袁则名， 和鹏飞

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

复杂断块油田钻井废弃物回注方案优选与工程实践

袁则名， 和鹏飞

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

针对浅海某油田钻井井筒废弃物(钻屑、钻井液以及含油污水等)处理困难的问题，在对油田地层具有断块复杂、断层众多等特点深入研究的基础上，论证了废弃物回注处理方案，形成了利用已有生产井以及实施专用回注井两种作业方案。通过对两种方案在层位选择、回注实施参数以及安全系数等方面考虑，最终选择钻探专用回注井，完钻后根据实测地层资料以及定向井数据对回注层位进行进一步筛选和优化。优选出上下具备良好的隔离层、能够满足浆体回注容量需要的层位，同时保证浆体不上窜地面以及不污染储层或其他层位。

海上油气田；废弃物回注；回注层选择；环境保护

0 引 言

1 钻屑回注层位的选择机理

钻屑回注技术的主要思路就是将回收到的钻井废弃物浆化后利用地面高压泵组以超过地层吸收能力的排量注入合适的地层。回注层位选择时，首先根据本区块地层特征可初选出具有一定容量且上下具有良好隔离层的目的层，之后针对所选层位进行回注压裂模拟，得出目的层压裂成缝机理以确定每批次最佳注入量和注入压力，同时通过压裂模拟计算分析得出合理的回注参数[5-6]。

1.1 主要风险点与选层原则

钻屑回注作业不仅存在直接的技术风险，由于某些影响因素的不确定，该作业又存在巨大的潜在环境风险，其主要风险有以下几点： (1)回注层位选择不当，压裂裂缝延伸不可知甚至向上延伸导致注入浆体上窜至地表或者污染地下水资源及石油天然气储层；(2)回注浆体通过潜在断层或者地下不连续层块到达地表；(3)回注浆体破坏注入井井筒，沿套管与地层间通道到达地表。因此在钻屑回注作业前需对回注区域内地质资料进行全面的分析评估，选择合理的回注层位，尽量避免或者降低回注作业的风险。一般回注层位的选择必须遵循以下规则： (1)不污染其他自然资源；(2)不窜漏到海底或地面；(3)不污染水资源；(4)不污染油气资源；(5)不会对相邻地层产生污染；(6)有足够的容纳空间；(7)易于压裂和易于闭合。

1.2 选层机理

回注地层应该能较好地容纳回注浆体，避免裂缝一直向上延伸，在回注层位上、下有隔离层。隔离层应满足三种封闭机理[7-8]： (1)破裂梯度大于目标注入层破裂梯度的地层常常可以防止裂缝延伸至设计范围之外；(2)压裂梯度增大的上覆地层可作为隔离层；(3)较高弹性模量的坚硬地层可有效地封闭裂缝的延伸，也可作为合适的隔离层。

1.3 层位选定后的压裂模拟计算

确定回注地层以后，针对所选择回注地层进行回注压裂设计。设计方法就是通过回注压裂数值模拟得出回注浆体在回注层位所产生裂缝的延伸方位和大小，以及形成的复杂几何形状，进一步找出回注浆体压裂成缝机理(见图1)，再利用三维压裂模拟确定每批次最佳钻屑浆体注入量和注入压力，控制回注压力和相关压裂参数让回注层尽可能产生多重裂缝，从而可以使回注层能容纳更多的废弃浆体。

图1 钻屑回注地层隔离方式及裂缝生长示意图Fig.1 Isolation of waste reinjection and growth of crack

2 XJ浅海油田回注层位的选择

XJ浅海油田地层具有断块复杂、断层众多等特点，回注设计初期形成了利用已有生产井以及实施专用回注井两种作业方案，通过对两种方案在层位选择、回注实施参数以及安全系数等方面考虑，最终选择钻探专用回注井，完钻后根据实测地层资料以及定向井数据对回注层位进行进一步筛选和优化。

2.1 地质特点

XJ浅海油田位于渤海东部海域，油田范围内平均水深约29m。油田被近北东走向的走滑断层(F1，即辽中1号大断层)分为东西两个构造区带，西陡东缓。油田发育有25条主要断层，其中北区范围发育14条主要断层，南区发育11条主要断层，这些断层在方差切片上均有明显的反应[9-12]。

2.2 方案1——利用生产井回注

回注方案1计划利用某生产井加深进行回注作业，对该井地质资料(见图2，图中压力采用压力当量密度表示)进行计算分析得出[13-15]： 只能选择2160～2200m层位作为回注层，2214～2231m层位作为备用回注层。

对选定层位进行数据模拟，结果表明： 2160～2200m之间层厚40m，浆体最大容量为10092.1m3；2214～2231m之间层厚17m，浆体最大容量为9428.1m3。钻屑浆体7800m3和20年的生产废水总和约105800m3，回注层容量满足回注需求，但不能满足生产期间污水的回注。

2.2 对选用的复合（混）肥或作物专用肥，不含有机质或含量在15%以下的肥料，要增加充分腐熟的畜禽纯干粪不少于20公斤/亩，可有效的杜绝或缓解玉米苗期肥害。

图2 某井地层资料Fig.2 Stratigraphic data of well X

2.3 方案2——设计专用回注井回注

XJ油田范围内断层大致走向以南—北为主，因此回注方案2计划设计一口向西方向的专用回注井，避开储层及断层，降低回注的风险。专用回注井位置如图3所示。

图3 专用回注井井位图Fig.3 Location of reinjection well

2.3.1专用回注井井身结构设计

专用回注井设计井深1225m，第一靶处距左断层302m，距右断层560m，井底距左断层590m，距右断层280m，第一靶至井底336m，井身结构为： 24英寸(1英寸≈2.54cm)隔水导管(钢级X52，壁厚1英寸)×40m(入泥)；13-3/8英寸套管(N80， 90.8kg/m， BTC扣)×300m；9-5/8英寸套管(N80， 59.5kg/m， BTC扣)×1220m，如图4所示。

图4 专用回注井井身结构Fig.4 Structure of reinjection well

2.3.2专用回注井回注层位初步分析

利用XJ油田已钻的最靠近设计回注井的某井的地质资料(见图5)为分析依据[16-17]，进行初步的回注层、隔离层分析。

对上述计算结果进行分析可知： 本区块上部有768～826m较好的隔离层；首选层826～1029m，厚204m；次选层1092～1173m，厚81m；下部有1742～1875m大段泥岩隔离层；回注井距断层裂缝较远，有效形成圈闭，如图6所示。

2.3.3专用回注井回注层压裂模拟

对首选层和次选层进行压裂模拟，结果如图7和图8所示，其中首选层826～1029m最大浆体容量为90605.1m3，次选层1092～1173m最大浆体容量33666.1m3，两个回注层总容量(密度1.3g/cm3钻屑浆体)接近125000m3，完全满足钻屑浆体7800m3和20年生产废水总和约105800m3的要求。

图6 某井断层剖面图Fig.6 Fault profile of well Y

图7 专用回注井826～1029m层位间压裂模拟Fig.7 Fracturing simulation of reinjection well in 826～1029m

图8 专用回注井1092～1173m层位间压裂模拟Fig.8 Fracturing simulation of reinjection well in 1092～1173m

2.4 回注井方案的最终确定

针对上述两个方案，进行了充分的论证分析。主要从以下几个方面考虑： (1)利用生产井进行回注的话，注入浆体可能导致流体沿断层形成层间窜通，造成储层污染的可能性较大；(2)由于油田范围内底砾岩厚度大，钻屑颗粒大，硬度及强度高，如果利用生产井加深回注，则研磨到符合回注要求的粒径比较困难；(3)利用生产井加深进行回注作业，回注层位于较深的层位，地层压力大，回注造缝相对困难，施工回注失败的风险也随之增加；(4)如果利用生产井加深进行回注作业，根据测井数据资料，结合地漏试验数据对地质资料进行计算，只能选择2160～2200m层位作为回注层，2214～2231m层作为备用回注层，也就是说已有生产井可回注层位容量较小，不能够满足作业需要，而专用回注井所选层位容量完全满足。故最终选择方案2，实施一口专用回注井进行回注作业。

3 现场实施与效果

专用回注井完钻后，根据实际测井、录井、定向井资料，通过回注软件计算结果，初选出三个主力回注层位，结果如图9中红色、绿色和紫色层位。

图9 专用回注井初选回注层Fig.9 Initial layer selection for reinjection well

对初选主力层进一步细分后的回注层和隔离层如图10所示。

图10 细化后的回注层与隔离层Fig.10 Refined layer selection for reinjection well including reinjection layers and isolation layers

最终共确定回注层位6个： (1)井深1000～1040m，层厚40m，容量1.9万立方米，井口压力约8.19MPa，缝长约18m；(2)井深940～980m，层厚40m，容量1.9万立方米，井口压力约7.67MPa，缝长约18m；(3)井深890～930m，层厚40m，容量1.9万立方米，井口压力约6.41MPa，缝长约24m；(4)井深855～880m，层厚25m，容量1.8万立方米，井口压力约7.32MPa，缝长约24m；(5)井深800～835m，层厚35m，容量1.8万立方米，井口压力约6.59MPa，缝长约18m；(6)井深765～790m，层厚25m，容量1.7万立方米，井口压力约6.42MPa，缝长约24m。

根据先下后上的作业原则，由于井深1000～1040m已经接近储层，为保证安全决定不在该层进行回注作业。确定首次作业回注层位为明化镇砂岩层，井深940～980m，层厚40m，容量1.9万立方米。

计算出最佳注入参数： 注入时间31min，关井时间120min，注入速度0.717m3/min，每批次注入量21.513m3，井口注入压力7.67MPa。钻屑回注一期作业结束时，XJ油田回注井总回注量达8629m3，其中钻屑387m3、泥浆3262m3、海水4469m3。整个作业过程顺利高效。

4 结 语

随着环境保护的要求越来越严格，钻屑回注技术将成为海上油气开发作业中处理井筒废弃物(钻屑、钻井液以及含油污水等)的主要技术措施，虽然目前仍处于起步尝试阶段，但发展应用前景广阔。该技术主要是将回收的钻屑研磨细化处理后和钻井液、含油污水或者海水等混合均匀达到可泵送效果，然后利用回注泵注入到选定的合适地层中，回注层位的选择决定了回注的安全性和可靠性，是作业可行性的关键。回注地层一般应具有一定的容纳性、上下有良好的隔离层(或称封闭层)，能够满足浆体回注容量需要等特点。如果回注层位选择不合理会对含淡水资源地层、储层或者其他层位造成巨大的污染，甚至导致浆体上窜海面引起严重的环境灾害。方案设计阶段及作业前要对区块内的断层与天然裂缝做充分了解，优化回注井井位，降低回注风险；所选注入层位选择既要满足注入量要求，也要避免影响区块开发，防止污染水源和油气层。合理的注入模拟、充分的计算论证是回注技术成功的前提。选定注入层位后，采用合理的注入参数模拟注入过程，对裂缝延伸做充分的预测，做到知己知彼才能有效避免危险的出现。

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DrillCuttingsReinjectioninComplexFaultBlockOilfield：LayerSelectionSchemeOptimizationandEngineeringPractice

YUAN Ze-ming， HE Pengfei

(CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Cuttings reinjection is becoming the effective technical means of waste disposal at sea, which involves the disposal of wellbore drilling cuttings, drilling fluid and oily sewage etc. For complex fault block oilfields, waste reinjection scheme selection is one of the most important contents. Based on the analysis on the reservoir geology, two reinjection schemes are proposed： using an existing production well, or constructing a reinjection well. Through comparative study on the two schemes in terms of layer selection, reinjection operation paramters and safety factors, it is determined to construct a new reinjection well. The reinjection layer is further selected and optimized according to the stratigraphic information and directional well data. Finally, the reinjection layer is obtained, which achieves good isolation and satisfies the need of slurry injection capacity, ensuring that slurry does not remain on the surface layer and not channeling reservoir pollution or other layers.

offshore oil and gas field; waste reinjection; reinjection layer selection; environmental protection

TE53

A

2095-7297(2017)01-0007-07

2017-01-03

袁则名(1979—)，男，工程师，主要从事海洋石油钻完井技术监督工作。