车66区块钻井过程井底压力波动及渗流规律

第38卷第2期2016年3月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYVol.38No.2Mar.2016文章编号：1000–7393（2016）02–0138–06　　　DOI:10.13639/j.odpt.2016.02.002车66区块钻井过程井底压力波动及渗流规律李云1　贾江鸿21.中国石化胜利石油工程有限公司技术装备处；2.中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院引用格式：李云，贾江鸿.车66区块钻井过程井底压力波动及渗流规律［J］.石油钻采工艺，2016，38（2）：138-143，155.摘要：针对车66区块钻井过程中易出现的阻塞、地层垮塌、井漏甚至井喷等问题，基于环空流体力学并结合地层渗透性特征，分析了在起、下钻及钻井过程中产生的抽汲压力和激动压力的大小，以及钻井液黏度、密度，井深和钻井速率对其影响的规律；依据线性渗流定律，单向流体球面向心流和平面径向流模型研究了井底负压差下进入、钻过储层的渗流规律变化及正压差条件下钻井液漏失情况，得出井底压差越大、地层渗透率越高，地层流体渗流速度越高，钻井液漏失量越大。该分析结果揭示了钻井过程中井底压力波动和井下渗流规律及其相关影响因素，为井身结构设计优化提供了必要依据。关键词：钻井；井底压力；渗流规律；井身结构设计；车66区块中图分类号：TE254　　　文献标识码：ABottom-holepressurefluctuationandseepagepatternduringwelldrillinginChe-66BlockLIYun1,JIAJianghong21.TechnologyandEquipmentDepartment,SINOPEC Shengli Oilfield Service Corporation,Dongying,Shandong257000,China;2.DrillingTechnologyResearchInstitute,SINOPEC Shengli Oilfield Service Corporation,Dongying,Shandong257000,ChinaCitation:LIYun,JIAJianghong.Bottom-holepressurefluctuationandseepagepatternduringwelldrillinginChe-66Block［J］.OilDrilling&ProductionTechnology,2016,38(2):144-149,154.Abstract:DrillingoperationsintheChe-66Blockaresusceptibletoblocking,formationcollapsing,lostcirculation,blowoutandothercomplexities.Basedonfluiddynamicsinannulusandwithconsiderationtoformationpermeabilityfeatures,magnitudesofswabbingpressureandsurgepressureproducedduringtrippinganddrillingoperationswereanalyzed,togetherwitheffectsofdrillingfluidviscosities,densities,welldepthsandROPs.Inaccordancewithlinearseepagetheory,modelsforunidirectionalfluidsphericalcentripetalflowandplaneradialflowweredeployedtodetermineseepagepatternsandlostcirculationofdrillingfluidsduringpenetrationofreservoirformationsundernegativepressure.Researchresultsshowthathigherbottom-holedifferentialpressureandformationpermeabilitymayleadtohigherspeedinseepageofformationfluidsandhighervolumeofdrillingfluidslost.Theconclusionshighlightedfluctuationinbottom-holepressureduringdrilling,togetherwithseepagepatternandrelevantinfluencingfactors.Theresearchresultscanprovidenecessaryfoundationforoptimizationofboreholestructuraldesign.Keywords:drilling;bottom-holepressure;seepagelaw;boreholestructuraldesign;Che-66Block第一作者：李云（1964-），1985年毕业于石油大学（华东）钻井工程专业，现主要从事钻井工艺方面的研究与管理工作。通讯地址：（25700）山东东营中国石化胜利油田工程有限公司技术装备处。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]在钻井过程中井底压力会随着钻井条件的改变而改变，且井底压力改变的同时，储层渗流规律也会产生一定的变化［1-2］。然而目前井底压力和渗流的变化规律尚未明确，无法进行相关预测并对钻井过程给予指导。井底压力和渗流变化规律与钻进地区的地层特征、井眼和钻柱尺寸、钻井液性能、钻进井深、钻进技术措施与操作等多种因素有关，其大小直接影响井身结构设计时的抽汲压力系数、激动压力系数等的取值，研究其变化规律能够为井身结构设计提供重要依据。文中以胜利油田新近探明开发的车66区块为例，研究其钻井过程中井底压力和渗流变化规律。车66区块属套尔河西次洼陷，位于车镇139李　云等：车66区块钻井过程井底压力波动及渗流规律凹陷中部偏北，地质条件恶劣、构造复杂、储层埋藏深及压力层系多［3-4］。该区块钻井过程中需要钻过多组压力与岩性不同的地层，容易发生阻塞、地层垮塌、井漏甚至井喷等危险事故。研究区块钻井过程井底压力波动和起、下钻过程渗流规律，有助于井身结构的优化设计，保障钻井过程的顺利进行。1　钻井过程中井底压力分析Analysisofbottom-holepressureduringdrilling钻井过程中，井底压力波动较为频繁，压力大小与钻井工作状态、钻井液性能等密切相关，通常在起钻过程中，井底压力最低；下钻或钻进过程中，井底压力相对较高。目前国内油田钻井工程设计和施工仍沿用Burkhardt的稳态预测模式［1］。选取车66区块一口目标井，该井用Ø215.9mm钻头钻进至井深4500m，Ø244.5mm套管下深2500m（套管内径220mm），钻柱组合为Ø215.9mm钻头+Ø177.8mm钻铤（内径78mm）200m+Ø127mm钻杆（内径108.6mm）。钻井液性能：ρm=1.5g/cm3，塑性黏度50mPa·s。起钻平均速度0.465m/s，下钻平均速度0.93m/s。对该井井底压力波动进行研究。分析计算方法主要为Burkhardt试验井下钻过程稳态、瞬态和实验研究波动压力对比分析，Mississppi试验井下钻过程稳态、瞬态和实验研究波动压力对比分析，且采用稳态计算模型和过程随时间点变化的动态分析计算方法［6-7］。图1为井底压力波动分析计算过程框图。开始基本参数输入起、下钻速度规律分析，确定计算时间点n环空分段，分析计算流动速度，确定流动摩阻系数环空分段，计算流动压耗流动压耗累加，得波动压力结果取计算时间点：tn计算完全部时间点？No结果输出Yes结束图1　波动压力计算过程框图Fig.1Blockchartforcalculationofsurgepressure1.1　起钻过程井底压力分析Bottom-holepressureduringtrippingout起钻过程中抽汲压力可分为钻井液静切应力引起的抽汲压力、体积置换及钻井液黏附作用引起的抽汲压力和惯性力引起的抽汲压力3种。井底压力降低值的大小主要与3个方面因素相关：（1）钻井液静切应力；（2）钻柱上行速度；（3）环空间隙大小、钻井液密度、黏度等［5］。起钻过程中，由于不断地从井眼中起出钻具，钻柱在井内部分的体积不断减少，井眼钻井液液面不断降低，引起井底压力下降。目标井条件下，计算不同钻井液黏度、密度，不同井深以及不同平均起钻速度下，起出一柱钻柱过程中抽汲压力随起钻时间的变化规律，如图2所示。由图2（a）可知，在目标井的相同条件下，所用钻井液的黏度越高，井底抽汲压力越大；由图2（b）可知，所用钻井液密度越大，井底抽汲压力越大，钻井液密度增加值相同情况下，抽汲压力增大趋势基本一致；由图2（c）可知，井深越深，抽汲压力也越大；图2（d）说明起钻过程中，抽汲压力分布与钻柱上行速度密切相关。1.2　下钻过程井底压力分析Analysisofbottom-holepressureduringtrippingin下钻过程中容易产生激动压力，导致压力升高，井底压力增加值的大小主要与3个方面因素相关：（1）钻井液静切应力；（2）钻柱下行速度；（3）环空间隙大小、钻井液密度、黏度等［5］。目标井条件下，计算不同钻井液黏度、密度，不同井深以及不同平均下钻速度下，下入一柱钻柱过程中激动压力随下钻时间的变化规律，如图3所示。由图3（a）可知，目标井的相同条件下，所用钻井液的黏度越高，井底激动压力越大；由图3（b）可知，所用钻井液密度越大，井底激动压力越大；由图3（c）可知，井深越深，激动压力也越大；图3（d）、说明下钻过程中，激动压力分布与过程中钻柱下行速度密切相关。1.3　钻井过程井底压力分析Bottom-holepressureduringdrilling目标井条件下，分析计算该井在钻进→静止→起钻→静止→下钻→钻进全过程中的井底压力变化规律，在钻进过程中，钻井液排量26L/s，钻进速度10m/h。由于岩屑进入环空钻井液，环空钻井液密度增加了Δρm=3.9kg/m3，环空钻井液对井底作用的液柱压力增加了Δpms=172kPa；计算钻进循环的环空流动压耗为pa=2497.2kPa，井内静液柱压力pm=66150石油钻采工艺　2016年3月（第38卷）第2期140030060090012001500020406080抽汲压力/kPa时间/s(a)不同塑性黏度钻井液的抽汲压力规律时间/s(b)不同密度钻井液的抽汲压力规律时间/s时间/s(c)不同井深的抽汲压力规律(d)不同平均起钻速度的抽汲压力规律60mPa·s50mPa·s20mPa·s030060090012001500010203040506070抽汲压力/kPa1.3g/cm31.5g/cm31.7g/cm3020040060080010001200010203040506070抽汲压力/kPa井深3000m井深4000m井深4500m0400800120016002000020406080100抽汲压力/kPa0.31m/s0.465m/s0.62m/s图2　不同井底条件下抽汲压力随起钻时间的变化曲线Fig.2Changesinswabbingpressurewithtrippingtimeunderdifferentbottom-holeconditions0900180027003600450005101520253035激动压力/kPa60mPa·s50mPa·s20mPa·s0900180027003600450005101520253035激动压力/kPa时间/s时间/s时间/s时间/s(b)不同密度钻井液的激动压