注聚井區(qū)壓力與影響區(qū)域預(yù)測

史建勇

（中國石油大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

1 注聚后壓力分析技術(shù)應(yīng)用前景

儲層物性的顯著變化，導(dǎo)致了鉆關(guān)降壓時壓力下降嚴(yán)重不均衡，油層壓力預(yù)測難度增加。調(diào)整井壓力預(yù)測對鉆井施工有重要影響，預(yù)測不準(zhǔn)確會造成工程復(fù)雜發(fā)生，一是延長鉆井周期而增加成本；二是油層壓力高相應(yīng)的需要提高鉆井液密度，也增大了油層污染，均不利于油田開發(fā)。

低滲層的注水井鉆關(guān)后井口壓力下降緩慢，在區(qū)塊鉆井設(shè)計規(guī)定的鉆關(guān)時間內(nèi)難以達到開鉆標(biāo)準(zhǔn)；有些井放溢流后關(guān)井恢復(fù)的穩(wěn)定壓力也難以達到鉆關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在鉆井施工過程中相關(guān)的待鉆井多發(fā)生油氣顯示和固后管外冒。個別區(qū)塊這種特點尤為明顯。這種現(xiàn)象是由油層物性差、滲透率低、長期高壓注水所致。

注水井井口穩(wěn)定壓力與地層壓力關(guān)系是調(diào)整井鉆前壓力預(yù)測的重要依據(jù)，在目前施工條件下，地層壓力是影響固井質(zhì)量、鉆井安全和鉆井成本的主要因素之一，地層壓力預(yù)測與鉆關(guān)注水井降壓規(guī)律密切相關(guān)。由于注水井井口壓力是地層壓力的最直接反映，所以研究注水井降壓規(guī)律可以總結(jié)出油層降壓規(guī)律，確立合理的鉆關(guān)時間和壓力值，為鉆前壓力預(yù)測提供可靠的依據(jù)。以往研究都是針對油層注水進行的，還沒有適合水驅(qū)、聚驅(qū)開發(fā)、三元化學(xué)驅(qū)并存的壓力分析技術(shù)，隨著油田深入開發(fā)，這種情況正不斷增多，對混合區(qū)壓力預(yù)測及鉆井液密度設(shè)計技術(shù)研究迫切需要，因此該技術(shù)具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

2 注聚后降壓規(guī)律

油藏壓力系統(tǒng)的壓力補充、分布、傳遞及變化規(guī)律對壓力研究具有重要作用。聚合物流體的滲流屬于非達西滲流，油層中的壓力傳遞、壓力分布不能按傳統(tǒng)滲流的達西定律進行計算和預(yù)測。

油層的壓力傳導(dǎo)和油水滲流，受油層物性、流體性質(zhì)等影響。啟動壓力與油層滲透率等參數(shù)值有一定關(guān)系。不同滲透率會產(chǎn)生不同的啟動壓力，其中關(guān)系十分復(fù)雜。引入啟動壓力，模糊處理滲透率變化、厚度變化等地質(zhì)條件，充分考慮了實際油層的非均質(zhì)性，特別是多井、多層同時開采時的許多特性，建立了非均質(zhì)、不對稱布井聚合物驅(qū)壓力分布預(yù)測模型，研究注聚復(fù)雜區(qū)域的壓力變化規(guī)律注水井、采油井口壓力的變化規(guī)律，結(jié)合斷層發(fā)育情況，應(yīng)用可取得試驗數(shù)據(jù)研究降壓變化規(guī)律與異常高壓層的關(guān)系，將油層啟動壓力梯度與降壓規(guī)律相結(jié)合，研究注聚復(fù)雜區(qū)域的壓力變化規(guī)律，從而確定異常高壓層的影響范圍。

聚合物的粘度、濃度、化學(xué)驅(qū)機理十分復(fù)雜，人們對其中的許多基礎(chǔ)性問題仍缺乏足夠的認(rèn)識。聚合物溶液在多孔介質(zhì)中衰竭層效應(yīng)和粘彈性效應(yīng)的表現(xiàn)、表征方法、影響因素及變化規(guī)律。通過聚合物溶液在不同模型中的驅(qū)油實驗，研究了聚合物溶液的衰竭層效應(yīng)和粘彈性效應(yīng)對驅(qū)油效率和波及系數(shù)的作用機理和作用程度。建立了單個注采井的聚合物驅(qū)壓力預(yù)測模型，研究了一口注入井對應(yīng)一口采出井的壓力變化情況，確定了注采井之間的壓力分布、產(chǎn)量與井底流壓之間的對應(yīng)關(guān)系，從而形成了以壓力為中心建立聚合物驅(qū)油數(shù)學(xué)模型的理論思想。

聚合物降低了油水界面張力，使地層流體流動性增強，降低了界面粘度，使有效孔隙半徑及孔隙長度相應(yīng)增大注水井鉆關(guān)后井口壓力與地層壓力的變化可以分為快速降壓階段、壓力平衡階段、緩慢降壓階段、穩(wěn)定降壓階段。

注聚井降壓與微相及沉積環(huán)境有關(guān)，與聚合物的濃度有關(guān)。注聚井穩(wěn)定壓力與時間的關(guān)系是制定鉆關(guān)方案中一個重要因素。影響鉆關(guān)時間的兩個主要參數(shù)是地層滲透率和邊緣壓力。滲透率越低，泄壓時間越長。邊緣壓力越高，降壓所需時間越長。聚驅(qū)注入井在關(guān)井后由于聚合物具有一定的粘度，在油層中以乳化液的形式流動，在鉆關(guān)降壓時井口聚合物在油層壓力場中從高勢能向低勢能區(qū)流動，在流動過程中容易形成段塞，堵塞孔隙，形成油墻，井口剩余壓力暫時升高。當(dāng)壓力達到一定值時，油墻被破壞，孔隙暢通，井口剩余壓力開始降低，這種情況反復(fù)出現(xiàn)，這樣井口剩余壓力容易出現(xiàn)波動，并且隨著鉆關(guān)時間的延長，井口剩余壓力在波動中逐漸降低。降壓速度同時與油層孔隙度、滲透率有關(guān)。

從圖1可以看出，在L區(qū)塊，由于SⅡ3小層的各項地質(zhì)參數(shù)都比PⅠ2小層低，SⅡ3小層降壓需要更長的時間，壓力降低趨勢緩慢。同時與注水井網(wǎng)相同聚驅(qū)井網(wǎng)鉆關(guān)降壓也受鉆關(guān)距離、鉆關(guān)時間及井口壓力的標(biāo)準(zhǔn)的影響。一般上返注聚井在關(guān)井0～5d 是快速降壓階段，5～10d 為壓力穩(wěn)定階段，10d 以后出現(xiàn)壓力波動。

圖1 L區(qū)塊注聚井穩(wěn)定壓力與時間關(guān)系圖

對于高滲透地層，一般鉆關(guān)時間的計算只需要第一階段，這時井口壓力基本保持不變。對于高滲透層一般只需計算降至平衡點的時間，以保持高滲層的地層壓力。

從圖2 中可以看出，當(dāng)注聚井井口壓力穩(wěn)定后，其壓力值要低于地層壓力，同時地層壓力與降壓時間和距注聚井的距離有關(guān)。當(dāng)注聚井井口壓力降至邊緣壓力以前，井口壓力高于地層壓力，當(dāng)注水井井口壓力降至低于邊緣壓力以后，井口壓力低于地層壓力?？梢愿鶕?jù)泄壓時間確定地層壓力分布規(guī)律，再根據(jù)距注聚井的距離確定地層壓力。

圖2 L區(qū)塊注聚井降壓規(guī)律圖

3 壓力影響區(qū)域確定

在注入時在靜態(tài)連通面積內(nèi)，以單井為中心，根據(jù)預(yù)測的油層壓力分布，可以確定出不同方向上壓力極高點的坐標(biāo)，壓力極高點坐標(biāo)連線，得到單井動態(tài)條件下的控制面積?？紤]到各種調(diào)整措施前后壓力場的變化，在不同時間壓力極高點連線將隨之而變，則確定單井動態(tài)控制面積時，用壓力極高點變化范圍的中間點。

當(dāng)作用外力超過極限動切力造成的阻力時，液體開始流動。即注入井需要超過啟動壓力時才開始注入。根據(jù)隨機選擇的聚合物驅(qū)油井壓力與產(chǎn)量預(yù)測結(jié)果分析，該方法具有較高的預(yù)測精度，可以較全面地反映實際生產(chǎn)過程中的復(fù)雜因素，預(yù)測不同生產(chǎn)階段的油井流入動態(tài)在長期注聚條件下，油層的壓力關(guān)系趨于穩(wěn)定，當(dāng)注壓等條件發(fā)生變化，會引起周圍壓力的改變。

根據(jù)以往對聚驅(qū)研究成果可知，由于聚驅(qū)降低了儲層的滲透率，因此認(rèn)為聚驅(qū)注采是需要考慮啟動壓力梯度的滲流。

石油大學(xué)郝斐等人做啟動壓力梯度—壓力曲線如圖3所示。

由圖3可以看出啟動壓力梯度越小，近井地帶地層壓力下降速度越慢，但壓力波及的范圍大；反之啟動壓力梯度越大，近井地帶地層壓力下降速度越快，但壓力波及的范圍就越小。

圖3 啟動壓力梯度對地層壓力分布影響圖

實驗數(shù)據(jù)也表明，巖芯滲透率越小,啟動壓力梯度越大，滲流的非線性程度越強,滲流能力越弱。

因此注聚后，油層滲透率降低，啟動壓力梯度大，采油井壓力波及范圍小，注水井影響范圍大，注采井間高壓區(qū)域增大。

綜合以上研究認(rèn)為：砂體變窄區(qū)域、砂體厚度變化區(qū)域、斷層遮擋注采不完善區(qū)域與注采比大于1的區(qū)域疊合的，距離注聚井80m范圍，均預(yù)測為高壓區(qū)。

該區(qū)注聚層物性表現(xiàn)為低滲儲層特征，儲層壓力預(yù)測也近似于低滲儲層壓力預(yù)測方法，但略有不同。

低滲儲層壓力一般與注入井井口壓力預(yù)測相差比較大。在注入井附近，會發(fā)生層間竄流，即高壓層流體進入低壓層，這樣注入井井口剩余壓力反映的是所有射開層位的綜合壓力，最高小層壓力被層間竄流所抵消，井口剩余壓力反映減小。最高地層壓力與注入井井口剩余壓力預(yù)測值相差2～4MPa。

4 實鉆應(yīng)用

N2區(qū)聚驅(qū)井注采層位是P一組1～4小層，這幾個小層的物性相近，注聚后物性變化也相近，因此層間串流作用比較小，根據(jù)已鉆井完井檢測結(jié)果看，注入井井口剩余壓力計算地層壓力比實際地層壓力低0.5～1MPa。

因此該區(qū)將聚驅(qū)注入井井口剩余壓力計算所得壓力系數(shù)附加0.5～11MPa 為待鉆50 口井預(yù)測注聚層地層壓力。

4.1 鉆前壓降方法

注聚井放溢一段時間關(guān)井后，井口壓力迅速回升，與放溢前的井口壓力相近，表現(xiàn)出低滲透油層降壓性質(zhì)。所以短期放溢流降壓效果有限。

放溢流泄壓一般是針對中滲透地層、注聚井排井及注采不平衡井區(qū)，效果非常顯著。對低滲油層，取得的效果并不明顯。

由于HSE 管理要求，導(dǎo)致一些中高滲巖性憋壓區(qū)無法通過放溢泄壓，需要5口待鉆井采用原井眼泄壓方式（原井眼泄壓是指在裝有井控設(shè)備的裸眼井下套管完井前，通過人為降低鉆井液密度至鉆井液柱壓力低于高壓層壓力，使部分高壓層孔隙流體進入井筒，以達到使高壓層泄壓目的的一種方法）。

4.2 鉆井液密度確定

在該井區(qū)使用稍低于預(yù)測油層壓力系數(shù)的鉆井液比重，以便鉆進時地層高壓流體進入井筒，達到類似采出井的降壓效果，完井時提高鉆井液密度，平衡地層壓力，保證測井、下套管、固井等工序的安全施工。

鉆井液使用密度應(yīng)在地層坍塌壓力系數(shù)和高壓層地層孔隙壓力系數(shù)之間，低于坍塌壓力系數(shù)會造成井壁失穩(wěn)，高于高壓層孔隙壓力則無法實現(xiàn)泄壓。5口采用原井眼泄壓方式，待鉆井鉆開高壓層的鉆井液比重控制低于高壓層壓力系數(shù)0.10～0.25之間。

4.3 實際施工完井壓力檢測表明，準(zhǔn)確率達到了96%

個別高壓層出現(xiàn)在目前預(yù)測不到的位置，與巖相、砂體分布、注采比等均沒有相關(guān)性，分析認(rèn)為與聚合物分子量與儲層孔喉匹配情況有關(guān)，儲層孔喉數(shù)值平面分布特征與高壓區(qū)域的相關(guān)性有待于進一步研究。

5 結(jié)論

在長期高效注水及后期注聚作用下，鉆井條件地質(zhì)更加復(fù)雜，由于聚合物的特性，容易單線推進，在斷層及滲透率變化條件下，容易造成局部高壓。高壓層的出現(xiàn)導(dǎo)致高密度施工，及斷層的廣泛分布，引發(fā)井漏的可能性增大。

聚合物在注入過程中，由于吸附和捕集作用，在巖芯中滯留，降低了巖石的滲透率，會加劇注入壓力上升和注入量降低的趨勢。低滲透儲層由于孔喉微細，流體在滲流過程中受到巖石孔壁與流體固、液界面上的表面分子力的強烈作用，因此需要一個啟動壓差，才能使流體開始流動。使低滲透儲層中的流體開始流動的最低壓力稱為啟動壓力。將油層啟動壓力梯度與降壓規(guī)律相結(jié)合，研究注聚復(fù)雜區(qū)域的壓力變化規(guī)律，從而指導(dǎo)新鉆井區(qū)塊的鉆井生產(chǎn)。

通過對注水井、采油井口壓力的變化規(guī)律研究及連通關(guān)系的分析，確定其降壓規(guī)律，通過精細地質(zhì)分析，結(jié)合斷層、套損分布區(qū)域及小層砂體分布情況確定異常高壓層的分布范圍，指導(dǎo)待鉆井的鉆井液密度設(shè)計，從而減少油氣水浸等復(fù)雜情況的發(fā)生。通過注水井放溢、原井眼泄壓技術(shù)，保證優(yōu)質(zhì)高效地完成異常高壓區(qū)塊的鉆井生產(chǎn)。

模糊處理滲透率變化、厚度變化等地質(zhì)條件，結(jié)合斷層發(fā)育情況，應(yīng)用可取得試驗數(shù)據(jù)研究降壓變化規(guī)律與異常高壓層的關(guān)系，將油層啟動壓力梯度與降壓規(guī)律相結(jié)合，通過對注水井、采油井口壓力的變化規(guī)律研究及連通關(guān)系的分析，研究注聚復(fù)雜區(qū)域的壓力變化規(guī)律，確定其降壓規(guī)律，并通過精細地質(zhì)分析確定異常高壓層的影響范圍，通過注聚井井口放溢及原井眼泄壓技術(shù)措施，指導(dǎo)鉆井液密度的設(shè)計，減少油氣水浸及井漏等復(fù)雜事故的發(fā)生，減少對鉆井的影響從而指導(dǎo)鉆井生產(chǎn)，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效鉆井。