馬洪志 (延長油田股份有限公司川口采油廠，陜西 延安 716000)

欠平衡鉆井技術(shù)淺析

馬洪志 (延長油田股份有限公司川口采油廠，陜西 延安 716000)

目前，許多已開發(fā)的油藏儲(chǔ)層壓力低或壓力系統(tǒng)復(fù)雜，油藏品位差。針對(duì)上述問題，可以采用欠平衡鉆井技術(shù)能增加儲(chǔ)量并提高采收率。闡述了欠平衡鉆井技術(shù)的特點(diǎn)，通過具體實(shí)例分析了該技術(shù)的應(yīng)用情況。

欠平衡鉆井；提高采收率；油層損害

隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，油氣資源勘探難度加大，許多開發(fā)的油藏儲(chǔ)層壓力低或壓力系統(tǒng)復(fù)雜，油藏品位差。針對(duì)上述問題，可以采用欠平衡鉆井技術(shù)。欠平衡鉆井技術(shù)又稱負(fù)壓鉆井，是指在鉆井過程中井底壓力低于地層壓力，地層流體有控制地流入井筒并循環(huán)至地面的鉆井過程[1]。與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，欠平衡鉆井技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，如改善鉆井特性和防止油氣層損害等。為此，筆者對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 欠平衡鉆井技術(shù)特點(diǎn)

儲(chǔ)層性質(zhì)通常由油藏描述技術(shù)間接獲得，如利用測(cè)井技術(shù)獲取儲(chǔ)層電性、聲波特性和放射性，或通過巖心分析來確定油藏某一特定部位儲(chǔ)層性質(zhì)，而欠平衡鉆井則是通過測(cè)定儲(chǔ)層最重要特性——“產(chǎn)能”來進(jìn)行儲(chǔ)層描述。通過該技術(shù)可獲取油氣的直接顯示及隨鉆儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，從而在鉆井過程中及時(shí)了解儲(chǔ)層的壓力、滲透率和產(chǎn)能等參數(shù)，再結(jié)合數(shù)據(jù)采集和工程解釋，就能夠正確定位并識(shí)別地質(zhì)異常(如裂縫、致密層、尖滅、不連續(xù)和水層)[2]。該技術(shù)的具體特點(diǎn)如下。

1.1易于發(fā)現(xiàn)新層位

圖1 常規(guī)過平衡鉆井和欠平衡鉆井示意圖

按常規(guī)方法鉆開層位時(shí)，測(cè)井曲線顯示為“好”，但產(chǎn)量非常小甚至為零。此外，若儲(chǔ)層遭受平衡鉆井液的嚴(yán)重?fù)p害，儲(chǔ)層就可能無油氣產(chǎn)出，這時(shí)，儲(chǔ)層的儲(chǔ)量就被視為零。當(dāng)采用欠平衡鉆井時(shí)，上述油層則可能顯示出其商業(yè)價(jià)值，儲(chǔ)層內(nèi)的油氣也就被計(jì)為新增儲(chǔ)量(見圖1)。

1.2減小油層損害

增加油層產(chǎn)油貢獻(xiàn)率。采用欠平衡鉆井技術(shù)可將鉆井所引起的油層損害最小化，即通過降低表皮損害來增加油層產(chǎn)油貢獻(xiàn)率，這一特點(diǎn)在致密油藏和層狀油藏中表現(xiàn)尤為明顯[3]。

1.3降低廢棄壓力

通過降低廢棄壓力可以增加油氣儲(chǔ)量，對(duì)于氣田來說更是如此，而采用欠平衡鉆井技術(shù)可通過以下途徑來降低廢棄壓力：降低表皮效應(yīng)或增加加密井產(chǎn)量(相對(duì)于常規(guī)井而言)；允許在油藏開發(fā)晚期鉆井(由此降低廢棄壓力)，這對(duì)于其他鉆井方法來說是無法實(shí)現(xiàn)的。

1.4增加油井供油面積

當(dāng)存在井間干擾時(shí)，與常規(guī)鉆井相比，采用欠平衡鉆井技術(shù)可增加油井的供油面積，進(jìn)而優(yōu)化井網(wǎng)密度。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1實(shí)例1

1)地質(zhì)概況 元壩11井是四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造帶元壩Ⅰ塊長興組-飛仙關(guān)組礁灘異常體中部的一口評(píng)價(jià)井，目的層為飛仙關(guān)、長興組，兼探侏羅系自流井組大安寨段、三疊系須家河組、雷口坡組及嘉陵江組[4]。須家河段地層巖性以砂巖與泥巖互層為主，地層軟硬交錯(cuò)，根據(jù)鄰井元壩1井須家河地層實(shí)鉆情況，該層位可鉆性差。

2)施工情況 元壩11井須家河組設(shè)計(jì)井段為4477～5100m，預(yù)計(jì)鉆厚623m，預(yù)測(cè)地層壓力系數(shù)為1.50～1.85。三開首先使用1.66g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)揭開須四段后，逐步調(diào)整鉆井液密度至1.21g/cm3進(jìn)行欠平衡鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至井深4649～4655m(須三段底部)發(fā)現(xiàn)氣層，分離器排氣管先出口點(diǎn)火燃燒，焰高2～3m，根據(jù)泥漿池液面變化情況，控壓1～2MPa鉆進(jìn)。在鉆遇須二段頂部氣層(井段4694～4697m)后，顯示良好，出口火焰高達(dá)1520m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整鉆井液密度至1.30～1.35g/cm3，井口控制回壓2～MPa鉆進(jìn)，鉆至井深4854.8m、層位為須一段時(shí)，結(jié)束欠平衡鉆井作業(yè)。其間，進(jìn)行了5趟起下鉆作業(yè)，每次在起鉆時(shí)替入密度1.73～1.85g/cm3的重泥漿壓穩(wěn)地層后進(jìn)行常規(guī)起鉆作業(yè)，下鉆到底時(shí)用原鉆進(jìn)時(shí)的低密度泥漿替出井內(nèi)重泥漿后，恢復(fù)欠平衡控壓鉆井。欠平衡井段累計(jì)進(jìn)尺360.79m，純鉆234.69h，平均機(jī)械鉆速1.54m/h。

3)施工效果 通過采用欠平衡鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以下施工效果：①該井欠平衡井段根據(jù)綜合錄井顯示，并結(jié)合鉆時(shí)變化、巖性分析和出口點(diǎn)火情況，及時(shí)直觀地發(fā)現(xiàn)了12個(gè)氣顯示段，其中在須三段底部(井深4649～4655m)和須二段頂部(井深4694～4697.00m)顯示良好氣層。②在欠平衡鉆井過程中，鉆遇油氣顯示后，及時(shí)采取控壓鉆進(jìn)措施，根據(jù)出口火焰大小、綜合錄井全烴顯示、泥漿池液面、進(jìn)出口鉆井液密度、鉆時(shí)等參數(shù)變化情況，合理調(diào)節(jié)控壓值，讓地層流體有控制地進(jìn)入井筒并循環(huán)至地面進(jìn)行燃燒處理，確保了該井段的安全快速鉆進(jìn)。③在欠平衡條件下，井筒內(nèi)處于負(fù)壓差狀態(tài)，避免了壓差卡鉆、井漏等情況的發(fā)生。④與同地區(qū)須家河段常規(guī)鉆井相比，元壩11井欠平衡井段平均機(jī)械鉆速得到顯著提高，平均機(jī)械鉆速達(dá)1.54m/h，是元壩區(qū)塊鄰井同層段常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速的2.05～2.96倍，縮短了鉆井周期，有效地節(jié)約了鉆井成本。

2.2實(shí)例2

1)地質(zhì)概況 腰深1井是中石化部署在松遼盆地長嶺斷陷達(dá)爾罕斷凸帶腰西構(gòu)造高點(diǎn)的一口直探井[5]。該井所處的腰英臺(tái)深層構(gòu)造是在基底隆起背景上發(fā)育的背斜構(gòu)造，和南部的達(dá)爾罕構(gòu)造位于一個(gè)構(gòu)造帶內(nèi)，位于長發(fā)屯斷陷槽邊部，達(dá)爾罕斷凸帶的最前緣。儲(chǔ)集體巖性多以砂礫巖、含砂中-粗砂巖、細(xì)-中砂巖為主，含部分火成巖，發(fā)育火山巖氣藏。其地層主要有以下特點(diǎn)：①孔隙度低，介于4.7%～8.6%，平均為7.47%；②滲透率低，介于(0.02～0.13)×10-3μm2，平均為0.10×10-3μm2；③局部存在異常低壓，井深超過3568m的地層可能存在異常低地層壓力。

2)施工情況 該井于2006年6月12日23∶00開始第3次欠平衡鉆進(jìn)施工，液相欠平衡鉆井液密度1.03～1.07g/cm3，施工井段為3569.20～3750.00m，進(jìn)尺180.80m，純鉆進(jìn)86.67h，平均機(jī)械鉆速2.09m/h，使用 216mm牙輪鉆頭一只，目的層氣體顯示較好，歷時(shí)7d的欠平衡鉆進(jìn)井段長度為183m。

3)施工效果 通過采用欠平衡鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以下施工效果：①通過連續(xù)、實(shí)時(shí)地進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層。欠平衡段共鉆遇3段主力氣顯示層，分別為3585～3603m、3611～3621.50m、3652.50～3680.50m，累計(jì)厚度為56.50m。②減少油氣層污染，提高油氣產(chǎn)能。自井深3585m開始實(shí)施欠平衡鉆進(jìn)，由儲(chǔ)層進(jìn)入井筒的瞬時(shí)氣體流量為414～2010m3/h，燃燒火焰高度2～11m，節(jié)流回壓一般控制在0～5MPa。井底處于欠平衡狀態(tài)，從而極大地減輕了鉆進(jìn)過程中鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染，保護(hù)了油氣儲(chǔ)層。③提高了機(jī)械鉆速，延長鉆頭壽命。欠平衡鉆進(jìn)過程中，鉆井液循環(huán)壓力低于地層壓力，消除了正壓差對(duì)巖屑的壓持效應(yīng)，避免了巖石的重復(fù)研磨，提高了機(jī)械鉆速，延長了鉆頭壽命。

2.3實(shí)例3

1)地質(zhì)概況 長慶油田中生界的侏羅系延安組和三疊系延長組油層屬“低壓、低滲、低飽”油藏。天然氣氣藏可分為上古生界砂巖氣藏和下古生界碳酸鹽巖氣藏，均呈低滲、低壓和低豐度，在鉆井完井作業(yè)中極易受到傷害，且極難恢復(fù)，輕者使產(chǎn)能降低，重者影響氣層的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)[6]。

2)施工情況 長慶油田于2000年8月在鄂爾多斯盆地北部S3井用天然氣鉆穿上古生界目的層，欠平衡鉆井井段3033～3190m，進(jìn)尺157m，純鉆時(shí)13h22min，機(jī)械鉆速為11.77m/h，填補(bǔ)了國內(nèi)深井天然氣欠平衡鉆井的空白。2002年8月在鄂爾多斯盆地北部的S4井進(jìn)行了天然氣欠平衡鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工，欠平衡鉆井井段3230～3335m，進(jìn)尺105m，純鉆時(shí)5h50min，機(jī)械鉆速為18m/h。此外，在鄂爾多斯盆地北部S4井施工過程中，由于氣源井供氣能力強(qiáng)，調(diào)整了注氣參數(shù)和鉆井參數(shù)，隨著注氣速率、鉆壓的增加，機(jī)械鉆速大幅度提高，比S3井提高了52.87%。

3)施工效果 對(duì)S3井、S4井采用欠平衡鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以下施工效果：①最終鉆開油氣層并獲得無污染巖心，從而可直觀了解含油氣情況。②提高了鉆井速度?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，S3井欠平衡鉆井速度是常規(guī)鉆井液鉆速(1.22m/h)的9.65倍，S4井欠平衡鉆井速度是常規(guī)鉆井液鉆速(1.94m/h)的9.28倍。

3 結(jié) 語

欠平衡鉆井技術(shù)具有提高油氣層發(fā)現(xiàn)程度、減小地層損害、縮短鉆井周期、降低成本等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于低壓低滲等非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，欠平衡鉆井技術(shù)在保護(hù)油氣層、隨鉆油氣藏評(píng)價(jià)、提高鉆井速度和提高經(jīng)濟(jì)效益等方面都顯示了優(yōu)越性。因此，合理利用欠平衡鉆井技術(shù)是增加油氣儲(chǔ)量和提高采收率的一種有效途徑。今后應(yīng)加強(qiáng)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)和鉆井方式的研究，正確運(yùn)用該技術(shù)，以取得更好的開發(fā)效果。

[1]高成軍,張立春,張講麗.欠平衡鉆井技術(shù)的應(yīng)用與認(rèn)識(shí)[J].斷塊油氣田,2009,16(5):116-119.

[2]Babajan S,Dhabi S A,Qutob H.Underbalanced Drilillng Technology Adds Reserves and Enhances Ultimate Recovery[J].SPE12018,1998.

[3]Cade R,Kirvelis R,Nafta M,et al.Does Underbalanced Drilling Really Add Reserves? [J].SPE81626,2001.

[4]許庭云，張建江.元壩11井欠平衡鉆井施工技術(shù)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2009,19(26):218-219.

[5]于鐵軍,燕修良,曹強(qiáng)欠,等.欠平衡鉆井技術(shù)在松遼盆地腰深1井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2010,30(12):67-71.

[6]盧力.欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展及其在長慶油田的應(yīng)用與展望.低滲透油氣田[J].2004,9(1):31-33.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.032

TE249

A

1673-1409(2012)04-N094-03

2012-02-12

馬洪志(1982-)，男，2005年大學(xué)畢業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)方面的研究工作。