裂缝性储层井控技术体系探讨

刘绘新 李锋

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学 2.中国石油塔里木油田公司

裂缝性储层井控技术体系探讨

刘绘新1李锋2

1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学 2.中国石油塔里木油田公司

对于裂缝性储层，裂缝的存在使得井筒与储层之间拥有了良好的流动通道，流体的侵入（溢流）或流出（漏失）相对容易，常会出现储层压力敏感、溢漏频繁发生、压井成功率低等井控技术难题，基于渗透性储层特点的传统井控技术已不能有效确保其井控安全。为此，针对裂缝性储层的特点，从裂缝性储层溢流机理实验研究入手，结合传统的渗透性储层井控技术体系，建立了裂缝性储层井筒物理模型，阐述了裂缝性储层井控原理，构建了裂缝性储层井控技术，初步形成了适合裂缝性储层特点的井控技术体系。该技术体系不但能规避井下复杂情况、缩短钻井周期，同时还可以提高压井成功率、减少钻井液消耗量、降低钻井成本。应用结果表明，裂缝性储层井控技术体系有别于传统井控技术体系，对裂缝性储层具有较好的针对性和适用性，为解决塔中地区碳酸盐储层井控难题提供了可行的技术手段。

裂缝性 储集层 井控理论 井控技术 安全 塔里木盆地 碳酸盐岩

以孔隙为主的储层属于渗透性储层，而以洞、缝为主的储层属于裂缝性储层。对于裂缝性储层，裂缝的存在使得井筒与储层之间拥有了良好的通道，流体的侵入（溢流）或流出（漏失）比较容易，常出现储层压力敏感、溢漏频繁发生、节流压井成功率低等井控技术难题［1］。相对基于渗透性储层特征的传统井控技术，裂缝性储层井控技术在溢流机理、适用的井控理论、建立的技术体系等方面都存在相当大的差异。

1 裂缝性储层溢流机理实验研究

1.1 实验装置

裂缝性储层溢流实验装置［2］如图1所示。

1.2 溢流变化规律实验

在钻进过程中的溢流主要有2种形式：负压连续溢流和重力置换溢流。开展裂缝性气藏溢流变化规律实验研究，有利于搞清楚溢、漏发生与发展的机理。

用清水加CMC为液相，氮气为气相，实验观察在钻遇裂缝性储层时，气、液两相的溢、漏现象。实验结果如图2所示。

图1 实验装置示意图

1）对于裂缝性储层，在负压条件下表现为典型的负压连续溢流（只溢不漏）；在平衡（或近平衡）条件下表现为典型的重力置换溢流（有溢有漏）；在正压条件下表现为典型的漏失（只漏不溢）。

图2 溢、漏实验结果示意图

2）负压连续溢流是由井内液柱压力小于储层压力而诱发的，是最常见的溢流形式；重力置换溢流是裂缝（特别是高陡裂缝）性储层由于储层流体（特别是天然气）和井内钻井液存在密度差作用下，进行置换而诱发的溢流形式，是裂缝性储层的特有现象。由于重力置换溢流有溢有漏，应当尽可能避免重力置换溢流的发生。

3）对于硫化氢含量超标的裂缝性储层，防止溢流是安全考虑的主要因素，应当采用微过平衡条件。虽然微过平衡会导致微量漏失，但却能以微量的漏失来避免溢流带来的井控风险，特别是规避高含硫溢流带来的危害，其利大于弊。

4）对于硫化氢含量不超标的裂缝性储层，防止漏失是安全考虑的主要因素，应当采用微欠平衡条件。虽然微欠平衡会导致微量溢流，但却能以微量的溢流来避免漏失带来的井筒复杂。只要配合合理的工程措施，将微量溢流精确限制在可控范围，就能有效的应对井控风险。

1.3 套压变化规律实验

溢流关井后，由于气体滑脱上升，将导致井筒压力发生变化，而井筒压力变化与井筒——储层的连通情况有密切的关系。开展裂缝性储层溢流关井后套压变化规律实验研究，有利于搞清楚裂缝性储层溢流关井后井筒压力变化机理。实验结果如图3所示。

1）裂缝性储层溢流关井后，气体滑脱上升导致套压非线性增加：前期套压增加较快，后期套压增加不明显，直至基本恒定。

2）对于裂缝性储层，随着气体滑脱上升而套压逐渐趋于恒定的现象，表明井筒并不是一个刚性的密闭空间，而是一个与裂缝性储层连通的连通性空间，井筒内钻井液在漏失、气体在膨胀，二者的交互作用导致井筒压力逐渐趋于动态平衡。连通性特征是裂缝性储层的特有现象。

图3 套压变化实验结果图

3）对于裂缝性储层，溢流后不宜长时间关井。在关井过程中由于套压逐渐趋于稳定，掩盖了井筒内气柱不断增加、钻井液柱不断减少而带来的潜在危机，将会导致严重的井控安全问题。

2 渗透性储层井控技术体系

2.1 渗透性储层井筒物理模型

由于渗透性储层满足达西渗流条件，渗流阻力的存在导致井内存在一个安全窗口。压差小于安全窗口发生负压溢流；大于安全窗口发生正压漏失；在安全窗口内，不溢不漏，处于静态平衡。渗透性储层井筒物理模型如图4所示。

2.2 渗透性储层井控原理

对于渗透性储层，井筒与储层相对独立，井筒有足够的承压能力（不溢不漏），存在安全窗口。在安全窗口内，采用压力过平衡条件，保持井筒静态平衡，不但能够防止溢流发生，还能有效的排出溢流，恢复和重建压力平衡，确保井控安全。

图4 渗透性储层井筒物理模型图

2.3 渗透性储层井控技术

由渗透性储层井筒物理模型和井控原理支撑下的传统井控技术，对于保障渗透性储层条件下的井控安全，效果是十分显著的。渗透性储层井控技术如图5所示。

图5 渗透性储层井控技术示意图

3 裂缝性储层井控技术体系

3.1 裂缝性储层井筒物理模型

由于裂缝性储层不满足达西渗流条件，渗流阻力很小，导致井内压差没有安全窗口，取而代之的是一个很小的重力置换窗口。压差小于重力置换窗口发生负压溢流；大于重力置换窗口，发生正压漏失；在重力置换窗口内，有溢有漏，处于动态交换状态。裂缝性储层井筒物理模型如图6所示。

图6 裂缝性储层井筒物理模型图

3.2 裂缝性储层井控原理

对于裂缝性储层，应当充分考虑重力置换溢流和连通性特征对井控安全带来的不利因素。在正压漏失区间，采用微过平衡条件，以适量的漏失来保持井筒动态平衡，不但能够防止溢流发生，还能有效的排出溢流，恢复和重建压力平衡，确保井控安全。

3.3 裂缝性储层井控技术

由裂缝性储层井筒物理模型和井控原理支撑下的裂缝性储层井控技术，对于保障裂缝性储层条件下的井控安全，具有十分现实的指导作用。裂缝性储层井控技术架构如图7所示。

图7 裂缝性储层井控技术架构示意图

3.3.1 控压钻井技术［3－4］

1）对于硫化氢含量超标的情况，采用微过平衡状态，以适量的漏失来防止溢流的发生，有效防止硫化氢进入井筒，保证钻具和人员安全。

2）对于硫化氢含量不超标的情况，采用微欠平衡状态，以适量的溢流来防止漏失的发生，有效解决又喷又漏问题，减少泥浆漏失，降低储层污染，缩短钻井周期。

3.3.2 安全保障技术［5］

1）采用微量溢流监测技术，根据多通路实时溢流监测结果，不但能够及时发现微量溢流，确保微过平衡状态；还能精确控制微量溢流，确保微欠平衡状态。适时采取有效措施，降低安全风险。

2）采用安全起下钻、电测技术，能在井漏失返条件下，根据实时环空液面监测结果，采取优化吊灌措施，建立井筒压力动态平衡，为安全起下钻、电测等各种钻完井作业提供有力的保障。

3.3.3 压井技术［6］

充分利用裂缝性储层井筒的连通性特征，采用压回法（井漏失返条件用重泥浆帽法），将压井作业过程控制在正压漏失区间，通过溢流及受污染的钻井液压回储层，有效的排除溢流，确保井筒清洁，在井筒压力动态平衡条件下，恢复和重建压力平衡。规避节流压井作业过程中溢流的重复发生，把复杂的问题简单化，大幅度提高压井成功率。

4 裂缝性储层溢流压井实例

某井于2007年6月4日12：00钻至井深6 694.00 m时发生溢流，外溢量0.02 m3，关井立压4 MPa，套压0 MPa。连续进行了3次正循环节流压井作业，但每次压井作业后关井套压越来越高，说明井筒内溢流未能有效排出，并且还有较大幅度的增加，严重威胁到井筒安全，宣告正循环节流压井作业失败。该井正循环节流压井作业关井套压变化情况如图8所示。

图8 某井节流压井作业关井套压变化曲线图

分析前3次节流压井作业不成功的原因，主要是对裂缝性储层的特点认识不够，没有在裂缝性储层井控技术体系的指导下，有针对性的采用合理的压井技术。基于上述分析，决定第4次压井作业采用压回法，先将溢流及受污染的钻井液压回储层，在井眼清洁的条件下重建井筒压力的动态平衡。压回法压井作业关井套压变化情况如图9所示。

图9 某井压回法压井作业关井套压变化曲线图

1）用压裂车环空挤注密度为1.22 g／cm3的钻井液48 m3，密度1.20 g／cm3的钻井液12 m3，套压由42 MPa降至22 MPa。

2）用泥浆泵环空挤注密度1.20 g／cm3的钻井液28 m3，套压由22 MPa降至18 MPa。

3）用泥浆泵环空挤注密度1.22 g／cm3的钻井液72 m3，套压由19 MPa降至2 MPa。压井作业取得成功。

5 结论

1）自主研制了裂缝性储层溢流实验装置，其中“活塞式井筒—地层裂缝连通实验装置”已获得国内专利，具有完全自主知识产权，为开展裂缝性储层溢流机理实验研究奠定了良好的基础。

2）通过实验观察到的重力置换溢流现象以及裂缝性储层井筒连通性特征，是裂缝性储层所特有的现象，充分说明裂缝性储层与渗透性储层相比，溢流的发生条件、溢流和井漏的转换关系、井内压力变化规律等都存在很大的差异，基于渗透性储层的传统井控技术已不能有效确保裂缝性储层井控安全。

3）针对裂缝性储层溢漏频繁发生、压井成功率低等井控难题，结合传统的渗透性储层井控技术体系，建立了裂缝性储层井筒物理模型、提出了裂缝性储层井控原理，构建了裂缝性储层井控技术，初步形成了适合裂缝性储层特点的井控技术体系。

4）裂缝性储层井控技术体系不但能规避井下复杂情况，缩短钻井周期，同时还能提高压井成功率，减少钻井液消耗量，降低钻井成本。在塔里木油田通过多井次的实际应用，积累了一些有益的经验，基本形成了具有塔里木油田特色的应用技术。目前裂缝性储层井控技术体系还在进一步的探索和完善中。

［1］阎凯，李锋.塔里木油田井控技术研究［J］.地球物理学进展，2008，18（4）：52－57.

［2］刘绘新，李锋，张志，等.油气井溢、漏实验装置：中国，20080080028.7［P］.2009－01－21.

［3］李流军，刘绘新，李锋，等.敏感性井漏失返条件下安全起下钻、电测保障技术研究［J］.西部探矿工程，2009，21（6）：66－69.

［4］刘绘新，查磊，王书琪，等.塔中高含硫碳酸盐岩储层密闭循环安全钻井技术［J］.天然气工业，2010，30（8）：45－47.

［5］刘绘新，赵文庄，王书琪，等.塔中地区碳酸盐岩储层控压钻水平井技术［J］.天然气工业，2009，29（11）：47－49.

［6］陈华，李志豪，黄建刚.压回法压井技术在北部扎奇油田的运用［J］.西部探矿工程，2008，10（3）：96－98.

Well control technologies for fractured gas reservoirs

Liu Huixin1，Li Feng2
（1.State Key Laboratory of Oil ＆Gas Reservoir Geology and Exploitation∥Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.Tarim Oilfield Company，PetroChina，Kurle，Xinjiang 845001，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 6，pp.77－80，6／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In fractured reservoirs，the fractures therein produce a good communication between the wellbore and the reservoir，making the fluid incoming（kick）and fluid outflowing（loss）rather easy，and inducing well control problems of stress sensitivity，frequent kicks and lost circulations，and killing difficulties.The traditional well control technology based on the permeable formations can not ensure the well safety in the fractured reservoirs.In view of this，experimental studies of kick mechanism were first conduc－ted based on the characteristics of fractured reservoirs.In combination with the traditional well control technology，a physical model for the wellbore in fractured reservoirs was then set up，illustrating the well control principles for such a reservoir and developing the corresponding well control technology.This technology can not only avoid downhole problems，shorten the drilling cycle，but also improve the success ratio of well killing，reduce drilling fluid consumption and drilling cost.This special well control technology，different from the traditional one，is proved to be applicable for the fractured reservoirs，providing a feasible technical means for well control in carbonate reservoirs in the middle Tarim Basin，so－called Tazhong area.

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国家科技重大专项“塔里木盆地塔中碳酸盐岩油气勘探开发示范工程”中“碳酸盐岩礁滩型凝析气藏高效勘探开发应用技术”（编号：2008ZX05049－006）的研究内容之一。

刘绘新，1954年生，教授，硕士；从事石油工程教学与科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都区西南石油大学石油工程学院。电话：（028）83033920。E－mail：liuhuixin＠swpu.edu.cn

刘绘新等.裂缝性储层井控技术体系探讨.天然气工业，2011，31（6）：77－80.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.016

（修改回稿日期 2011－04－07 栏目编辑 居维清 特约编辑 杨 斌）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.016

Liu Huixin，professor，born in 1954，holds an M.Sc.degree，being mainly engaged in teaching and research of petroleum engineering.

Add：No.18，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

Tel：＋86－28－8303 3920 E－mail：liuhuixin＠swpu.edu.cn