井下压力温度测试工具的开发应用

第32卷第6期石油钻探技术 井下压力温度测试工具的开发应用 刘永贵,邵天波 (1.大庆石油管理局钻井工程技术研究院,黑龙江大庆l 634l3;2.大庆输油气公司,黑龙江大庆l 63852) 摘要:由于深层勘探钻井中井底压力温度的不确定性,以及井内油、气、水和岩屑等多相流的复杂特性,很难在井底保持某一确定的压力范围,经常出现各种复杂的钻井工程事故。另外,常规的MWD或LWD在多相流条件下难以测量井内压力,虽然国外开发的电磁随钻测量系统(EMWD)可以解决问题,但成本很高。介绍了一种用以测量深层气探井井底压力、温度的新型测试系统,起钻后对测试数据进行分析处理,能够解决井底压力控制问题。大庆油田应用该系统为深层钻井完井设计施工提供了准确的井下数据,同时建立了一种新的随钻气层解释方法。该系统结构简单,成本低,应用该系统完成了达深2井和徐深6井深层气探井的钻井作业,在徐深6井完井压裂后获得工业气流,取得较好的勘探效果。 关键词:欠平衡;井底压力;温度;测试仪;负压;随钻测井 中图分类号:TE271 文献标识码:B 文章编号:1001—0890 (2004)06—0027一O5 引言 大庆油田在松辽盆地北部深层勘探的重点是深层气,勘探对象多为低渗透孔隙型、裂缝型或孔隙裂缝双重复合型储层,主要目的层为登娄库组和营城组。登娄库组井深2700~2967m,营城组井深3015~4050m。登娄库组地层岩性以泥岩、油页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩为主;营城组地层岩性上部主要为凝灰岩、流纹岩、安山岩等酸性喷发岩,下部为砂砾岩,以砾石为主,砾石成分复杂,包括泥岩、砂岩、火山岩等,砾径一般为10mm×20mm×30mm。登娄库组地层有效孔隙度为7 ~20 ,泥质含量一般为0~20 ,渗透率(0.01~10) ×10fm ,最大单层厚度3.4~11.4m。营城组火山岩、砂砾岩孔隙度2.5 ~ 11.0 ,渗透率(0.11~9.23)×10 3fm 。地层裂缝比较发育,以纵向裂缝为主,缝宽0.5~ 1.0mm,缝长5~10cm,一般为泥质充填,部分未被充填,属低孔渗裂缝性气藏。针对大庆松辽盆地北部储层的特点,用常规钻井方法打开储层,不但钻速低,经常发生漏失和卡钻等事故,且易造成严重的储层伤害。因此大庆油田在松辽盆地北部采用低密度欠平衡钻井技术,并已形成了适合大庆油田特点的欠平衡钻井完井配套技术,建立了深层欠平衡气探井的井底循环压力数学模型,并编制了钻井监测分析系统计算机软件。但是,由于井底负压值和钻井液密度设计时考虑的边界条件与实钻井眼的多相流状态有一定差距,因此在计算井底压力和负压值等参数时存在很大误差。实践证明,对于井底负压值设计范围较大、井深较浅的井,虽然存在误差,但仍然可保证井底处于欠平衡状态(比如卫深5井、肇深11井和汪深1井);但对于井深较深、井底负压值设计较小的井,由于计算误差可能会导致过平衡。国外已经开发了适用于欠平衡井的随钻井底压力测量系统EMWD,该系统虽然受钻井液介质的影响但受井深影响较大。由于成本和技术等方面的原因,国内在这方面研究与应用较少。而在深层欠平衡气探井钻井中保持一个精确合理的井底负压值是一个关键技术,因此大庆油田研制开发了随钻井底压力、温度测试系统,该系统包括测量仪器和配套的分析软件。 1 随钻井底压力、温度测试系统的研制 1.1 随钻井底压力、温度测量仪器的研制 1.1.1 结构原理 根据国外有线随钻测量系统和无线测量系统原理,通过固定传递装置将井底压力传递给 仪器总成,达到自动测量、自动存储 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 的功能。欠平衡井底压力温度测量系统距离井底非常近,只有0.57m,因此实测的压力、温度可以近似认为是井底压力、温度。其结构包括本体、固定传递装置、仪器总成和辅助装置几部分。 1.1.2 测量仪器的性能指标 大庆油田自行研制的井底压力、温度测量仪器是4214ram 螺扶型测量仪器,它不影响欠平衡钻井井下钻具组合,仪器总成选用进口高精度压力传感器和关键电子元器件。该仪器的性能指标:压力量程0~70MPa,压力准确度0.05Pa,压力分辨率0.O03Pa;温度量程0~150。C,温度精度±0.3。C;贮存容量696000点;额定工作时间300h;采样速率1~3600s~。由该仪器的性能指标可看出,该仪器完全适合于测量深井欠平衡钻井的井底压力、温度。 1.2 配套分析软件的开发 由于测量仪器所测量的井下数据需要起钻以后才 能回放处理,测量数据没有对应井深与压力温度及其 他参数的对应关系,需要处理后才能计算分析,将地 质录井地面采集数据和井下实测数据汇总到数据库 中,进行调用计算分析以及随钻储层解释的研究,软 件开发流程见图1。 图1 数据分析软件开发流程 在已有欠平衡钻井数据监测分析软件的基础上, 大庆油田开发出了新的配套分析软件,增加了4条实 测曲线和4条计算曲线,增加了实测曲线同井深及其 他参数之间的对应关系。该软件的分析模块一次最多 可显示24条数据曲线,根据需要将对比的4条曲线选 择在一组进行对比,同时利用鼠标右键可以直接读取 数据,方便分析。 2 现场试验 2.1 达深2井 达深2井是大庆油田一口重要的预探井,钻探目 的是了解松辽盆地东南断陷区安达断陷中部营城组火 山岩带的含气情况,落实储层、含油气面积、储量。该 井在三开井段采用水包油钻井液进行欠平衡钻井,三 开井深3064m,完钻井深4050m,完钻层位为沙河子 组。预计该井主要产气层营城组火山岩地层压力系数 约为1.O8,设计欠平衡钻井液的密度窗口为0.92~ 1.OOkg/I ,设计井底负压值2~4MPa。 井底压力温度测试仪器在达深2井三开欠平衡井 段进行现场试验,试验井段3064~3609m,工况包括起 下钻、钻水泥塞、钻进、循环钻井液、静止、活动钻 具和关井求压等几个过程。 2.2 徐深6井 徐深6井是大庆油田徐家围子区块一口重要的深 层气探井,钻探目的是进一步整体 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 徐家围子断陷 中部兴城火山岩带,扩大勘探成果。该井三开井段采 用近平衡钻井,三开井深2780m,设计完钻井深 4060m,目的层主要为营城组火山岩段,兼探泉二段、 泉一段、登娄库组、营城组砂岩、砂砾岩层段。完钻 层位为营城组(或沙河子组),采用套管射孔完井,设 计最大地层压力系数1.08。 在徐深6井三开第二个钻头下钻时将井底压力、 温度测试仪器安装下井,开始工作,每次起钻后回放 数据,共计下井3次。下入井段分别为:3157.96~ 327O.76m . 356】.6~ 3724.8m . 3729.8~ 3772.Om 3 测试系统的应用研究 3.1 实测地层压力 在达深2井起钻前进行了关井求压,等套压和立 压相对稳定后,其井底压力实测值可以近似认为地层 压力,利用管内外钻井液密度和最终关井套压及立压 值,以及地层压力与最大套压和最大立压的关系,结 合实际钻井过程中气测显示井段对比分析,利用现场 经验公式求取地层压力,所得数据与中途测试数据对 比见表1。现场经验公式为: 户= 户l+ 户+ 户(1) 户一户2+ 户d (2) 式中,P 为地层孔隙压力,MPa;P .为环空钻井液液 柱压力,MPa;户为管内钻井液液柱压力,MPa; 为环空压耗,MPa;为最大套管压力,MPa;为 最大立管压力,MPa。 表1 达深2井测量计算地层压力系数与中途测试数据对比 井深m 蕞蘩裴中叠集装层相对误差, 3064 3092 3098 31OS 320'2 3210 36OO 0.903 0.981 0.990 0 992 0.988 0.930 0.958 0.923 1.017 1.0l9 1.O01 0.993 0.961 0.96l 2.17 3.52 2.85 0.90 0.50 3.23 O.32 从表1可看出,该仪器测量的地层压力偏低,最大 误差小于4%。原因是在低压低渗透地层关井求压时,由于关井时间短,井底流压恢复较慢,另外由于井内 气柱持续上升,套压、立压很难完全稳定,钻井液密维普资讯 第32卷第6期刘永贵等:井下压力温度测试工具的开发应用 度在井筒内随井深而发生变化,使得到的地层压力系 数偏低。. 3.2 确定井底负压值和密度窗口 在达深2井欠平衡钻井过程中,井底负压值压力 可以用下式计算: PF— P。一Pb; (3) 式中,Pr为井底负压值,MPa;pb为井底压力,MPa, 由仪器直接测得。 地层孔隙压力在设计前由地质部门给出,井底负 压值设计根据目的层的物性(井壁稳定性)、欠平衡设 备状况以及现场控制能力来确定,根据国内欠平衡钻 井实践,一般为1.0~4.0MPa,地层孔隙压力和井底 负压值确定后,就可以确定钻井液密度: 10 一102 (P 一PF— P )/H (4) 式中,10 为钻井液密度,kg/L;H 为井深,m。 该井设计井底负压值2~4MPa,密度窗口0.90~ 1.00 kg/I 。利用该仪器实测井下数据分析得出:该井3092~3202m 欠平衡井段,井底负压值基本上在1.0 .2MPa之间,而3065~3092m 和3202~3609m 基 ~2 本上属于近平衡或平衡钻进井段。 3.3 确定深层气探井地层温度及地温梯度 达深2井从二开技术套管固井到三开下钻至井底 3064m 的时问超过200h,地层和井筒之问热交换比较 充分,随钻井底压力温测试系统测得温度基本为地层 温度。图2是仪器测得的大庆油田外围区块从地面到 井深3064m 的地层温度变化情况。仪器在3064m 处静 止7h,温度基本稳定在111.84。C,通过计算井深3064m 以浅地层地温梯度平均为3.65。C/100m。从图2中可看 出温度曲线上出现拐点(在井深2200m 处,温度88。C),因此在井深2200m 前地温梯度为4~C/100m,这和 大庆油田浅井多年油井测试获得的经验值相吻合,而 深井勘探区块还没有准确的测量值。通过实测曲线图 可看出深层地层温度变化比较平稳,其温度梯度为 2.75。C/100m 120.0 100.0 < 800 理60.0 400 20.0 / / l I 12.0 14 0 16 0 18.0 20.0 累加时间,h 图2 达深2井地层温度实测曲线图(O~3064m) 3.4 确定井下循环温度和静止温度 井下循环温度不但直接影响水泥浆的稠化时问和 流变性,关系到注水泥作业的成败和注水泥质量的高 低,而且还影响到井内压力平衡、井壁稳定、井内工 作液体系选择、套管和钻柱强度设计等。因此须准确 地确定高温高压深井固井和钻井作业中井内循环温度 及其分布和变化规律。研究表明,井下循环液体的最 高温度不发生在井底而发生在环空内,这是由于液体 从井底上返后受到高的地层温度影响所致,通常在井 底上方环空的1/7~ 1/6处。井底压力温度测试仪器可以直接测出井筒内的循环温度以及停止循环时候井筒 内温度变化情况,为深层气探井钻井和完井设计施工 提供准确的温度数据。从图3可看出,当地面温度、井 深和其他钻井参数不变的情况下,徐深6井(井深 3560m 处)井下循环温度基本不变,当停止循环后井 下温度逐渐上升,经过12h,温度从78。C上升到123。C,上升速度基本上为3.75。C/h。 累那时N/h 图3 徐深6井井深3560m 处井下循 环和开始静止时温度变化曲线 3.5 欠平衡钻井随钻储层分析 在欠平衡钻井过程中,有气体进入井筒内可以根 据国外Amoco公司的Nickens等人口所建立的钻井过 程中气井溢流模型来推导出气体侵入井筒内的方程 式: Q一2.64× 10 。Kh (P:一P})/ (0.8+ lntD) [(7’一255)z ] (5) 继续阅读