基于數(shù)值模擬的遠(yuǎn)程工程支持在海洋19- 6井的實(shí)踐

袁洪水， 和鵬飛， 袁則名， 徐 彤， 李耀琳， 靳 楠

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

鉆井工程是油氣開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著鉆達(dá)油氣層、建立井筒的重任[1-2]。作為傳統(tǒng)行業(yè)，鉆井作業(yè)長期以現(xiàn)場人員經(jīng)驗(yàn)為主，對于工程的認(rèn)識、分析和復(fù)雜情況的處理基本采用經(jīng)驗(yàn)法。隨著當(dāng)前全球數(shù)字化的發(fā)展，各種大數(shù)據(jù)形式層出不窮，這也為鉆井工程提供了新的研究思路和方向[3-4]。鉆井工程數(shù)據(jù)量大、專業(yè)性強(qiáng)，各大油田近年來均開展了相關(guān)的信息化數(shù)據(jù)研究工作，各類數(shù)據(jù)庫逐步建立，但對于現(xiàn)場作業(yè)的直接指導(dǎo)仍處于嘗試與探索階段。早期海洋鉆井實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場錄井曲線在陸地的遠(yuǎn)程傳輸與顯示[5]，但缺乏有效的分析和管理，海洋鉆井?dāng)?shù)據(jù)管理工作近年來也取得了較大進(jìn)步，建立了wellview井史資料庫、sitecome作業(yè)曲線存儲數(shù)據(jù)庫，擁有Well- Ahead、Well- Planner、Drillworks以及Landmark等商業(yè)化鉆井工程軟件，其中Well- Ahead軟件能夠與遠(yuǎn)程錄井?dāng)?shù)據(jù)對接，進(jìn)行數(shù)據(jù)動態(tài)計(jì)算，將現(xiàn)場一次參數(shù)加工計(jì)算為二次參數(shù)，主要用于井筒ECD當(dāng)量密度的跟蹤，Well- Planner能夠?qū)崿F(xiàn)對單個工況的全程模擬，比如固井作業(yè)，從水泥漿泵入到頂替到位，該軟件可實(shí)現(xiàn)過程模擬分析，Drillworks和Landmark軟件屬于行業(yè)內(nèi)廣泛使用的地層壓力分析和鉆完井工程分析軟件[6-7]。同時也建立了鉆完井?dāng)?shù)據(jù)管理機(jī)構(gòu)，在海洋19- 6井嘗試了以老井資料(來自數(shù)據(jù)庫)分析、作業(yè)井?dāng)?shù)據(jù)軟件模擬分析的鉆井隨鉆遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)支持模式。

1 海洋19- 6井基本情況

海洋19- 6井位于渤海西南部海域，為一口預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深4173 m，完鉆層位位于太古界花崗巖潛山。

1.1 地質(zhì)概況

本井自上而下依次揭開平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組和太古宇潛山。具體層位深度見表1。

表1 地層層位劃分

1.2 鉆前地層壓力預(yù)測

鉆前根據(jù)地震資料預(yù)測，本井自東營組下段開始地層壓力逐漸增加，孔隙壓力達(dá)到1.34 g/cm3，坍塌壓力達(dá)到1.27 g/cm3，漏失壓力1.58～1.66 g/cm3，破裂壓力1.73～1.87 g/cm3。沙河街組上部孔隙壓力最大達(dá)到1.51 g/cm3，坍塌壓力達(dá)到1.37 g/cm3，漏失壓力1.70～1.78 g/cm3，破裂壓力為1.84～1.99 g/cm3。沙河街組下部孔隙壓力由1.56 g/cm3逐漸回落至1.35 g/cm3，坍塌壓力達(dá)到1.28 g/cm3，漏失壓力1.68～1.75 g/cm3，破裂壓力為1.79～1.93 g/cm3。

1.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)地層壓力情況及渤海井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，海洋19- 6井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表2所示，12in(1 in=25.4 mm)井眼在異常壓力層頂部中完，采用9in套管作為技術(shù)套管封固。

表2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4 難點(diǎn)分析

2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)支持思路與方法

2.1 數(shù)據(jù)支持重點(diǎn)

6 in井段鉆太古界潛山，易漏，結(jié)合水力模塊，監(jiān)控作業(yè)過程ECD當(dāng)量密度，使ECD當(dāng)量密度處于安全范圍內(nèi)。

2.2 技術(shù)思路

孔隙壓力跟蹤方法：鉆前通過鄰井測井資料以及地層壓力資料進(jìn)行分析，得到重要dc指數(shù)中的相關(guān)數(shù)據(jù),再利用dc指數(shù)法跟蹤本井段地層壓力。

井筒內(nèi)水力學(xué)參數(shù)監(jiān)測：(1)利用Well- Ahead、Well- Planner動態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)和循環(huán)時對整個井段的任何位置ECD當(dāng)量密度監(jiān)控，比如管鞋、井底和中間易漏層等位置，確保薄弱地層的ECD當(dāng)量密度高于孔隙壓力和坍塌壓力，低于漏失壓力和破裂壓力，為鉆井參數(shù)的調(diào)整提供參考；(2)利用Landmark等軟件水力模塊實(shí)現(xiàn)對整個井段ECD當(dāng)量密度和抽汲及“激動”壓力的監(jiān)控，計(jì)算出極限泵排量和起下鉆速度，從而降低漏失和坍塌風(fēng)險；(3)計(jì)算套管到位循環(huán)時ECD當(dāng)量密度，提供循環(huán)排量參考；(4)模擬頂替過程中，環(huán)空ECD當(dāng)量密度的變化。

3 實(shí)踐與工程應(yīng)用

3.1 地層壓力跟蹤分析

實(shí)鉆跟蹤情況：海洋19- 6井為19區(qū)塊6構(gòu)造的第一口探井，無鄰井實(shí)鉆資料進(jìn)行參考。在本次地層壓力跟蹤中選取dc指數(shù)法。其中伊頓指數(shù)根據(jù)選擇參考距離該井最近的一口海洋22- 2- 1科學(xué)探索井[8-9]，首先對科學(xué)探索井測井資料以及地層壓力資料進(jìn)行分析，最終選擇伊頓指數(shù)為0.5，dc斜率0.000172、截距1.004503。在海洋19- 6井二開跟蹤初期選擇此伊頓系數(shù)。實(shí)際二開跟蹤使用的正常壓力系數(shù)為1.03。隨鉆計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

圖1 隨鉆dc指數(shù)法計(jì)算地層壓力(12 in井段)

鉆后校正：二開中完后，根據(jù)測壓結(jié)果和測井聲波數(shù)據(jù)校正地層壓力曲線。結(jié)果表明，本井上部壓力系數(shù)為0.98，并證明伊頓指數(shù)取值合理，實(shí)時跟蹤地層壓力結(jié)果顯示跟蹤結(jié)果與實(shí)測壓力結(jié)果基本一致，dc指數(shù)跟蹤地層壓力方法可以較好地跟蹤計(jì)算地層壓力，如圖2所示。

圖2 鉆后聲波時差法計(jì)算地層壓力(12 in井段)

圖3 隨鉆dc指數(shù)法計(jì)算地層壓力與鉆后測壓對比(8 in井段)

3.2 隨鉆ECD當(dāng)量密度監(jiān)測

Well- Ahead軟件實(shí)時動態(tài)計(jì)算井底ECD當(dāng)量密度(見圖4)，根據(jù)數(shù)據(jù)對比得出，在12in井段井底ECD當(dāng)量密度與鉆井液密度的附加值在0.25左右，在8in井段則附加值在0.45左右，在6 in井段則上升到0.5～0.6，跟蹤結(jié)果顯示井底ECD當(dāng)量密度均在安全鉆井液窗口范圍內(nèi)，如圖4所示。

3.3 抽汲與“激動”壓力分析

利用Landmark軟件對井底4173 m處的起鉆速度分析：起鉆速度為10、30 m/min，抽汲造成的井筒當(dāng)量鉆井液密度不會低于孔隙壓力(見圖5)；下鉆速度為10、30 m/min，“激動”壓力造成的井筒當(dāng)量鉆井液密度大于地層漏失壓力(見圖6)。

4 結(jié)論

(1)傳統(tǒng)鉆井工程中，主要以作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)開展作業(yè)，隨著技術(shù)的發(fā)展，海洋鉆井在隨鉆過程中采用各類工程軟件開展數(shù)值模擬校核，保證作業(yè)安全，實(shí)踐表明效果較好。

圖4 隨鉆ECD當(dāng)量密度與實(shí)際密度對比

圖5 起鉆抽汲壓力分析

圖6 下鉆“激動”壓力分析

(2)海洋19- 6井在作業(yè)中以本井的異常壓力為重點(diǎn)開展的主要內(nèi)容包括地層壓力隨鉆計(jì)算，結(jié)果表明通過分析鄰井資料選取合理的dc指數(shù)法伊頓指數(shù)等參數(shù)，通過分階段(開次)獲得鉆后測井資料的校正，能夠保證模擬跟蹤的數(shù)值準(zhǔn)確度。

(3)通過Well- Ahead軟件對井底ECD當(dāng)量密度的實(shí)時計(jì)算和Landmark軟件對抽汲和“激動”壓力的計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)井筒內(nèi)動態(tài)ECD當(dāng)量密度在鉆井液安全窗口內(nèi)。

(4)將工程錄井參數(shù)與軟件對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)計(jì)算和分析，為科學(xué)鉆井、數(shù)字化分析提供了新的路徑。本文通過在海洋19- 6井作業(yè)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)支持模式探索，進(jìn)一步實(shí)踐化了這種技術(shù)思路，雖然效果較好，但目前仍處在初級階段，需要進(jìn)一步開發(fā)和研究。

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