南海北部深水錄井實(shí)踐

孫金山代一丁李建周姚振河

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司; 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司)

南海北部深水錄井實(shí)踐

孫金山1代一丁1李建周1姚振河2

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司; 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司)

南海北部深水區(qū)水體巨厚、泥線處溫度低,鉆井須使用粗長的隔水管,而該區(qū)含油構(gòu)造蓋層和儲(chǔ)層,成巖性又較差,這給錄井作業(yè)帶來了巖屑樣品代表性差、從鉆井液中脫氣困難,以及鉆井液體積精確檢測和鉆井取心深度校正難度大等問題。整合應(yīng)用智能綜合錄井THEMA技術(shù)、流體萃取技術(shù),以及多種烴類檢測和巖樣鑒定技術(shù),在油氣發(fā)現(xiàn)和工程監(jiān)測兩方面均取得了很好的效果,初步建立了南海北部深水錄井獨(dú)特的技術(shù)體系和作業(yè)方式。

南海北部;深水錄井;低溫;隔水管;THEMA;流體萃取;油氣發(fā)現(xiàn);工程監(jiān)測

我國南海石油天然氣資源極為豐富,約占到全國油氣總資源量的1/3,其中70%蘊(yùn)藏在超過150萬km2的深海區(qū)域[1]。目前我國深水勘探主要集中在南海北部珠江口盆地—瓊東南盆地一帶水深300～3 200 m、面積約20萬km2的深水區(qū)域[2-3]。2012年5月9日,“海洋石油981”深水鉆井平臺(tái)的投產(chǎn)開鉆,標(biāo)志著中國海洋石油工業(yè)的“深水戰(zhàn)略”邁出了堅(jiān)實(shí)的一步[4]。深水區(qū)水體厚、海底泥線處溫度低,鉆井須使用粗長的隔水管,這給深水錄井帶來了巖屑樣品代表性差、從鉆井液中脫氣困難、鉆井液體積精確監(jiān)測難度大和鉆井取心深度校正難度大等問題,深水鉆井工程對錄井也提出了更高的要求。在南海北部深水區(qū)油氣勘探中,整合應(yīng)用智能綜合錄井THEMA技術(shù)、流體萃取技術(shù)[5]等錄井技術(shù),克服困難,做到了準(zhǔn)確建立地層剖面、有效脫氣及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣測異常以及對鉆井工程隱患提供準(zhǔn)確預(yù)報(bào)等。本文是對南海北部深水勘探錄井實(shí)踐的總結(jié)。

1 深水錄井面臨的挑戰(zhàn)

1.1 水體巨厚

水體巨厚給錄井帶來的問題主要有以下幾點(diǎn):

1)浮式鉆井平臺(tái)在深水區(qū)作業(yè)受潮汐、波浪作用產(chǎn)生的升沉、搖擺等現(xiàn)象較淺水區(qū)更嚴(yán)重[6]。升沉使錄井監(jiān)測的井深準(zhǔn)確性差,這對判斷取心鉆具是否下鉆到底、計(jì)算取心進(jìn)尺和校正取心深度等會(huì)產(chǎn)生影響;搖擺會(huì)使泥漿池體積測量出現(xiàn)較大誤差,并很難測出鉆井液出口流量的細(xì)微變化等,這將影響到對地層壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測和井涌預(yù)警。

2)為克服巨厚水體的影響,深水鉆井須使用較長較粗的隔水管,這使得隔水管內(nèi)流體的流速非常緩慢,從而造成深水鉆井出現(xiàn)氣泡比在淺水中要遲得多。為加速鉆井液在隔水管內(nèi)的返速以及減少巖屑在海底井口的滯留,需要在隔水管底部增設(shè)增壓泵輔助鉆井液循環(huán),這會(huì)改變鉆井液在隔水導(dǎo)管中的總排量,從而影響到遲到時(shí)間的計(jì)算。

3)深水鉆井管柱結(jié)構(gòu)上下環(huán)空截面積的巨大變化、隔水管底部增壓泵的使用,會(huì)使巖屑在井下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被破壞[7],從而使取得的巖屑樣品新老混雜,代表性差;而在南海北部深水區(qū)和超深水區(qū),含油構(gòu)造的蓋層和儲(chǔ)層壓實(shí)程度低、成巖性差,甚至為松散沉積物,雖然其可鉆性好,但巖屑樣品細(xì)小成塊性差,再經(jīng)粗長的隔水管上返至平臺(tái)后多呈散砂狀,致使其代表性更差。

1.2 海底低溫

海底(泥線處)低溫是深水區(qū)最顯著的特性,南海北部某海域水溫隨水深變化關(guān)系如圖1所示。淺水鉆井海底溫度一般在20℃左右,可使用常規(guī)脫氣器。深水區(qū)海底溫度低至3～5℃,低溫使鉆井液的流變性發(fā)生較大變化,粘度和切力大幅度上升,甚至發(fā)生速凝現(xiàn)象[8-9],導(dǎo)致脫氣器脫氣非常困難,使氣體測量值變小變微,從而影響到了油氣顯示的發(fā)現(xiàn);低溫還改變了氣體在鉆井液中的賦存狀態(tài),使一部分氣體無法脫出,當(dāng)鉆井液溫度低于36.1℃的時(shí)候,正戊烷(nC5)會(huì)變成液態(tài),脫氣器就無法脫出該組份。

圖1 南海北部某海域水溫隨水深變化圖

1.3 深水鉆井作業(yè)對錄井提出了更高的要求

1)由于深水鉆井須使用更粗更大的隔水管,所需要的鉆井液體積也更大,為保障安全需要掌握精確的鉆井液體積變化數(shù)據(jù),這就要求錄井能實(shí)時(shí)掌握和預(yù)報(bào)鉆井液體積增減的細(xì)微變化。

2)隨著水深的增加,地層破裂壓力梯度降低,其與地層孔隙壓力梯度之間的窗口變窄,深水區(qū)該窗口狹窄,鉆井和固井時(shí)極易發(fā)生井漏等復(fù)雜情況,工程上要求能盡早地發(fā)現(xiàn)這些隱患的前兆,要求錄井能監(jiān)測并提供準(zhǔn)確的地層破裂壓力、孔隙壓力和出口流量的微小變化數(shù)據(jù)。

3)深水鉆井過程中的壓力預(yù)測,以及鉆具振動(dòng)分析、井眼清潔狀況分析、機(jī)械效能比分析等,都要求錄井能提供更多更準(zhǔn)確的監(jiān)測信息和數(shù)據(jù)。

2 南海北部深水錄井實(shí)踐

2.1 3種傳感器配合使用進(jìn)行深度跟蹤監(jiān)測

確保井深準(zhǔn)確是錄井作業(yè)最基本的要求。在南海北部深水鉆探錄井作業(yè)中,將光編碼傳感器、絞車傳感器和潮汐補(bǔ)償傳感器(圖2)配合使用進(jìn)行深度跟蹤和監(jiān)測,根據(jù)鉆井作業(yè)程序中的不同工序采用不同的組合,正常鉆進(jìn)時(shí)采用光編碼傳感器+潮汐補(bǔ)償傳感器,起下鉆過程中采用絞車傳感器+潮汐補(bǔ)償傳感器。采用光編碼傳感器和潮汐補(bǔ)償傳感器來平衡波浪與潮汐對深度的影響從而精確測深,可以精確到0.1 m/點(diǎn)。3種傳感器配合使用在LH29-2-1等井取得了很好的效果,鉆具和電纜誤差保持在了1.0 m以內(nèi)。

圖2 3種深度傳感器(實(shí)物照片)

2.2 使用新型精密儀器保證液位測量和流量監(jiān)測精確

為了克服波浪造成的平臺(tái)縱橫搖擺的影響,準(zhǔn)確測量鉆井液體積和監(jiān)測泥漿池液位變化情況,使用了最新型的超聲波液位計(jì)(圖3),并根據(jù)精度需求在循環(huán)池對角安裝了4個(gè),在其他池對角安裝了2個(gè)。為盡早發(fā)現(xiàn)溢流井涌預(yù)兆,最大限度地增加處理和應(yīng)對時(shí)間,針對深水錄井要求,引進(jìn)了內(nèi)部安裝有科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的早期井涌監(jiān)測裝置EKD(Early Kick Detector,圖4),做到了準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)鉆井液出口流量的細(xì)微變化,提前進(jìn)行井涌早期預(yù)報(bào),保證了鉆探安全。

圖3 超聲波液位計(jì)(實(shí)物照片)

圖4 早期井涌監(jiān)測裝置EKD(實(shí)物照片)

2.3 采用改進(jìn)的水馬力程序計(jì)算遲到時(shí)間并正確取樣

取到能真正代表地下相應(yīng)深度位置的巖屑樣品,是建立可靠地層巖性剖面和進(jìn)行含油性檢測的基礎(chǔ)。取樣時(shí)間和取樣方式?jīng)Q定了所取樣品的好壞和真實(shí)性。在南海北部深水錄井作業(yè)中,采用改進(jìn)的水馬力程序,充分考慮泥漿泵和增壓泵的泵效、井眼擴(kuò)大率以及泥線上下鉆井液返速的影響,依據(jù)計(jì)算值與實(shí)測值比對結(jié)果不斷修正計(jì)算參數(shù),確定了準(zhǔn)確的遲到時(shí)間[10],保證了巖屑取樣時(shí)間的正確。

同時(shí),經(jīng)過多次摸索,將深水巖屑取樣三級(jí)分樣篩,即頂、中、底篩的比例調(diào)整為1∶5∶4,以適當(dāng)增加底篩巖屑的含量,這樣可以保證取到真正具有代表性的巖樣,以更好的識(shí)別薄—中厚層的砂巖層,并對其進(jìn)行含油性及熒光檢測。LW6-1-1等井巖性剖面符合率均在95%以上,與淺水區(qū)相當(dāng)。

2.4 恒溫從定量鉆井液中萃取流體,提高脫氣效率

針對鉆井液低溫導(dǎo)致脫氣效率明顯降低的問題,使用流體萃取器(圖5)從鉆井液中脫氣。在作業(yè)期間,流體萃取器既能保證連續(xù)、定量抽吸鉆井液樣品,又能保證萃取室中的鉆井液溫度維持在一個(gè)特定值(水基鉆井液加熱到70℃,油基鉆井液加熱到90℃)。恒定的鉆井液流量、鉆井液樣品體積以及恒定的鉆井液溫度,提高了脫氣效率,從而為檢測到鉆井液中烴類流體的真實(shí)含量提供了保證。實(shí)測數(shù)據(jù)表明,流體萃取器對于甲烷的脫氣效率一般為70%(油基鉆井液)～80%(水基鉆井液)。LH29-2-1井氣測全量(TG)最大值達(dá)16.10%,及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)了主要?dú)鈱印?/p>

圖5 流體萃取器(實(shí)物照片)

2.5 整合多種方法鑒定巖樣和檢測含油痕跡

為解決巖樣細(xì)小成粉末狀或散砂狀導(dǎo)致巖性鑒定困難的問題,以巖屑錄井和LWD測井為基礎(chǔ),增加了X衍射全巖分析[11]、元素錄井[12-13],獲得了準(zhǔn)確的巖性組合、元素組合和成巖礦物組合信息,從而能夠準(zhǔn)確識(shí)別出特殊巖性,解決了巖性定名問題,為沉積相分析提供了重要依據(jù)。

南海海域珠江口盆地開展油氣勘探已有30多年,不同凹陷存在“低氣油比無熒光、低阻低熒光、低孔低滲”等類型油氣藏。盆地深水區(qū)也可能存在相同類型油氣藏,錄井中除采用了在淺水探井使用過的Reserval氣體檢測方法外,還采用適于深水的流體錄井FLAIR檢測鉆井液中的烴類和非烴類氣體含量;同時(shí),采用常規(guī)含油和熒光觀察方法并結(jié)合三維定量熒光、地化錄井來發(fā)現(xiàn)巖樣中的含油痕跡;及時(shí)發(fā)現(xiàn)了不同特征的油氣藏,如氣田周邊設(shè)計(jì)為找氣的探井LH29-2-2井,鉆遇時(shí)錄井現(xiàn)場判斷為油層,最后經(jīng)測壓取樣得到證實(shí)。

2.6 隨鉆壓力監(jiān)測及預(yù)報(bào)

鉆井過程中常應(yīng)用dc指數(shù)和sigma指數(shù)進(jìn)行壓力預(yù)測,但其精度和適應(yīng)性不滿足深水鉆井的需求。在南海北部深水錄井時(shí),使用實(shí)時(shí)壓力錄井(Pre Vue)[14]在鉆前進(jìn)行單井壓力梯度分析,錄井中根據(jù)實(shí)時(shí)工程參數(shù)、氣體參數(shù)、隨鉆測井資料和巖屑中的掉塊,進(jìn)行實(shí)時(shí)地層孔隙壓力和破裂壓力梯度評(píng)價(jià);并根據(jù)壓力數(shù)據(jù)優(yōu)化套管程序、優(yōu)化鉆井液密度及循環(huán)當(dāng)量密度來避免卡鉆等井下復(fù)雜事故的發(fā)生,以提高作業(yè)效率降低深水鉆井成本。如在YC26-2-1井實(shí)鉆中,使用Pre Vue證實(shí)了井底部壓力回轉(zhuǎn)現(xiàn)象的存在;同時(shí),PreVue的應(yīng)用實(shí)時(shí)量化了地層壓力,使得直徑244.47 mm套管下深由設(shè)計(jì)的4 505 m推至4 580 m,更完整地封住了上部高壓地層,為后續(xù)用低密度鉆井液鉆探下部低壓層創(chuàng)造了良好的條件。

2.7 工程參數(shù)監(jiān)測和預(yù)警

為了滿足深水鉆井工程更高的需求,提高工程監(jiān)測和預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度,引進(jìn)了專項(xiàng)技術(shù)(THEMA技術(shù))進(jìn)行鉆井效能分析、井眼清潔監(jiān)測、鉆具振動(dòng)監(jiān)測和回流監(jiān)測。

1)采用機(jī)械比能MSE[15]參數(shù)進(jìn)行鉆井效能評(píng)價(jià),包括監(jiān)測鉆頭功效(鈍化和損壞),選擇鉆頭類型、鉆壓、轉(zhuǎn)速和鉆井液循環(huán)參數(shù)。

LW6-1-1井在井眼直徑311.15 mm井段鉆進(jìn)過程中,2 290 m以前ROP約為50 m/h,MSE值為34.47～68.94 MPa,增大趨勢平穩(wěn)(圖6中綠色、紅色段)。自2 291 m開始,ROP降為5～7 m/h,MSE值突然增大至257.79 MPa(圖6中藍(lán)色段),MSE值雖然突然增大,但隨后在同一巖性段內(nèi)MSE值基本穩(wěn)定,因此判斷ROP降低是地層巖性變化造成的,而并非鉆頭磨損。從返出的巖屑來看,地層巖性由砂泥巖轉(zhuǎn)變?yōu)樾鋷r,證實(shí)了判斷的正確。

圖6 LW6-1-1井鉆井效率分析圖

2)井眼清潔情況監(jiān)測。利用接立柱時(shí)得到的上提下放懸重?cái)?shù)據(jù)與理論模型對比,得到PUSO圖,以鉆進(jìn)、起下鉆、下套管和倒劃眼4種模型實(shí)時(shí)監(jiān)測異常扭矩并發(fā)現(xiàn)可能遇阻遇卡點(diǎn)。如YC26-2-1井在下鉆通井后,由于后效氣(TG 8.98%),加重鉆井液密度到1.92 g/cm3,在起鉆至4 312 m時(shí)遇卡。根據(jù)PUSO圖中的Hook Load&Modeled模型分析是由于鉆井液密度過大,在高滲透率砂巖井壁處形成大量泥餅而導(dǎo)致井徑縮小。隨后降低鉆井液密度至1.87 g/cm3,順利通過。

3)鉆具振動(dòng)監(jiān)測。THEMA的鉆具振動(dòng)監(jiān)測軟件把一段時(shí)間的正常扭矩變化值作為基值,設(shè)定異常扭矩變化值的上下限,如出現(xiàn)超出上下限的異常扭矩變化量,系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào),作業(yè)人員據(jù)此改變鉆井參數(shù)來得到正常鉆進(jìn)的扭矩變化量。如YC26-2-1井,在4 520～4 570 m鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)了異常的鉆桿振動(dòng)現(xiàn)象,現(xiàn)場工作人員嘗試調(diào)整優(yōu)化鉆井參數(shù)以降低鉆桿振動(dòng),在降低鉆壓后大大降低了鉆桿振動(dòng),鉆速也加快了。

4)回流監(jiān)測。THEMA回流監(jiān)測功能不僅可對泥漿池實(shí)時(shí)檢測,還能智能量化檢測鉆井液的回流。每次停泵后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入記錄鉆井液回流量模式,在壓力不平衡時(shí),鉆井液回流量如果超過或不足標(biāo)準(zhǔn)鉆井液回流量便可在全量與體積以及其他同步曲線上觀察出來。

3 結(jié)束語

南海北部深水區(qū)鉆探錄井實(shí)踐表明,整合應(yīng)用已有錄井技術(shù),能夠應(yīng)對因水深增加造成的對錄井的挑戰(zhàn);珠江口盆地深水區(qū)10口探井應(yīng)用結(jié)果,在油氣發(fā)現(xiàn)和工程監(jiān)測兩方面均取得了很好的成效,初步建立了南海北部深水錄井獨(dú)特的技術(shù)體系和作業(yè)方式。

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A practice of deep water logging in the northern South China Sea

Sun Jinshan1Dai Yiding1Li Jianzhou1Yao Zhenhe2
(1.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,518067; 2.CNOOC Energy Technology&Services Ltd., Tianjin,300452)

In the deep water area in the northern South China Sea,some problems occurred in the logging operation due to very thick water,quite low mudline temperaurte,coarse and long marine risers used in drilling and lower diagenetic grade of the reservoir and seal rocks in the oil-bearing structures,including the poor representativeness of cutting samples and the difficulties to degas drilling mud,to accuratelly detect mud volume and to correct coring depth.An integrated application of multiple techniques,such as the intelligent comprehensive logging THEMA,the fluid extraction and various techniques of hydrocarbon detection and rock sample identification,has resulted in good effects in both hydrocarbon discovery and engineering detection,and an unique technical system and operation mode have been preliminarily established for the deep water logging in the northern South China Sea.

the northern South China Sea;deep water logging;low temperature;marine riser;THEMA;fluid extraction;hydrocarbon discovery;engineeringdetection

2013-12-12改回日期:2014-04-18

(編輯:周雯雯)

孫金山,男,工程師,主要從事石油天然氣地質(zhì)勘探管理與監(jiān)督工作。地址:廣東省深圳市南山區(qū)蛇口工業(yè)二路1號(hào)海洋石油大廈9樓(郵編:518067)。E-mail:sunjsh@cnooc.com.cn。