有产。

(2)常规的注水泥、固井完井,造成了储层更为严重的伤害,而射孔第二次打开储层,又造成了储层暴露程度不完善伤害,对微缝控制的低渗储层伤害尤其大。

(3)低渗透储层开发中强调/密井网、强驱替0模式。/密井网0是高强度开采、高强度驱替的基础,按最终采收率为目标,越低渗透要求井网就越密。但按经济效益为目标:越低渗透单井产量越低,经济效益越差,应少投入、稀井网。因此,开发上要求的/密井网,强驱替0同经济上的/合理投入产出比0发生矛盾,而且越低渗矛盾越加剧。

(4)低渗透油田一般多采用大型、巨型水力压裂进行单井改造或整体改造。某些情况下水力压裂是有效的,但在另外一些情况水力压裂往往无效、低效。储层的强水敏性、强吸水性及其它极敏感的伤害原因,常导致水力压裂中压开了缝,而伤害了缝面42

孔,压裂缝成了无效缝。

西南石油学院学报 1998年

非均质。复杂储层所带来的主要问题有:

#微小缝发育的储层,用常规钻井技术打开,造成严重的储层伤害,常规的储层保护技术低效。

#中大缝系统和溶洞的储层,用常规钻井技术打开,不但储层伤害严重,而且严重漏失,有时甚至漏失严重到了有进无出、无法正常钻井,即用常规钻井技术根本打不成井。

#碎裂体储层和疏松砂体储层,用常规钻井技术打开,造成产层严重垮塌,同时伴有严重井漏,无法正常钻进、无法完井。

#复杂储层容易出现漏喷同层,也容易出现井漏诱发井喷,使钻井失败。2.4 非常规油气资源

重油、高凝油、天然沥青等稠油资源,储层压力低,砂体松散,用常规钻井方法容易造成严重储层伤害和出砂。浅层气、致密气、煤层气等非常规气资源,储层压力低、强吸水、强水敏,用常规钻井技术低产甚至无产。

2.5 老油气田改造挖潜

老油气田改造挖潜的潜力很大,有人估计此部分产量将占非OPEC产油量30%左右。

老油气田改造挖潜和提高采收率,是推迟油气资源枯竭的重要手段。经济消费模型预测:在全球范围内,采收率每提高1%,消费期可增加2~3年。老油气田改造挖潜遇到的主要困难有低压、高含水、复杂压力体系。

开发中、后期压力枯竭是世界性普遍问题。储层压力降低非常明显,但采出程度很低(很多低于20%)。典型实例如辽河高升构造(压力系数已降至0.6),四川威远气田(压力系数已降至0.35),但剩余储量还很多。在这样的区块用常规钻井技术钻调整井,则会对储层带来难以恢复的严重伤害。在辽河高升构造就曾普遍出现过这样的问题,后采用充气液钻井,情况大有好转。

注水开发油田,尤其是早期保压注水,油田至中、后期普遍高含水。个别油田(尤其是低渗裂缝型)很快含水达50%,但采出程度不足10%。

油田开发中、后期的改造挖潜,普遍面临复杂压力体系。尤其是主力油层已经枯竭,准备开发非主力油层,此时的钻井往往面临复杂压力体系:低压枯竭层、常压未开采层、高压注水层、泥页岩水化高压层。要求稳定水化页岩、封住高压层、防止低压层漏失、保护待开发储层。复杂的井身结构导致高成本,(5)低渗透储层最好是早期采用自然能力开采,后期是否注水视情况而定;也有人主张采取早期保压注水开采。但的确许多低渗透储层不适合采用注水开采,强水敏、高束缚水饱和度、泥页岩、水沿微

缝窜进等,是注水开发失败的主要原因。2.2 原生性低压油气资源

几乎所有低渗透都是低压。近年来世界各地发现除了低压低渗外,还广泛存在着低压中渗、高渗、特高渗。各地的稠油资源多为低压。在我国,低压储层广泛见于新疆、长庆、辽河、四川、大庆、胜利、青海、江苏等地。其储层压力系数均低于1,多在0.9左右;目前已知最低有0.7(长庆)和0.6(新疆焉耆种马场)。

这种低压储层用常规泥浆钻井会出现正压差过大,使储层严重伤害而无产、低产,有时还会出现漏失和压差粘卡。

2.3 复杂地质条件下的油气资源

中国储层按岩性大致分类如下:

砂岩:主要在大庆、胜利、辽河等地区

碎屑岩砾岩:典型有克拉玛依、孤岛、雁翎等油田。

页岩:仅在四川、青海有发现。井水

按岩性分碳酸盐岩:主要在四川、渤海湾、塔里木、柴达木等盆地。火成岩:主要在渤海湾、准噶尔、胜利、辽河等地。

变质岩:主要在玉门、辽河、渤海、胜利、华北、塔里木等地。

如果按储渗空间结构特征分类则如下:

中高渗砂岩致密砂岩

孔喉砂岩均质砂岩层

中国储层特征碎屑岩裂缝性砂岩

砾岩(不均质孔、缝、洞共存)页岩(微缝、高水敏超微孔为主)

碳酸盐岩(孔、缝、洞组合型)火成岩(裂缝、溶孔、自碎体)变质岩(缝、洞组合)

1987年统计,我国140余个含油气构造,按储

层特征分类大致分布如下:孔隙型,约40~50个;孔隙裂缝型,约20~30个;孔缝洞型)碳酸盐岩类,约50个;变质岩类、火成岩类,共约20~30个。

带裂缝的复杂储层按储量究竟占多大比例?目前不详;国外有人估计,至少占50%左右。

裂缝的存在状态复杂多样,造成了储层的严重第2期 罗平亚等: 低压欠平衡钻井)勘探钻井技术发展新动向

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甚至压力系统复杂到了不可能用井身结构解决的地步。

2.6 努力增加探明储量

常规的钻井方法已经越来越难以适应日趋复杂困难的勘探任务。勘探成本的逐年提高,最主要原因是勘探成功率的降低。越来越复杂的地质条件和储层条件使得探井很难打成,打成后发现油气层的能力很差。因此,需要提高对复杂地层的勘探能力,提高勘探精度,保证及时、准确、无遗漏地发现油气层。

2.7 降低成本、提高效益

最重要的是提高勘探开发成功率,少打干井,多出油气。重点要考虑合理的钻井方法(轨迹、压力、流体等),钻井过程中储层的发现和保护,合理的完井方法和增产改造措施,合理的开采方法。

其次是要注意提高钻井效率,降低钻井成本。在油田勘探开发中钻井费用占1/3至1/2,降低钻井费用是非常值得重视的问题。

国外应用结果表明:低压欠平衡钻井可以提高钻速4至10倍,钻头寿命可延长1倍以上;而低压欠平衡钻水平井,又可使油井增产3至10倍。因此,这是一个近几年受高度重视的新技术。2.8 开发利用潜在地下能源

这是远景性技术进步内容。我国目前最具潜力的是煤层气和深层煤气化。我国煤层气资源量,仅在1200m以内,约35万亿米3;若计入深层煤,则数量至少翻倍,大大超过常规天然气资源量。

害会影响后期增产改造的效果;而对某些复杂储层而言(如低渗透),前期储层伤害的后果,无论如何也无法通过后期改造消除,增产改造甚至达不到无伤害打开储层的产量。

例如:胜利油田坨71井,用管外封隔器裸眼完井、不注水泥不固井,无增产改造,初产400t/day,稳产已一年多(70t/day)。而周围四口邻井,均为注水泥、射孔完井,都是经酸化压裂后出油,日产只有3至13t/day,其中坨71-2井日产13t,是两次酸化、一次压裂后的结果。可见,后期的增产改造未达到无伤害完善打开储层的产量。

(4)储层伤害严重损害油气资源,影响最终采收率(降低油井产能和增加井下作业成本)。(5)储层伤害严重影响着经济边际油田的开发价值。

因此,储层保护,无伤害地打开储层,确实是/少投入、多产出0的重要措施,无论如何强调都不过分。为了防止储层伤害,应遵循如下几条保护储层的原则:

(1)不该进入储层的外来流体,争取不进或少进;(2)难以避免进入储层的外来流体(如某些情况下的钻井液、完井液、压井液等),应保证良性、配伍、低伤害;(3)必须进入储层的外来流体(如酸液、压裂液、驱替液等),必须保证良性、配伍、无伤害;(4)已经进入储层的外来物质,应保证可以反排、溶解、破乳,消除其伤害影响。

依据这些原则,近10年来国内外发展了一系列的保护储集层的钻井技术如下所示。

3 保护储集层的屏蔽暂堵技术

储层伤害是影响勘探开发成功率的决定因素之一,也是影响可开发油气资源储备的重要因素之一。

(1)严重的储层伤害(或极易被伤害的储层),可能导致枪毙油气层、漏掉油气层,而使勘探开发失败。

(2)严重降低储层产能及产量,影响资料的真实性和解释的准确性,造成储量、面积、产能估算错误,导致开发方案制定严重失误。

(3)严重降低酸化、压裂等改造措施的增产效果,增加措施实施的难度和投入成本。

有一种错误认识:储层伤害并不可怕,只要后期采用酸化压裂改造,就可以消除储层伤害的影响。实际情况并非如此:对一般储层而言,前期的储层伤44

西南石油学院学报 1998年

特殊工作液是专门配制的良性、配伍、无固相的液体,如清洁盐水体系、油基工作液体系。但由于成本原因和综合性能原因,这些工作液不能很好地用做钻井液,国外经常用做射孔液、修井液、压井液等。

在常规钻井液基础上改造的屏蔽暂堵技术,是保护储层的一项简单易行、而效果显著的好方法,近年来在国内得到广泛应用。

屏蔽暂堵技术利用了变害为利的思维方法,利用了一定尺寸的固相颗粒会堵塞孔道的特点,使泥浆中的固相颗粒在打开储层后的较短时间内堵死储层,防止固相液相向储层深部渗透。

屏蔽暂堵技术保护储层,在常规水基泥浆过平衡钻井中实施,不需要增加任何辅助设备,方便而且低成本。这种技术适用的储层是正常压力、中高渗、较坚固、较均质的孔隙性砂岩储层。但也有相当一部分储层不适合用该技术保护储层。

储层保护一定要两条腿走路。10年来我们主要走了一条腿)屏蔽暂堵技术,现在我们应该迈出另一条腿)低压欠平衡钻井系列技术,保护储层的低压钻井技术与常规钻井的屏蔽暂堵技术形成了很好的优势互补,使储层保护技术实现了两条腿走路,这是勘探开发新形势的需要。

不能解决的困难。而低压欠平衡钻井,是利用非常规压力、非常规流体来解决某些常规钻井所无法解决的困难。因此,理所当然地,低压欠平衡钻井成为了继水平井技术之后的钻井技术上的另一大发展方向。

4.1 技术的产生、发展与转变

低压钻井技术,最早以空气钻井的出现为标志,始于本世纪50年代。稍后出现了雾化钻井、充气液钻井和泡沫钻井。这些技术的出现主要是为钻井目的服务,如:提高钻速、降低成本、增长钻头寿命、在特殊困难的条件下完成钻井作业。当时这种钻井方法避免、不提倡钻开油气层,主要考虑是安全问题。这种状态一直持续到90年代初(除美国在80年代用空气钻水平井开发致密气、煤层气外),直到现在英国仍然禁止用非连续管柱空气基流体进入产层。

1989年初,出于对未来石油开发新技术进行储备性研究的考虑,西南石油学院组织了对低压钻井技术的详细资料调研分析,并得到了新疆石油管理局的支持。

在资料调研分析中,共收集了由1955年至1990年的低压钻井领域全部文献、著作、专利等共600多篇文献,采用了以技术体系为线索的系统分析方法对资料进行整理和分类,并依据技术信息学、技术预测学、技术经济学基本原理,结合石油经济分析、石油勘探开发形势分析与钻井技术市场需求分析,对低压钻井技术的产生、发展、现状进行总结,并对存在问题、解决途径、发展前景进行分析和预测。图2表示了低压钻井技术的发展过程,其中横坐标为时间,纵坐标为该技术领域的文献量(文章、专利、著作等),文献量的多少基本上表示了该技术受重视的程度。由图可见,该技术由50年代初产生之后,经过一段时间的孕育和理解,在60年代达到了第一个发展高峰;之后又经过了若干次的起伏波折,最终在1989年和1990年跌到了最低点。低压钻井技术发展为什么会出现如此剧烈的波折?这种发展趋势的背后到底隐藏着哪些信息?该项技术究竟有无发展前途?这些问题在认真分析以后得到了肯定的回答(详见5国外低压钻井技术调研分析6一书)。作者们在1990年预测:最迟在本世纪末低压钻井技术将受到重视而获得再次发展的动力,将成为继水平井技术之后的第二个钻井技术发展热点;并且,低压钻井技术将与水平井技术紧密结合,而产生更加有效的新钻井技术。如图1所示,作者在1990年预测了4 保护储集层的低压欠平衡钻井技术

目前的油气勘探开发已经从整装大油田、高压和常规压力、中高渗均质砂岩等良好勘探开发条件,转移到了复杂中小油田、断块油田、薄油层、低压低渗低产能、老油气田改造、复杂储层条件、非常规油气等恶劣的勘探开发条件,已经到了打攻坚战、打硬战的时期了。将本文以上讨论的种种问题归纳起来,并按问题的严重程度排序,可以总结为四大难题:

(1)常规钻井方法根本就打不成的井,漏、喷、塌、卡等事故严重到无法克服的地步。

(2)打了井不见油气显示,导致勘探开发失败。(3)打了井产油气太少,导致勘探开发低效。(4)常规钻井方法成本太高,事故多、效率低、钻井困难。

要解决上述难题,必须有新思路、新方法。近20年发展起来的水平井技术,是解决某些难题的最成功技术之一;近几年发展起来的小井眼、侧钻水平井、盘管钻机等也是解决某些难题的有用技术。水平井技术,是利用非常规轨迹解决某些常规轨迹所第2期 罗平亚等: 低压欠平衡钻井)勘探钻井技术发展新动向

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1990年至2000年低压钻井领域的文献量增长趋势(图中带/O0符号的曲线)。基于这种预测和对低压钻井发展的信心,西南石油学院自1991年起组织了以完井中心为协调单位、5个系部20多名教师参加的低压钻井学术研究团体,投资100多万元建立了低压钻井研究实验基地,进行了6年的储备性研究。

然而,国际上低压钻井技术的发展速度比作者们预计的快,由图1可见,作者在1990年预测的本世纪末以前的发展趋势为下方带/O0的曲线,而截止1996年跟踪统计的发展趋势为上方带/v0的曲线。显然,低压钻井技术的第二发展期比预计的提前了许多,而且势头很猛,已经明显表现出热点技术的特征。

可以说,低压钻井技术的第一发展高峰是以满足钻井工程要求为目的的。

但现在的石油上游领域对新钻井技术发展的第一位要求是为勘探开发主战场服务,为日益复杂困难的勘探开发形势服务;而提高经济效益(此处指提高钻速、降低钻井成本)、克服具体钻井困难(不是指影响勘探开发的钻井困难)则排在次要地位。这种要求如下所示(其中百分比为估计的需求预测)。

如果,一项新的钻井技术能够满足上述新形势

图1 低压钻井技术发展分析

下油气勘探与开发要求,那么它就有生命力,就会发展。低压钻井,经过技术改造,是可能满足上述要求的。因此它会再度成为发展热点。

为什么低压钻井可以满足新形势下石油勘探开发的发展要求呢?简单分析有如下几条基本原因。

首先是目前和今后油气资源勘探开发中的一个共性问题)低压,原生性低压、老油气田改造挖潜的低压、非常规油气资源的低压。而低压钻井首先就迎合了这个需要。

其次来看低压钻井如何做到防止油气层伤害,从而达到提高勘探精度、提高勘探成功率、保证油藏描述、保证开发效益的目的。第一次钻开产层过程为什么低压钻井技术会再度发展呢?要回答这个问题,则要分析低压钻井的最初发展推动力和第二次发展推动力。在1990年以前的低压钻井技术

主要应用于提高经济效益与克服具体钻井困难,如:空气钻井,钻速是泥浆钻井的4~10倍,钻头寿命为2~3倍。因此,低压钻井最初的发展推动力依次为经济效益、克服困难、非常规应用和勘探与开发(其中百分比为依据文献资料统计,为文献资料中所指明的应用低压钻井技术的目的),如下所示。46

西南石油学院学报 1998年

中的主要伤害来自于近井壁带正压差造成的液相侵入伤害和固相侵入伤害。如果能够做到不存在正压差(甚至只存在负压差),则正压差造成的伤害便可消除。低压钻井,由于可大幅度调节井内液柱压力,从而可以做到不存在正压差,必要时可维持一定的负压差,从而达到消除主要地层伤害的目的。因此,低压钻井具有提高勘探精度、提高发现油气层灵敏度、保证开发效益的潜在能力。

第三是低渗透储层。低渗透储层最大的伤害是吸水和水敏伤害;无论是过平衡钻井,还是欠平衡钻井,只要用水基工作液,这种伤害就不可避免,只是正压差(过平衡)伤害更加严重。低压钻井,可以采用气基流体,使工作液极少失水甚至不失水而消除这种伤害。

第四是复杂地质条件下的储层,漏、喷、塌均发生在储层。低压钻井采用非常规压力、非常规流体,甚至非常规措施解决此类问题。

第五是低压钻井技术。由于钻速快,具有良好的提高经济效益的能力,同时又具有克服某些钻井困难的能力,这已是众所周知的事实。此处应强调的是:经过技术改造的低压钻井技术,将能更加显著地提高经济效益,将具有更强、更宽的克服钻井中具体困难的能力。概括来看,低压欠平衡主要利用了如下的一些非常规方法、非常规流体、非常规轨迹、非常规概念等,解决勘探开发中复杂储层钻井的有关难题:

(1)非常规液柱压力(低压);

(2)非常规压力控制关系(平衡、欠平衡);(3)非常规流体(气、液、两相、泡沫等);(4)非常规轨迹(水平井,超长,分枝水平井,导向水平井,小井眼,老井侧钻等);

(5)非常规的观念和措施。对待储层的喷、漏、塌问题,克服了/钻进中不允许喷、漏、塌0的观念,创造了边喷边钻、边漏边钻、边塌边钻的方法,尤其是/边喷边钻0用来保护储层,提高勘探精度。

正确处理了复杂储层产油产气与提供全套测井、取芯资料的矛盾。人们在长期开发良好储层的过程中逐渐形成了一整套正规军作战的操作方式:

探井必须提供全套测井资料和取芯资料(甚至开发井也必须提供全套测井资料)。但日趋复杂的勘探开发形势,已经出现了某些极复杂的储层,无法在现

有技术条件下提供测井资料和取芯资料;如果一味追求这些资料,必须将储层彻底稳住封死,其结果是不出油气。如美国的AustinChalk储层、欧洲的Chalk储层、中国塔里木的解放128井等,此类储层的致命漏、塌,根本无法在保证油气层不严重伤害的条件下测井、取芯。对这种情况,低压欠平衡钻井首先保证出油出气,同时加强随钻气测、随钻录井、随钻试井及取样分析等手段代替测井、取芯的地质描述。

对完钻后无法正常完井的储层(如严重漏失、严重坍塌),采用新观念的边漏边钻、边塌边钻和边钻边完井技术(CompletionWhileDrilling),不考虑后期增产改造问题。因为这种储层(破碎体、大裂缝等),往往连通性极好,无需后期酸化压裂。美国DOE(能源部)甚至组织示范研究项目,在应力敏感性储层采用洞穴完井方法,故意诱使储层坍塌,并排出坍塌物。这种技术是应用于煤层甲烷开发的一种完井技术,正在尝试将其移植到石油开发上,在稠油油砂开采中看好。在美国,也大胆地采用了可酸化压裂改造的裸眼完井技术。发展勘探开发需要新钻井技术,首先要认清形势、解放思想、转变观念。以上所述内容全部是/认清形势0的内容;而/转变观念0似乎难以用文章达到目的,这需要决策者的素质和魄力。

参 考 文 献

1 罗平亚,孟英峰,杨龙1国外低压钻井技术调研分析1成都:电子科大出版社,1996

5 开发局主编1低渗透油田开发技术1北京:石油工业出版社,1994

6 张绍槐,罗平亚等1保护储集层技术1北京:石油工业出版社,1993

7 李克向等1保护油气层钻井完井技术1北京:石油工业出版社,1993

8 王秉璋等译1重油和沥青的热力开采1北京:石油工业出版社,1994

(编辑 罗先碧)

JournalofSouthwestPetroleumInstitute

Ó

structuralcharacteristicsofShaihanSag,structuraldevelopmentandpetroleumgeologicalcharacteristicsoftheSagarediscussed,andtheaccumulationofoil/gasandtherelationbetweenfaultandoil/gasaredescried.Itispointedoutthatfrictionheatduetofaultingactivityandvolcaniceruptionalongthefaultymakethegeothermalgradientriseinthearea,whichisfavorablefororganicmattertotransformintohydrocarbon.

Keywords: Tectonictransport;Hydrocarbonpotential

Remotesensing;

cementingholereactionarediscussedinthepaper;theeffectivefactorsofcementingquality-poorslurryproperty,lostcirculation,poordisplacementinlongbarehole,ando8il-gas-watermigrationintheprocessesofslurrysettingareanalyzed;thetechnicalcountermeasureofenhancingcementingqualityandpreventingcasingcorrosivearepresented.Theprevioustroublesaresolvedsatisfactorilyandmarkedeconomicbenefitabstainedbyusingthesetechniquesinlowtemperature,weakandoil-gas-wateractiveformation.

Keywords: Cementingquality;Casing;Corrosivecontrol;Economicbenefit;ChangqingOilField

LowPressureUnder-balanceddrilling)))AnewApproachinExploringDrilling,JSWPI,

1998,20(2):39~46

LuoPingya(CentreforWellCompletionTechnique,SWPI,Sichuan,637001),MengYingfeng

Accordingtotheanalysisofpetroleumeconomyandsupply demandrelationshipintheworld,theconclusionisgainedthattheupstreamoftheindustryshouldplaceconsiderableattentiononresource,productivity,efficiencyandsuccessiverateofexploringwells.Baseduponthetechnologicalareastobeconcerned,thegeologicalcharacteristic,reservoircharacteristicandeconomictechnologicalcharacteristicareanalysedinthepaper,anditispointedoutthatlowpressureunder-balanceddrillingtechnologymustbeutilisedinordertocompletethetasks.Inaddition,thepresentsituationofdevelopmentandexistingproblemsinlowpressureunder-balanceddrillingtechnologyinabroadarementioned,andthekeypointanddirectionofdevelopmentinlowpressureunder-balanceddrillingtechnologyinchinaareintroducedcombiningwithsomeseven-yearresearchachievementmadebySouthwestPetroleumInstitute.

Keywords: Explorationdrilling;drilling;Underbalanceddrilling

Low

pressure

BoreholeStabilityMechanismofSilicate-BasedDrillingFluids,JSWPI,1998,20(2):53~

55

LiangDachuan(Dept.ofPetroleumEngineering,

SWPI,Sichuan,637001)

Silicate-baseddrillingfluidswithmainadditivesbeingsodiumorpotassiumsilicatehavebeenwidelyappliedinrecentyears.Thesystemshowsstrongboreholestabilityandenvironmentalcompatibility.Itsstabilitymechanismdiffersfromotherwater-baseddrillingfluids.Afterintroducingthesystem,theboreholestabilitymechanismthispaperisparticularlyanalyzed.Therearefouraspectscontributingthemechanism:(1)quicklyplugporesandfracturesnear-wellbore,stopfiltratefromenteringformationandreduceporepressurepenetration;(2)constrainhydrationofclaymineralsinshale;(3)silicatereactswithclayminerals;(4)coordinatestabilityofotherinorganicsalts.

Keywords: Drillingfluid;Silicatemineral;stabilization;Mechanism;Shale

Hole

TheStudyonPressureBalanceinDeepWells,JSWPI,1998,20(2):56~60

ZhongBing(Dept.ofPetroleumEngineering,SWPI,Sichuan,637001),SiTaihe,FangDuo

Indeepwells,thesafewindowbetweenporepressureandfracturepressureisextremelynarrow,andthepressureandtemperatureareveryhighatthebottomholes.Thecharacteristicsmakeitmoredifficulttocontrolthepressurebalanceofholeindeepwellsthaninconventionalwells.Aimingatthecharacteristics,acirculatingandshut-intemperaturedistributionmodel,aHTHPdensitymodelandaHTHPrheologicmodel.ThispaperisStudyonTechniqueofEnhancingCementingQualityandPreventingCasingCorrosiveinChangqingOilField,JSWPI,1998,20(2):47~

52

GuoXiaoyang(Dept.ofScientificResearch,SWPI,Sichuan,637001),ZhangYunlong,YongYuanguang

Themainlydifficultproblemofproductioninadequatereturntopofslurryandpoorbonding