司钻法压井第二周循环影响因素的探讨

2021-08-23方世祥杨欣雨

科学技术创新 2021年23期

方世祥罗源杨欣雨

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

司钻法为现场常用压井方法, 但却很少用该方法一次性压井成功的案例,为了提升现场压井效率,减少压井失败造成的复杂情况, 有必要对司钻法压井的理论和施工方案影响因素深入剖析,以求更佳压井方案。

司钻法压井主要为“控制压力不变”三个阶段,第一阶段为原浆循环排气控制立压不变, 第二阶段为从重浆泵入到钻头下行时间段内控制套压不变, 第三阶段为重浆上行时间段内控制立压不变[1,2]。对司钻法压井理论和施工方案影响因素等进行剖析,发现在重浆下行阶段内,无论何种工况,均采取控制循环套压不变的做法值得商榷讨论。

1 保持井底压力平衡分析

司钻法压井要求在整个压井循环过程中均要保持井底压力平衡, 其平衡条件为“套压+环空液柱压力+环空压耗”=地层压力,即第二周循环重浆下行时间段内,在环空液柱压力和环空压耗不变的情况下, 控制套压不变就能达到井底压力平衡的目的[1]。环空压耗在压井条件不变时,其值保持不变,而保持环空液柱压力不变的条件为:

1.1 利用重浆开始压井前,井内钻井液均未受污染。在现有方法和设备条件下难以达到, 其原因为第一周排气过程中存在环空不规则、压力波动、节流阀控制立压存在滞后现象等,使得井内仍然存在少量受侵钻井液。

1.2 重浆下行期间,无新的流体侵入井内。该条件同样很难达到,因为不仅井内负压差致使流体侵入井内,正压差置换反应同样可以使流体侵入井内,并且置换反应是随时进行的[3,5]。

2 压井影响因素的探讨

2.1 地层因素对压井的影响

地层储层物性较差,短时间内侵入井内流体较少,即使存在压力波动现象,也很难对压井结果造成影响,此时司钻法第二周循环重浆下行时采取控制套压不变的措施是可行的。相反如果地层储层物性较好,则该方法不可行,因为井底置换反应明显,并且存在压力波动,致使流体持续侵入环空,静液柱压力降低[2,3,5],导致流体快速侵入井内,造成多次压井。

2.2 井深对压井的影响

例:X-1 井为直井,钻至3200m 发生溢流,测得钻铤长100m,内容积4.01L/m;5”钻杆3100m,内容积9.26L/m;低泵冲排量为10L/s,使用以下公式计算:

式中Vd-钻具内容积,L/m;L-钻具长度,m;Qk-泵排量,L/s。

以下进行不同井深条件下重浆下行时间的计算,其他条件不变,钻至3200、4200、5200m 发生溢流,由计算结果(图1-a)可知:

图1 重浆下行时间的计算

2.2.1 当井深较浅,重浆下行时间相对较短。正常情况下侵入井内的流体较少, 此时第二周循环重浆下行时采取控制套压不变的措施是可行的, 因为在短时间内不会有太多流体进入井内,对压井结果的影响也是有限的。

2.2.2 当井深较深,重浆下行时间相对较长。正常情况下侵入井内的流体较上者会明显增多,此时若遇联通性好的产层,效果更为明显。该情况下,当重浆下行时采取控制套压不变的措施是不可行的,因为下行时间过长,即使联通性较差也会导致更多的流体进入井内,加上压力波动,流体不断进入环空,使得压井复杂。

2.3 钻具尺寸对压井的影响

根据前文2.2 案例及公式(1)进行不同钻具尺寸下重浆下行时间的计算,其它条件不变,改变钻具尺寸,3-1/2”钻杆内容积3.78L/m;4”钻杆内容积5.2L/m;5”钻杆内容积9.26L/m,由计算结果(图1-b)可知:

钻具尺寸越小,其内容积越小,在相同排量下,司钻法第二周循环重浆下行时间越短,其它条件一定的情况下,侵入井内的流体会相对较少,反之会增多。

2.4 低泵速排量对压井的影响

根据前文2.2 案例及公式(1)进行不同排量下重浆下行时间的计算,其它条件不变,更改压井排量,分别为5L/s、7L/s、10L/s,由计算结果(图1-c)可知:

压井排量一般为正常排量的1/3-1/2,低泵冲压井排量越大,井底ECD 越大,第二周循环重浆下行时间越短,其它条件一定的情况下,侵入井内的流体会相对较少,反之会增多。通过对井深、钻杆具寸和压井排量三方面分析得出,同等条件下,井深越深、钻具尺寸越大、压井排量越小,则重浆下行时间越长。以上三方面因素再结合联通性较好的地层, 重浆下行时采取控制套压不变的措施理论上则是不可行的,地层联通性好,井内本身的置换就很明显,再加上重浆下行时间较长,使得流体不断进入环空,此时如果保持套压不变,侵入井内的油气会迅速增加,并且存在累积效应,井底压力会大大降低,使得压井复杂,造成多次循环压井,甚至导致压井失败。

3 推荐施工措施

针对重浆下行时间过长、地层联通性较好的井侵,推荐司钻法压井采用以下方法:第一循环周排除受侵钻井液期间内,控制循环立压始终等于初始循环立压不变。第二循环周从重浆泵入钻具开始下行至钻头时间段内,通过计算绘制出立管压降曲线,采取控制循环立压按计算数据下降的措施[1,4],在重浆从钻头进入环空返至井口的过程中,始终保持循环立压等于终了循环立压。

重浆下行到钻头任一点处立压PTcd的计算如下:

设重浆进入钻杆内长度y1=Q·t/A1,则钻杆内的平均密度[6,7]

式中:Q-压井排量,m3/s;t-压井时间,s;A1-钻杆内横截面积,m2;D-井深,m;pp-井底压力,MPa;Δpdrill-钻杆内压耗,MPa;ρk,ρm-重浆密度和钻井液密度,g/cm3;Gk,Gm-重浆梯度和钻井液梯度,MPa/m。

4 优化后立压、套压变化规律（图2）

图2 优化后立压、套压变化曲线图

4.1 立压变化规律

第一循环周,0-t2时间段内,保持初始循环立压PTi不变,以原浆循环排除受侵泥浆[1];第二循环周,t2-t3时间段内,重浆由井口至钻头,控制循环立压按计算数据下降,立压由PTi降到终了循环立压PTf;t3-t6时间段内,重浆由井底返至井口,保持PTf不变。

4.2 套压变化规律

第一循环周,0-t1时间段内,溢流顶部到达井口,套压上升到第一个峰值;t1-t2时间段内,溢流返出井口,一般情况下该周很难一次循环干净,存在少量流体,因此套压下降,但未降至初始关井立压;t2-t3时间段内,重浆由井口至钻头,井内虽存在少量入侵流体,使得静液柱压力下降,但此时套压略有上升,用以维持井底压力,抑制流体入侵程度,大大延缓流体入侵,使得井内入侵流体极少;t3-t4时间段内,重浆进入环空,入侵流体到达井口,因入侵流体相对较少,套压上涨趋势并非太大;t4-t5时间段内,入侵流体排出,套压迅速下降;t5-t6时间段内,排除井内原钻井液,套压逐渐下降,随着重浆返至井口,此时井内虽可能仍存在极少量入侵流体,但对套压影响极小,使得井内套压下降为0,此时压井成功。