年 7 月第 4 卷第 4 期石油钻采工艺对老油田采取经济有效的综合治理措施是增产稳产提高采收率的保证 1 调整井是综合治理的重要手段 2 但长时间注水开发导致地下压力系统紊乱高低压异常交互存在使老油田调整井钻井困难 - 中原油田文东濮城卫城区块胜利

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1 第 4 卷第 4 期 218 年 7 月石油钻采工艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY 文章编号 Vol. 4 No. 4 July 218 DOI:1.169/j.odpt 笼统注水对调整井钻井安全的影响霍宏博中海石油中国有限公司天津分公司 2. 海洋石油高效开发国家重点实验室引用格式霍宏博. 笼统注水对调整井钻井安全的影响 J. 石油钻采工艺摘要调整井是老油田稳产提高采收率的重要手段但长期注水导致地层压力紊乱使调整井钻井过程中井涌溢流经常发生以渤海某油田为例通过建立油藏模型采用数值模拟方法对垂向上存在渗透率差异的相邻两层进行笼统注水开发模拟分析注水井注水和停注过程对调整井区域地层压力随时间的变化规律研究结果表明渗透率差异地层笼统注水使两层间始终存在压差停注后一段时间内压差不会消失且足以导致钻井期间井涌发生这是导致调整井钻井过程中多种复杂发生的重要因素针对研究结果提出调整井钻井前运用数值模拟方法对笼统注水开发存在层间渗透率差异区域进行压力预测的方法并提出精细注水及调整井钻井时注水井停注时间的建议以期对水驱老油田调整井钻井安全提供参考关键词笼统注水调整井钻井井控安全层间差异精细注水中图分类号 TE28 文献标识码 A Effect of commingled water injection on the drilling safety of adjustment well HUO Hongbo1, 2 1. CNOOC Tianjin Company, Tianjin 49, China; 2. State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Tianjin 49, China Citation: HUO Hongbo. Effect of commingled water injection on the drilling safety of adjustment well J. Oil Drilling & Production Technology, 218, 4(4): Abstract: Adjustment well is one important technology for stable production and enhanced oil recovery (EOR) of old oil fields, but long-term water injection disturbs the reservoir pressure, leading to frequent well kick and overflow during the drilling of adjustment well. In this paper, a certain oilfield in the area of Bohai Sea was taken as an example. After a reservoir model was established, the commingled water injection in two adjacent layers whose permeability is vertically contrast was simulated by means of the numerical simulation method and the variation laws of reservoir pressure over the time in the area of adjustment well in the process of water injection and injection suspension of water injection wells were analyzed. It is indicated that the important factor leading to various complex situations during the drilling of adjustment well is that commingled water injection in the reservoirs with permeability contrast always keeps the pressure difference between two layers, which will not disappear and is still high enough to lead to well kick in the process of drilling after the injection is suspended for a while. According to the research results, it is recommended to adopt the numerical simulation method to predict the pressure of the commingled water injection areas with permeability contrast between layers before the drilling of adjustment well. And in addition, the suggestions on injection suspension time of water injection well during the drilling of adjustment well and fine water injection are proposed so as to provide the reference for the safe drilling of adjustment wells in old water flooding oilfields. Key words: commingled water injection; adjustment well; drilling; well control safety; difference between layers; fine water injection 基金项目国家科技重大专项渤海油田高效开发示范工程编号 216ZX8 第一作者霍宏博年毕业于西南石油大学海洋油气工程专业获硕士学位现从事海洋钻井油气井弃井及钻完井设计工作工程师通讯地址 49 天津市滨海新区闸北路一号电话 huohb@cnooc.com.cn

2 年 7 月第 4 卷第 4 期石油钻采工艺对老油田采取经济有效的综合治理措施是增产稳产提高采收率的保证 1 调整井是综合治理的重要手段 2 但长时间注水开发导致地下压力系统紊乱高低压异常交互存在使老油田调整井钻井困难 - 中原油田文东濮城卫城区块胜利油田的胜坨正理庄纯化区块江苏油田黄珏区块以及渤海的蓬莱油田等地区调整井钻井出水井漏井涌时有发生由此引发的井塌卡钻套管下不到位等次生事故使安全效益受损 6-1 曾有学者对调整井地层压力预测展开过研究赵宁提出利用油藏数值模拟方法研究调整井钻井压力预测的方法姚约东 11 利用油藏数值模拟预测调整井地层压力取得良好的拟合效果朱炳兰 8 通过数值模拟计算实现了孔隙压力历史动态变化模拟姜泽菊 12 描述了水驱高低渗互层之间的流动过程前人研究结果表明数值模拟方法预测调整井区域压力精度较高且能够反映区域压力分布但对调整井压力预测侧重于对单层的压力分析对存在层间渗透率差异地层的压力情况研究较少而渤海调整井实际钻井过程中存在由于层间差异导致的漏喷共存的情况笔者对垂向上渗透率差异较大且层间存在隔夹层的相邻两个小层进行数值模拟分析笼统注水过程和泄压过程层间的压力差异发现在注水未达到平衡前以及泄压期间高渗层和低渗层间压力差始终存在压力差是调整井钻井期间多种复杂同时发生的主要原因并根据研究结果提出注水区域调整井安全钻井的建议测的结果进行对比观察拟合情况对模拟所选用的油藏参数进行修正和完善得到地层中不同位置地层压力和饱和度的变化规律 1.1 地质模型根据钻井地震录井测井等资料建立目标区域地层的有效厚度渗透率孔隙度等分布规律的数值模型该区域边界为断层封闭性较好在纵向上只考虑存在隔夹层的相邻两油层隔层渗透率设为两层的物性参数见表 1 1 地层压力预测渤海 X 油田目的层为馆陶组主要为辫状河沉积地层为砂泥岩互层储层具有以下特点受多个断层控制断层封隔性较好油层物性较好纵向上相邻储层渗透率差异较大砂泥岩互层多泥岩封隔性好该区域自 22 年开发开发过程中暴露出油层层间矛盾突出注入水突进明显等问题调整井钻井期间多口井发生井涌溢流等复杂情况本文以渤海 X 油田为研究对象对该区块进行笼统注水开发的两相邻层位 L 和 L6 开展研究首先利用被开发油田的生产数据及测录井数据建立油藏的地质模型对地层进行网格划分计算每个网格地层压力随时间的变化再利用油井生产数据包括日产油日产水动态监测的井底压力等参数与数值模拟预表1 地层物性参数 Table 1 Physical property parameters of the reservoirs 层位顶面垂深 /m 地层厚度 /m 孔隙度 / % 渗透率 / md L L 流体模型油田长时间注水后导致地层中原油组分发生变化轻质组分最先被驱出重质组分增加 12 根据油藏测试及最近原油取样得到地层流体参数如表 2 所示表 2 地层流体物性参数 Table 2 Physical property parameters of formation ﬂuids A1 参数垂深 /m A2 A 1 8~ ~ ~1 8 饱和压力 /MPa 地面原油密度 / g m 地面原油黏度 / mpa s 饱和压力下原油黏度 / mpa s 气体相对密度溶解气油比 / m m 1. 地层压力预测模型建立注水对渗透率差异相邻地层压力影响模型的步骤包括推导多孔介质中流体流动的偏微分方程流动方程的有限差分近似有限差分方程求解历史压力拟合层间压力对比分析在对两地层压力模拟的基础上分析层间压力差异采用黑油模型模拟注水对油藏压力影响基本假设如下 1 油藏中的渗流是等温渗流 2 不考虑原油脱气只考虑油水两相流动各相流体渗流符合达西定律油藏岩石不可压缩考虑各向异性 4 油藏流体微可压缩

427 霍宏博笼统注水对调整井钻井安全的影响根据流体质量平衡定律和达西定律在直角坐标系建立推导渗流微分方程不考虑垂向流动建立二维平面渗流方程模型 Vbφ Cl p k x Ax p k y Ay p β x + β y + q = α Bl t x µl Bl x y µl Bl y 1 对流动性方程通过有限差分方法近似化处理按照文献 16 的方法推导有限差分方程差

层位的地层压力随着生产井采油均降低但不同层位压降漏斗扩散速度不同高渗层 L 压降漏斗扩散速度快地层压力降低迅速而低渗层 L6 压力降低速度较慢压力/MPa 19.

3 427 霍宏博笼统注水对调整井钻井安全的影响根据流体质量平衡定律和达西定律在直角坐标系建立推导渗流微分方程不考虑垂向流动建立二维平面渗流方程模型 Vbφ Cl p k x Ax p k y Ay p β x + β y + q = α Bl t x µl Bl x y µl Bl y 1 对流动性方程通过有限差分方法近似化处理按照文献 16 的方法推导有限差分方程差根据地质建模的网格划分分别计算 L L6 两个层位各个网格压力的大小分析网格中压力情况对 X 油田实际井网进行模拟先对地层进行注水直到达到注水稳定的状态注水井停注生产井正常生产直到地层压力降低至初始状态分别模拟两地层压力随时间变化的情况 L 层位和 L6 层位达到注水稳定两层压力相同注水井停注第 d 压力分布如图 1 图 2 所示 L 层位和 L6 层位的地层压力随着生产井采油均降低但不同层位压降漏斗扩散速度不同高渗层 L 压降漏斗扩散速度快地层压力降低迅速而低渗层 L6 压力降低速度较慢压力/MPa x y 为模型横向纵向长度式中 m α β 为单位转换因子 kx ky 分别为横向纵向渗透率 D Ax Ay 分 j 网格的压别为横向纵向剖面面积 m2 pi j 为 i 力 MPa μl 为流体黏度 mpa s Bl 为流体体积系数 q 为流体流量 m/d ϕ 为孔隙度 % Vb 为网格总体积 m Cl 为流体压缩系数 MPa 1 含油层位为封闭边界模拟均质二维地层中地层压力变化对一个有限面积的含油层位进行网格划分并对注水井和生产井网格进行源汇处理将油藏进行网格划分并将地层属性赋予网格假设注水井注入压力和生产井井底流压固定给定地层初始压力用 ECLIPSE 软件模拟注水开发过程注水井注水一段时间之后停注生产井一直生产注水开始地层经历不稳定流动阶段当地层压力达到注水井井底压力后流体在注水井与生产井之间流动为稳定流动注水井停注后地层由稳定流动转为不稳定流动当压力传导至模型边界后由不稳定流动转为拟稳定流动状态将预测结果与实际生产井的压力进行对比区块 41 口生产井中 1 口井的压力变化规律基本一致占比达 76% 说明建立的机理模型基本能代替实际模型用于压力的预测 2 注水井停注泄压引起的区域地层压力变化对同时开发两个不同渗透率层位的油田进行模拟两层位之间渗透率为分析两层位之间的压力图 1 停注第 d 的 L 层位压力分布 Fig. 1 Pressure distribution of L after days injection suspension 压力/MPa 图 2 停注第 d 的 L6 层位压力分布 Fig. 2 Pressure distribution of L6 after days injection suspension 注水和停注对调整井钻井的影响选择区块中剩余油饱和度较高的位置作为调整井井位分析 L 和 L6 两层位调整井钻遇区域的地层压力随时间变化情况其中 ~2 d 对 L 和 L6 进行笼统注水第 2 d 之后注水井停注生产井正常生产两地层的压力变化如图所示可以看出对于该油田调整井钻井区域两相邻层位地层压力在开始注水和停注泄压阶段均存在层间压力差

4 428 石油钻采工艺 L6 L 层间压差层间压差/MPa 地层压力/MPa 异在注水井停注后的 2 d 层间压力差异都不会消失且在停注的初期层间压力差异逐渐增加在第 14 d 达到最大高达 4. MPa 足以引起井涌等复杂情况发生 4 时间/d 图地层压力变化规律 Fig. Variation laws of formation pressure 4 注水区域调整井钻井应对措施据上述分析需要在调整井钻井前分析调整井井位所在区域注水对地层压力的影响据此制定相应的关停计划提前关停注水井井控规范 17 规定了油水井钻井液密度设计附加安全值为 1.~. MPa 气井附加安全值.~. MPa 其目的为预防裸眼段内异常高压造成的井控风险可据此设计注水井停注计划当层间压力降低至安全附加值所对应的时间即是注水井停注时间此后层间压力差逐渐消失钻井液密度可满足两层压力体系钻井安全以渤海 X 油田为例如图 4 所示此相邻两小层层间压力差先增加再降低在注水井关停后的第 14 d 达到最大该油田储层流体为油不含气故钻井液附加安全值 1.~. MPa 影响该层位调整井钻井的注水井至少应在钻入目的层位前 16~21 d 停止注水直至调整井此开次固井候凝结束再进行注水作业参考文献 1 韩大匡. 深度开发高含水油田提高采收率问题的探讨 J. 石油勘探与开发 HAN Dakuang. An approach to deep development of high water-cut oil fields to improve oil recovery J. Petroleum Exploration & Development. 199, 22 : 韩大匡. 关于高含水油田二次开发理念对策和技术路线的探讨 J. 石油勘探与开发 and technical routes for the redevelopment of high water- 4 压力差/MPa 1 对相邻的渗透率存在差异的封闭砂体笼统注水将造成层间压力差异非均质程度越大高低渗层压力差别越大这是造成井涌等复杂情况的主要原因调整井钻井前需分析注水井影响合理调整注水井停注时间确保调整井钻井安全 2 调整井钻井期间可能同时钻遇两套以上渗透率极差较大地层实际情况更为复杂因此从井控安全角度出发不建议对纵向渗透率差异较大地层进行笼统注水已投产油田调整井钻井前需进行停注后的地层压力模拟合理制定调整井钻井前注水井停注时间 HAN Dakuang. Discussions on concepts, countermeasures cut oilﬁelds J. Petroleum Exploration & Development, 层间压差. MPa 21, 7 : 层间压差1. MPa 1 调整井钻井液密度过高会导致压差卡钻要根据注水井停注时间和层间压差选择合理的钻井液密度附加值若层间差异较高或为减少注水井停注时间则根据油藏类型选取附加安全值上限若高孔渗地层发育为减少压差卡钻概率应适当增加注水井停注时间降低附加值调整井钻井设计需制定复杂压力应对措施钻遇漏喷同层区域应先对漏失层进行堵漏提高漏失地层承压能力再提高钻井液密度钻进结论年 7 月第 4 卷第 4 期赵宁. 调整井钻井地层压力预测新方法 J. 石油钻探技术 ZHAO Ning. A Novel method for predicating formation 1 1 时间/d 2 2 图 4 层间压力差随时间变化 Fig. 4 Variation of pressure difference between layers over the time pressures during drilling in adjustment wells J. Petroleum Drilling Techniques, 24, 2 : 刘国宏朱伟厚杜君夏吉宙. 调整井钻井过程中的出水问题与处理 J. 断块油气田

5 霍宏博 : 笼统注水对调整井钻井安全的影响 429 LIU Guohong, ZHU Weihou, DU Jun, XIA Jizhou. The problem and handling technology in the process of adjustment well drilling[j]. Fault-block & Gas Field, 1998, (): -. [] 林英松, 蒋金宝, 秦涛. 井漏处理技术的研究及发展 [J]. 断块油气田,2,12(2): 4-7. LIN Yingsong, JIANG Jinbao, QIN Tao. The development of well loss processing technology[j]. Fault-block & Gas Field, 2, 12(2): 4-7. [6] 肖国益, 王秀东, 李连坤, 高善林. 调整井复杂地层压力预测的新方法 [J]. 石油钻探技术,22,(2):7-9. XIAO Guoyi, WANG Xiudong, LI Liankun, GAO Shanlin. A new method of predicting formation pressure in adjustment wells[j]. Petroleum Drilling Techniques, 22, (2): 7-9. [7] 刘天科. 胜利油田老区调整井钻井井控技术 [J]. 石油钻采工艺,211,(): LIU Tianke. Application of well control technology on adjustment wells in matured areas of Shengli Oilfield[J]. Oil Drilling & Production Technology, 211, (): [8] 朱炳兰, 程远方, 谢贤东. 调整井地层压力预测方法研究与应用 [J]. 复杂油气藏,211,4(2): ZHU Binglan, CHEGN Yuanfang, XIE Xiandong. Research and application of the formation pressure prediction method for adjustment wells[j]. Complex Hydrocarbon Reservoirs, 211, 4(2): [9] 顾伟民, 侯亚伟. 海上复杂河流相油田安全优化注水研究以 PL19- 油田为例 [J]. 石油天然气学报, 214,6(7): 1-1. GU Weimin, HOU Yawei. Safety and optimized water injection of the marine complex fluvial oilfield: A case study on PL 19- Oilfield[J]. Journal of Oil & Gas Technology, 214, 6(7): 1-1. [1] 霍宏博, 许杰, 谢涛, 李金蔓, 幸雪松, 林海. 溢流环空压力峰值确定套管下深方法 [J]. 石油钻采工艺, 217,9(6): HUO Hongbo, XU Jie, Xie Tao, LI Jinman, XING Xuesong, LIN Hai. Determination of casing setting depth based on peak overflow annulus pressure[j]. Oil Drilling & Production Technology, 217, 9(6): [11] 姚约东, 李相方. 动静态结合预测调整井地层压力的方法 [J]. 石油钻探技术,29,7(4): 2-4. YAO Yuedong, LI Xiangfang. Using static and dynamic data to predict adjustment well formation pressure[j]. Petroleum Drilling Techniques, 29, 7(4): 1-4. [12] 姜泽菊, 安申法, 于彦, 赵延茹, 沈静. 注水油田转周期注水开发影响因素探讨 [J]. 石油钻探技术,2, (6): 4-6. JAING Zeju, AN Shenfa, YU Yan, ZHAO Yanru, SHEN Jing. Study on factors affecting cyclic water injection performance[j]. Petroleum Drilling Techniques, 2, (6): 4-6. [1] 姜汉桥, 谷建伟, 陈月明, 孙梦茹, 计兆红. 剩余油分布规律的精细数值模拟 [J]. 石油大学学报 ( 自然科学版 ),1999,2(): 1-4. JIANG Hanqiao, GU Jianwei, CHEN Yueming, SUN Mengru, JI Zhaohong. Fine simulation for distribution of remaining oil in reservoir[j]. Journal of the University of Petroleum China(Edition of Natural Science), 1999, 2(): 1-4. [14] 张旭, 罗明高, 王辉, 梁跃林, 孟威, 毛玲. 克拉玛依油田五东区增产潜力 [J]. 石油钻采工艺,214,6(): ZHANG Xu, LUO Minggao, WANG Hui, LIANG Yuelin, MENG Wei, MAO Ling. Research on potential production increase of East - Block of Karamay Oilfield[J]. Oil Drilling & Production Technology, 214, 6(): [1] 周游, 李治平, 景成, 孙威, 李晓. 基于流动单元控制的油藏宏观剩余油潜力分布 [J]. 特种油气藏,216,2 (6): -9. ZHOU You, LI Zhiping, JING Cheng, SUN Wei, LI Xiao. Distribution of macroscopic remaining-oil potential based on flow-unit[j]. Special Oil & Gas Reservoirs, 216, 2(6): -9. [16] 张烈辉编著. 油气藏数值模拟基本原理 [M]. 北京 : 石油工业出版社,214 ZHANG Liehui. Basic principle of numerical simulation of oil and gas reservoirs[m]. Beijing: Petroleum Industry Press, 214. [17] 中国国家标准化管理委员会. 石油天然气钻井井控技术规范 :GB/T 1 214[S]. 北京 : 中国标准出版社,214. Standardization Administration of the People's Republic of China. Specification for well control technology of oil & gas drilling: GB/T 1 214[S]. Beijing: Standards Press of China, 214. ( 修改稿收到日期 ) 编辑朱伟

% GIS / / Fig. 1 Characteristics of flood disaster variation in suburbs of Shang

% GIS / / Fig. 1 Characteristics of flood disaster variation in suburbs of Shang 20 6 2011 12 JOURNAL OF NATURAL DISASTERS Vol. 20 No. 6 Dec. 2011 1004-4574 2011 06-0094 - 05 200062 1949-1990 1949 1977 0. 8 0. 03345 0. 01243 30 100 P426. 616 A Risk analysis of flood disaster in Shanghai