摘要：气藏钻井中溢流发生后需要及时采用压井操作来控制，对新区块探井或是复杂区块开发井来讲，所钻遇地层的信息难以弄清，从而导致压井操作工艺难以确定，风险很大。在分析地层系数和井底压差等因素对关井压力恢复特征影响的基础上，提出利用关井压力恢复曲线在压井前来判断钻井井控难易程度的方法。为此，建立了关井压力恢复图版，分析了储层参数对井控难度的影响。研究表明，虽然渗透率无法控制，但有效厚度是可控的，在高渗条件下有效厚度的变化对井控难度影响极大，因此高渗情况下尽早发现溢流并实施井控就显得尤为重要。
关键词：气藏；关井；压力恢复；井控；钻井；安全
气藏钻井中溢流的危害巨大[1～2]，溢流发生后井底气体在滑脱上升过程中所携带压力因得不到及时释放，从而带来井口压力的升高，井口控制的难度和风险随之增加，故需要及时采用压井操作来控制[3～4]。对新区而言，所钻遇地层信息难以搞清，导致压井操作风险难以估计，因此有必要在压井前就确定井控难易程度。而这方面的研究报道较少，笔者在分析关井压力恢复特征与储层参数变化关系的基础上，提出利用关井压力恢复曲线来评估井控难度的方法，为现场压井操作提供了依据。
1 影响气藏钻井井控难易程度的因素
气藏钻井井控难易程度主要受到井底欠平衡程度、储层渗透率和储层有效厚度等储层参数的影响[5～6]。井底欠平衡程度对压井难易程度的影响是显而易见的，欠平衡程度越高，则井控风险越大，难度越高。而地层系数对井控难易程度的影响则复杂得多，故引入气藏渗流达西定律[7]：
式中：Q为气井产量，m3/d；K为渗透率，10-3μm2；h为有效厚度，m；μ为地层气体黏度，mPa·s；pe、pw分别为地层压力、井底压力，MPa；Re、rw分别为驱动半径、井眼半径，m。
由式(1)可推断出井控难易程度受地层系数(Kh)的影响有两点：①地层系数越大，溢流时地层流体流量越大，则关井前井底压力降低越快，流体产出压差越大，导致地层流体流量加大，形成恶性循环，当井筒中地层流体总量足够大、流速足够高时导致井喷的发生；②地层系数越大，地层流体侵入井筒潜在能力越大，既导致井控措施容易失败，又使井控难度增大，风险增高。
因此在现场操作中，高地层系数情况比低地层系数情况时更加需要及早发现地层气体侵入井筒，及早关井并实施压井措施。
地层系数是渗透率和有效厚度的乘积，虽然有效厚度是可控的，但渗透率则被视为不可控的参数。由气藏渗流达西定律知：高渗与低渗的情况相比，增加相同有效厚度时其地层气体产出流量增加较多，带来的井控难度和风险增加都较大。因此，对高渗储层钻井尽早发现溢流并实施井控尤为必要。
2 关井压力恢复参数与储层参数关系
2.1 地层系数对关井压力恢复参数特征的影响
发现溢流关井后，地层气体在地层压力与井底压力的压差作用下会向井筒续流，续流作用的强弱取决于井底压差和地层系数的大小。续流过程中地层气体侵入体积公式可表示为：
式中：V为续流t时间地层气体侵入总体积，m3；t为续流时间，min。
由式(2)得出，关井压力恢复过程中关井井口压力的升高值取决于进入井筒的地层流体体积与关井压力恢复结束的时刻(即地层流体侵入最多的时刻)。在欠平衡压差一定(即最大关井井口压力一定)的前提下，地层流体侵入体积是相等的，所以地层系数与恢复时间成反比。可以由最大关井井口压力值与恢复时间的比值为斜率来表征地层系数。在关井压力恢复曲线上反映出来的特征是：最大关井压力值点与恢复起始点连线的斜率越大，首次出现最大关井压力值点的时刻出现越早，则地层系数越大。利用关井压力恢复曲线可以判断地层系数的大小，进而判断井控的难易程度。
2.2 欠平衡程度对关井压力恢复参数特征的影响
欠平衡程度(即井底压差)的大小对关井压力恢复参数特征的影响显而易见，欠平衡程度越高，则关井压力恢复完成时的最大关井压力越大。因此，可利用关井压力恢复曲线来评估欠平衡程度的大小。
3 基于关井压力恢复判断井控难易程度
3.1 关井压力恢复图版建立
“评价点”的压力值代表井底欠平衡程度，亦代表最大关井井口压力，因此需要用几条压力值线来区分压力级别[8]。从起始恢复点到该评价点的连线的斜率表示关井压力恢复的快慢，取决于地层气体侵入井筒能力的大小，代表着地层系数的大小。因此需要用始于起始恢复点的几条不同斜率的直线来区分地层系数级别。这样，关井压力恢复图版应包括几条压力级别水平线和几条地层系数级别斜线。图1中关井压力恢复图版中的低中压界限和中高压界限为两条水平线(压力值分别为4MPa和10MPa)，用以界定关井压力恢复评价点的幅值，低中地层系数界限和中高地层系数界限为两条斜线(斜率分别为25°、50°)，用以界定关井压力恢复的斜率，即关井压力恢复的快慢。
图1中各区所反映出的欠平衡程度、地层系数大小和井控难度如下描述：①A区，低压差、低地层系数，井控安全；②B区，中压差、低地层系数，井控安全；③C区，高压差、低地层系数，井控有一定风险；④D区，低压差、中地层系数，井控安全；⑤E区，中压差、中地层系数，井控有一定风险；⑥F区，高压差、中地层系数，井控风险较大，难度较大；⑦G区，低压差、高地层系数，井控有一定难度；⑧H区，中压差、高地层系数，井控风险很大，难度较大；⑨I区，高压差、高地层系数，井控风险和难度都非常大。
针对不同地区，若井控技术水平或经济指标不同，则图版中的低中压、中高压、低中地层系数和中高地层系数界限等4条界限应相应调整。
3.2 利用关井压力恢复曲线评估井控难易
关井压力恢复曲线的特征受到欠平衡程度和储层参数的影响。欠平衡程度除受地层压力梯度、钻井液压力梯度影响外，还受到地层钻遇深度的影响。储层参数中有效厚度指的是所钻穿的有效厚度，因此它受到钻速和该储层钻遇时间的共同影响。针对这些影响因素，取3次钻井实例中的3组参数，如表1所示。测得3种情况下的关井压力恢复过程中压力随时间的变化曲线，将其显示在关井压力恢复图板上，如图2所示。
表1 关井压力恢复测试基本数据与结果表
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序号
|
井深(m)
|
渗透率(10-3μm2)
|
地层压力梯度(MPa/100m)
|
钻井液密度(g/cm3)
|
钻速(m/h)
|
钻遇时间(h)
|
井控难度
|
|
1
|
4100
|
800
|
1.35
|
1.08
|
2
|
0.89
|
大
|
|
2
|
3300
|
120
|
1.25
|
1.04
|
2.5
|
0.76
|
中
|
|
3
|
2500
|
40
|
1.27
|
1.15
|
2
|
0.53
|
小
|
从图2可看出，评价点的压力值反映了欠平衡压力程度，即地层压力梯度与钻井液压力梯度的差值同井深的乘积的大小。评价点处的斜率(即最大关井井口压力与恢复时间的比值)反映了关井压力恢复的快慢，即渗透率与有效钻遇厚度的乘积的大小。由于评价点A、B、C分别落在评估图版的I、E和A区，因此钻井井控难度分别为：井控风险和难度都非常大、井控有一定风险、井控安全。
3.3 储层参数对井控难度影响
关井压力恢复快慢直接影响井控难度，然而在实际钻井过程中，针对渗透率和有效钻遇厚度对井控难度的影响需要注意两点。第一，钻遇高渗层还是低渗层是不可预料的，在同一个储层钻进过程中垂向上渗透率差别很小，因此，一旦井涌，渗透率所影响的井控难度是不可控制的。第二，在某一储层钻进的过程中，即钻穿长度增加的过程中，储层有效厚度在增大，因此，储层有效钻遇厚度是可控的。
本方法以评价点与起始点间连线的斜率(pHmax/t)即最大关井井口压力与恢复时间的比值来表征关井压力恢复的快慢。那么分析渗透率和有效厚度变化下斜率的表现即可判断不同渗透率或有效厚度情况下井控难度。
在其他参数相同的前提下，即井深为3500m、地层压力梯度为1.3MPa/100m、钻井液密度为1.05g/cm3的条件下，取具代表性的一组渗透率10×10-3、100×10-3、2000×10-3μm2和一组有效钻遇厚度1、2、4m和8m，其计算得到的曲线见图3。
由图3可看出，在同一有效厚度情况下，渗透率增大带来连线斜率的急剧增大，即井控难度的急剧增大。每条曲线的抬高都表示有效厚度越大则井控难度增大，说明了及早发现溢流从而及早停止钻进对井控难度的控制作用。从3条曲线的对比可看出，渗透率越大，则井控难度随有效厚度增大而加速增加。因此，对高渗储层必要尽早发现溢流，尽早关井实施井控措施。
4 结论
1) 利用关井压力恢复曲线可以判断气藏钻井井控难易程度，最大关井井口压力值越大，关井压力恢复越快，则井控难度越大，提出关井压力恢复图版法来判断气藏钻井井控难易程度。
2) 建立了关井压力恢复图版，利用本图版能够判断出地层系数和欠平衡程度的大小，关井压力恢复评价点在图版中位置越靠上则欠平衡程度越大，评价点与起始点连线斜率越大则地层系数越大，都带来井控难度的增加。
3) 根据关井压力恢复图版，分析不同储层参数对井控难易程度的影响。渗透率所影响的井控难度是不可控制的，有效厚度的影响是可控的。溢流发现越早，停钻关井就越早。在高渗条件下井控难度随钻进过程增长的较快，因此更有必要及早发现溢流，实施井控。
参考文献
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[3] 李相方，庄湘琦，隋秀香，等.气侵期间环空气液两相流动研究[J].工程热物理学报，2004，25(1)：73-76.
[4] 黄建刚，喻著成，李喜成，等.B-1井高压含气溢流压井技术[J].石油钻探技术，2005，33(1)：63-65.
[5] 李相方，刚涛，隋秀香，等.欠平衡钻井期间地层流体流入规律研究[J].石油学报，2002，23(2)：48-52.
[6] 李相方，庄湘琦.气藏开采中地层温度及井口压力对井筒流动参数的影响[J].石油大学学报：自然科学版，2003，27(4)：53-57.
[7] 葛家理，宁正福，刘月田，等.现代油藏渗流力学原理[M].北京：石油工业出版社，2001：68-69.
[8] 李相方，庄湘琦.关井压力恢复和读取时机分析[J].石油学报，2002，23(5)：110-112.
(本文作者：许寒冰 李相方 中国石油大学石油工程教育部重点实验室)
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