二、天然气勘探对井筒技术要求高
天然气勘探对井筒技术要求高,这是由于在地层条件下的物理特点所决定的。
1.过平衡钻井,不易识别、发现气层
所谓平衡钻井,实质是上钻井液的静液柱压力与地层压力保持平衡(相等)条件下的钻井,它是根据地层压力系数来确定与之相同的钻井液密度的。因此,这种平衡只是相对的、暂时的。事实上,即使如此,当钻井时,这种平衡就被驱使钻井液循环的水力压力所打破。这时,钻井液作用于地层的压力,不再是静液柱压力,而是动液柱压力,即静液柱压力附加水力压力。这里的水力压力就是钻井泵压力,扣除克服地面管线和井筒内钻具的摩阻压力损失。即:
P 动=P 静+(P 泵-P 摩)
由此,不难看出,从静止条件出发所设计的平衡钻井,实质上是过平衡钻井。这里仅就钻井液的水力压力引起的地层损害作简要讨论。钻井液的水力压力作用,最明显地表现为对地层的冲刷作用与侵入作用。利用不同探测范围的电阻率测井,可以大致确定二者的深度范围。所谓冲刷作用,是指在钻井液的水力压力作用下,在近井周的浅部地层中,孔隙空间被钻井液中的固相颗粒侵入而形成内滤饼的过程。据资料报导,其侵入深度可达30.48cm(12ft)。当采用暂堵技术,在钻井液中加入一定量的、与储集层孔喉尺寸配伍的桥架粒子(含充填粒子和可变形粒子),在井周2~3cm 的浅部形成致密的内滤饼时,就可以有效地阻止固相颗粒向地层中延伸。所谓侵入作用,是反映在钻井液水力压力作用下,在内滤饼以深的地层中,孔隙空间被钻井液中的滤液侵入而形成至原状地层的侵入带。一般侵入带的深度与储集层的孔渗性有关,高渗透率地侵入深度大,有时较致密的孔喉毛细管作用也很深。一般侵入带的深度在1m 左右,当地层裂缝发育时,侵入带可及至地层深部。由于石油的粘度大、流动性差、压缩性小,在相同的过平衡钻井条件下,油层所受钻井液的冲刷作用和侵入作用要小得多,储集层被损害程度弱得多。过平衡钻井难以发现气层的最典型例子,如前所述的渡1 井,井深4140~4493m 鲕滩白云岩储层有效厚度31.5m,平均孔隙度9.4%,地层压力系数1.07,但因使用1.40~1.57g/cm3 的高密度钻井液钻井,未见直接气显示。
2.井筒作业对储层的损害更严重
从钻头钻开地层到开发过程中,气层相继受到钻井、固井、射孔、增产处理、开采工程等作业液的接触,都不同程度地破坏了气层原有的物理—化学平衡而造成损害。
1)损害机理
当不同性质的入井作业液接触地层时,引起储集层介质的岩石骨架、储渗空间和流体发生物理—化学变化,使原来的储渗性降低的现象,被称之为地层损害。导致这损害的原因,概括起来说,一是储集层本身内在的因素;二是作业液的外来因素。
内因中,包括储集层敏感性矿物,如粘土的水化膨胀、分散迁移,堵塞孔隙喉道,其损害程度与粘土矿物类型、含量、分布方式息息相关;非粘土矿物的速敏性、酸敏性和碱敏性表现强烈;岩石储渗空间,如孔隙类型、孔隙结构不同,其损害程度各异;岩石的表面性质,如比表面、润湿性、毛细管现象不同,被损害程度有显著的差别;储集层的流体性质,如油、气、水的性质不同,与外来液配伍差,会产生严重损害。
外因中,包括作业液与储集岩的不配伍,如储集层的水敏性、酸敏性和碱酸性;与储集岩的流体性质不配伍,如产生无机沉淀、有机沉淀、乳化作用、细菌作用等;毛细管阻力损害,如水锁效应、贾敏效应;固相堵塞,包括作业液的和储集层自身的。
2)损害甚至会“抢毙”气层
火港千米桥板深7 井在奥陶系古潜山天然气勘探的突破,与此前近30 年钻探的51 口井收效甚微形成鲜明的对比,有力地说明欠平衡钻井对发现千米桥气田的重大作用。川西白马庙地区白马7 井使用高密度钻井液造成地层损害的后果是最生动的。该井使用密度为1.30g/cm3 的钻井液在须五段钻井,井深3249.8m 发现气显示,至3252.25m 发现强烈井涌,至3273m 停钻。1998 年2 月1 日,对3247~3254m井段中途测试,产气29.6×104m3/d。从测试卡片获得关井地层压力54.987MPa,折算地层压力系数1.72。但 2 月7 日使用密度2.17~2.20g/cm3的钻井液压井,恢复钻井至3278.3m,发生井漏,漏失密度为2.15g/cm3的钻井液198.46m3。2 月27 日下油管封隔器(位置2769.5~2773.98m)再次测试,结果液面降低至井深1333.77m(即低于地层压力13.553MPa)的回压下,无气。完井上试采,采用127 型深穿透射孔(井深3251.5~3257m),最后经加砂压裂,才免强产气1.33×104m3/d。
3.井控不力将引起井喷危害
天然气钻探易发生井喷,特别是裂缝性碳酸盐岩要比孔隙性碎屑岩迅猛、强烈。井喷失控除了造成资源、人力财力物力的巨大耗损外,对环境的危害也是极其严重的。如2003 年12 月23 日,罗家寨罗家16H 井飞仙关组高含H2S 气藏,造成了243 人死亡……。四川历史上天然气井喷事故造成机毁人亡是不鲜见的。防止井喷与减少地层损害是矛盾对立的两个方面。一是井喷前加重钻井液,必然造成地层损害;二是井喷后的处理,对地层的损害更为严重。所以,必须立足于防范为先。对于一个探区,在勘探早期,就加强地层损害试验与损害机理研究,为选择与地层介质配伍的加重材料、附加剂提供科学依据,最大限度地减少固相堵塞和液相损害。当迫于防范不力,采取诱导放喷时,就必须事先做好井筒和地面井控的准备;以人为本,搞好环境保护。


















