司鉆法壓井第二周循環(huán)影響因素的探討

方世祥 羅 源 楊欣雨

（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）

司鉆法為現(xiàn)場常用壓井方法, 但卻很少用該方法一次性壓井成功的案例,為了提升現(xiàn)場壓井效率,減少壓井失敗造成的復雜情況, 有必要對司鉆法壓井的理論和施工方案影響因素深入剖析,以求更佳壓井方案。

司鉆法壓井主要為“控制壓力不變”三個階段,第一階段為原漿循環(huán)排氣控制立壓不變, 第二階段為從重漿泵入到鉆頭下行時間段內(nèi)控制套壓不變, 第三階段為重漿上行時間段內(nèi)控制立壓不變[1,2]。對司鉆法壓井理論和施工方案影響因素等進行剖析,發(fā)現(xiàn)在重漿下行階段內(nèi),無論何種工況,均采取控制循環(huán)套壓不變的做法值得商榷討論。

1 保持井底壓力平衡分析

司鉆法壓井要求在整個壓井循環(huán)過程中均要保持井底壓力平衡, 其平衡條件為“套壓+環(huán)空液柱壓力+環(huán)空壓耗”=地層壓力,即第二周循環(huán)重漿下行時間段內(nèi),在環(huán)空液柱壓力和環(huán)空壓耗不變的情況下, 控制套壓不變就能達到井底壓力平衡的目的[1]。環(huán)空壓耗在壓井條件不變時,其值保持不變,而保持環(huán)空液柱壓力不變的條件為:

1.1 利用重漿開始壓井前,井內(nèi)鉆井液均未受污染。在現(xiàn)有方法和設(shè)備條件下難以達到, 其原因為第一周排氣過程中存在環(huán)空不規(guī)則、壓力波動、節(jié)流閥控制立壓存在滯后現(xiàn)象等,使得井內(nèi)仍然存在少量受侵鉆井液。

1.2 重漿下行期間,無新的流體侵入井內(nèi)。該條件同樣很難達到,因為不僅井內(nèi)負壓差致使流體侵入井內(nèi),正壓差置換反應(yīng)同樣可以使流體侵入井內(nèi),并且置換反應(yīng)是隨時進行的[3,5]。

2 壓井影響因素的探討

2.1 地層因素對壓井的影響

地層儲層物性較差,短時間內(nèi)侵入井內(nèi)流體較少,即使存在壓力波動現(xiàn)象,也很難對壓井結(jié)果造成影響,此時司鉆法第二周循環(huán)重漿下行時采取控制套壓不變的措施是可行的。相反如果地層儲層物性較好,則該方法不可行,因為井底置換反應(yīng)明顯,并且存在壓力波動,致使流體持續(xù)侵入環(huán)空,靜液柱壓力降低[2,3,5],導致流體快速侵入井內(nèi),造成多次壓井。

2.2 井深對壓井的影響

例:X-1 井為直井,鉆至3200m 發(fā)生溢流,測得鉆鋌長100m,內(nèi)容積4.01L/m;5”鉆桿3100m,內(nèi)容積9.26L/m;低泵沖排量為10L/s,使用以下公式計算:

式中Vd-鉆具內(nèi)容積,L/m;L-鉆具長度,m;Qk-泵排量,L/s。

以下進行不同井深條件下重漿下行時間的計算,其他條件不變,鉆至3200、4200、5200m 發(fā)生溢流,由計算結(jié)果(圖1-a)可知:

圖1 重漿下行時間的計算

2.2.1 當井深較淺,重漿下行時間相對較短。正常情況下侵入井內(nèi)的流體較少, 此時第二周循環(huán)重漿下行時采取控制套壓不變的措施是可行的, 因為在短時間內(nèi)不會有太多流體進入井內(nèi),對壓井結(jié)果的影響也是有限的。

2.2.2 當井深較深,重漿下行時間相對較長。正常情況下侵入井內(nèi)的流體較上者會明顯增多,此時若遇聯(lián)通性好的產(chǎn)層,效果更為明顯。該情況下,當重漿下行時采取控制套壓不變的措施是不可行的,因為下行時間過長,即使聯(lián)通性較差也會導致更多的流體進入井內(nèi),加上壓力波動,流體不斷進入環(huán)空,使得壓井復雜。

2.3 鉆具尺寸對壓井的影響

根據(jù)前文2.2 案例及公式(1)進行不同鉆具尺寸下重漿下行時間的計算,其它條件不變,改變鉆具尺寸,3-1/2”鉆桿內(nèi)容積3.78L/m;4”鉆桿內(nèi)容積5.2L/m;5”鉆桿內(nèi)容積9.26L/m,由計算結(jié)果(圖1-b)可知:

鉆具尺寸越小,其內(nèi)容積越小,在相同排量下,司鉆法第二周循環(huán)重漿下行時間越短,其它條件一定的情況下,侵入井內(nèi)的流體會相對較少,反之會增多。

2.4 低泵速排量對壓井的影響

根據(jù)前文2.2 案例及公式(1)進行不同排量下重漿下行時間的計算,其它條件不變,更改壓井排量,分別為5L/s、7L/s、10L/s,由計算結(jié)果(圖1-c)可知:

壓井排量一般為正常排量的1/3-1/2,低泵沖壓井排量越大,井底ECD 越大,第二周循環(huán)重漿下行時間越短,其它條件一定的情況下,侵入井內(nèi)的流體會相對較少,反之會增多。通過對井深、鉆桿具寸和壓井排量三方面分析得出,同等條件下,井深越深、鉆具尺寸越大、壓井排量越小,則重漿下行時間越長。以上三方面因素再結(jié)合聯(lián)通性較好的地層, 重漿下行時采取控制套壓不變的措施理論上則是不可行的,地層聯(lián)通性好,井內(nèi)本身的置換就很明顯,再加上重漿下行時間較長,使得流體不斷進入環(huán)空,此時如果保持套壓不變,侵入井內(nèi)的油氣會迅速增加,并且存在累積效應(yīng),井底壓力會大大降低,使得壓井復雜,造成多次循環(huán)壓井,甚至導致壓井失敗。

3 推薦施工措施

針對重漿下行時間過長、地層聯(lián)通性較好的井侵,推薦司鉆法壓井采用以下方法:第一循環(huán)周排除受侵鉆井液期間內(nèi),控制循環(huán)立壓始終等于初始循環(huán)立壓不變。第二循環(huán)周從重漿泵入鉆具開始下行至鉆頭時間段內(nèi),通過計算繪制出立管壓降曲線,采取控制循環(huán)立壓按計算數(shù)據(jù)下降的措施[1,4],在重漿從鉆頭進入環(huán)空返至井口的過程中,始終保持循環(huán)立壓等于終了循環(huán)立壓。

重漿下行到鉆頭任一點處立壓PTcd的計算如下:

設(shè)重漿進入鉆桿內(nèi)長度y1=Q·t/A1,則鉆桿內(nèi)的平均密度[6,7]

式中:Q-壓井排量,m3/s;t-壓井時間,s;A1-鉆桿內(nèi)橫截面積,m2;D-井深,m;pp-井底壓力,MPa;Δpdrill-鉆桿內(nèi)壓耗,MPa;ρk,ρm-重漿密度和鉆井液密度,g/cm3;Gk,Gm-重漿梯度和鉆井液梯度,MPa/m。

4 優(yōu)化后立壓、套壓變化規(guī)律（圖2）

圖2 優(yōu)化后立壓、套壓變化曲線圖

4.1 立壓變化規(guī)律

第一循環(huán)周,0-t2時間段內(nèi),保持初始循環(huán)立壓PTi不變,以原漿循環(huán)排除受侵泥漿[1];第二循環(huán)周,t2-t3時間段內(nèi),重漿由井口至鉆頭,控制循環(huán)立壓按計算數(shù)據(jù)下降,立壓由PTi降到終了循環(huán)立壓PTf;t3-t6時間段內(nèi),重漿由井底返至井口,保持PTf不變。

4.2 套壓變化規(guī)律

第一循環(huán)周,0-t1時間段內(nèi),溢流頂部到達井口,套壓上升到第一個峰值;t1-t2時間段內(nèi),溢流返出井口,一般情況下該周很難一次循環(huán)干凈,存在少量流體,因此套壓下降,但未降至初始關(guān)井立壓;t2-t3時間段內(nèi),重漿由井口至鉆頭,井內(nèi)雖存在少量入侵流體,使得靜液柱壓力下降,但此時套壓略有上升,用以維持井底壓力,抑制流體入侵程度,大大延緩流體入侵,使得井內(nèi)入侵流體極少;t3-t4時間段內(nèi),重漿進入環(huán)空,入侵流體到達井口,因入侵流體相對較少,套壓上漲趨勢并非太大;t4-t5時間段內(nèi),入侵流體排出,套壓迅速下降;t5-t6時間段內(nèi),排除井內(nèi)原鉆井液,套壓逐漸下降,隨著重漿返至井口,此時井內(nèi)雖可能仍存在極少量入侵流體,但對套壓影響極小,使得井內(nèi)套壓下降為0,此時壓井成功。

5 結(jié)論

5.1 通過分析得出,地層、井深、鉆具尺寸、低泵速排量等因素均對司鉆法壓井第二周循環(huán)有較大影響, 因此第二周循環(huán)重漿下行時間內(nèi),控制套壓不變壓井的措施有一定的適用性,現(xiàn)場壓井施工應(yīng)根據(jù)實際工況選擇合理壓井方法。

5.2 傳統(tǒng)司鉆法適用于一般井侵狀況,而針對重漿下行時間過長、儲層物性較好等特殊工況的井侵,推薦在司鉆法第二周循環(huán)重漿下行期間, 采用控制循環(huán)立壓按計算數(shù)據(jù)下降的壓井措施。