精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在塔里木碳酸鹽巖水平井成功應(yīng)用

胥志雄 李懷仲 石希天 陳 軍

中國石油塔里木油田分公司 塔中勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部 (新疆 庫爾勒 841000)

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在塔里木碳酸鹽巖水平井成功應(yīng)用

胥志雄 李懷仲 石希天 陳 軍

中國石油塔里木油田分公司 塔中勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部 (新疆 庫爾勒 841000)

介紹了精細(xì)控壓鉆井的概念、工作原理及特點(diǎn)，分析了塔中地區(qū)應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的必要性，詳述了該技術(shù)在塔中多口碳酸鹽巖水平井的成功應(yīng)用案例及其效果，并提出了一些建議。

控壓鉆井 精細(xì)控壓 窄壓力窗口 大延伸水平井

塔中奧陶系碳酸鹽巖屬典型的“窄壓力窗口”儲層，且高含硫，鉆井難度大。為此，在直井鉆井過程中通常采用常規(guī)控壓鉆井技術(shù)。對于水平井而言，為提高其單井產(chǎn)能，需同一井眼鉆遇多個(gè)縫洞單元。因此，采用常規(guī)控壓鉆井技術(shù)難以滿足鉆井技術(shù)需求。經(jīng)技術(shù)論證和多口井實(shí)踐，采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能很好地解決這一難題。

1 精細(xì)控壓鉆井及其特點(diǎn)

控壓鉆井技術(shù)發(fā)展已有數(shù)十年的歷史。該技術(shù)是通過控制鉆井液密度、當(dāng)量循環(huán)密度和井口回壓，使井底壓力保持相對恒定。

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是在常規(guī)控壓鉆井的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高控壓精度，及時(shí)、精確調(diào)整井底壓力，從而達(dá)到平衡地層壓力，有效實(shí)現(xiàn)安全鉆井的目的。該技術(shù)在常規(guī)控壓鉆井基礎(chǔ)上，增加自動節(jié)流管匯、隨鉆測壓工具 （PWD）、脈沖信號發(fā)送工具（MWD）、自動控制系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償泵等，能夠?qū)崿F(xiàn)對井底壓力的精確控制。其主要特點(diǎn)有：

1.1 能實(shí)時(shí)獲取實(shí)際井底壓力

常規(guī)控壓鉆井是依靠預(yù)測或模擬計(jì)算來估算井底壓力的。而精細(xì)控壓鉆井則是利用PWD可實(shí)時(shí)測量井底壓力，并通過MWD將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)傳至自動控制系統(tǒng)。

1.2 實(shí)現(xiàn)井口壓力的自動控制

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是利用智能控制，自動節(jié)流的模式，克服了常規(guī)控壓鉆井以手動方式調(diào)整節(jié)流閥開度時(shí)精度低、速度慢的不足。井口回壓控制精度可達(dá)到±10psi。

1.3 能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷循環(huán)

為實(shí)現(xiàn)井底壓力的相對恒定，精細(xì)控壓鉆井工藝是在地面增設(shè)回壓補(bǔ)償泵。當(dāng)鉆井泵停止工作時(shí)，開啟回壓補(bǔ)償泵，在地面建立小循環(huán)：泥漿罐→回壓補(bǔ)償泵→自動節(jié)流管匯→振動篩→泥漿罐。通過自動節(jié)流管匯的節(jié)流作用為井口提供所需要的補(bǔ)償壓力。

1.4 壓力控制精度高

精細(xì)控壓鉆井既實(shí)現(xiàn)對井底壓力的精確控制，控制精度±50psi，又及時(shí)補(bǔ)償抽汲壓力、激動壓力及停泵壓降等引起的井底壓力波動，最終實(shí)現(xiàn)微過平衡作業(yè)。

2 塔中碳酸鹽巖水平井鉆井難點(diǎn)及采用精細(xì)控壓的必要性

塔中奧陶系碳酸鹽巖儲層分為上奧陶統(tǒng)和下奧陶統(tǒng)兩部分。上奧陶統(tǒng)儲層以基質(zhì)低孔、低滲，次生溶蝕孔洞和構(gòu)造縫為主要儲集空間，相對均質(zhì)，局部發(fā)育較大洞穴。下奧陶統(tǒng)鷹山組裂縫、洞穴十分發(fā)育，縫洞一體。

（1）在鉆井過程中易漏易噴，地層破裂壓力與孔隙壓力差值僅為0.02g/cm3當(dāng)量密度。

（2）儲層普遍含硫，硫化氫濃度最高41%，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

（3）完成鉆井設(shè)計(jì)任務(wù)難度大。由于塔中奧陶系碳酸鹽巖儲層上部沒有明顯標(biāo)志層，儲層深度預(yù)測困難。在鉆進(jìn)過程中，一旦與大型縫洞單元溝通，將終止鉆進(jìn)作業(yè)。在未實(shí)施精細(xì)控壓前沒有一口井完成水平段設(shè)計(jì)任務(wù)，平均完成率僅為28.11%。

（4）氣油比高，井下復(fù)雜，平均完井周期長達(dá)39天。

針對上述問題，為有效解決塔中碳酸鹽巖大延伸水平井安全鉆進(jìn)問題，經(jīng)多次技術(shù)論證和風(fēng)險(xiǎn)評估，油田認(rèn)為引進(jìn)精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖開發(fā)井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。2009年2月開始引進(jìn)精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，并成功應(yīng)用于塔中碳酸鹽巖開發(fā)水平井鉆井中。此項(xiàng)技術(shù)先后在TZ26-2H、TZ26-4H、TZ62-11H、TZ62-10H、ZG162-1H、TZ721-5H、TZ26-5H、TZ82-1H和TZ201C等多口井使用，達(dá)到預(yù)期效果。

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在塔中的成功應(yīng)用可分為：探索、改進(jìn)和成熟3個(gè)階段。

3.1 探索階段

首先在塔中26井區(qū)進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)。該井區(qū)儲層以上奧陶良里塔格組碳酸鹽巖為主，裂縫發(fā)育，連通性好，易發(fā)生嚴(yán)重漏失和井涌。

TZ26-2H井為第一口探索井。2009年3月3日用15.24cm(6″)鉆頭四開，鉆進(jìn)至井深4 567.70m（井斜83.10°，垂深4 392.21m，水平位移269.23m）時(shí)發(fā)生嚴(yán)重井漏，井口失返。鉆進(jìn)用鉆井液密度 1.14 g/cm3，排量12L/s，泵壓20MPa。后來該井發(fā)展成又涌又漏，油氣顯示非?；钴S，放噴點(diǎn)火火焰高達(dá)10～20m。采取邊漏邊鉆方式鉆進(jìn)至井深4 659.60m時(shí)開始試用精細(xì)控壓鉆井。在作業(yè)過程中油氣異常活躍，井口回壓波動幅度在3MPa～20MPa之間，根本無法有效精細(xì)控制井口回壓。鑒于井下狀況異常復(fù)雜，繼續(xù)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大，經(jīng)研究決定該井就此完鉆。

隨后，TZ26-4H井同樣用常規(guī)鉆井方式鉆進(jìn)至井深4 686.48m時(shí)發(fā)生嚴(yán)重井漏。堵漏成功后，嘗試精細(xì)控壓鉆進(jìn)，進(jìn)尺僅4.59m，再次出現(xiàn)與TZ26-2H井相同的結(jié)果。

經(jīng)分析認(rèn)為：精細(xì)控壓作業(yè)適用于孔滲條件適當(dāng)?shù)目紫缎?、微裂縫儲層。一旦鉆遇大型縫洞，井口精細(xì)控壓將無法進(jìn)行。

3.2 改進(jìn)階段

TZ62-11H及TZ62-10H井位于塔中I號氣田東部，儲層以礁灘體為基礎(chǔ)，油氣儲集空間為裂縫－孔洞型。在汲取第一階段經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，主要采?。?/p>

（1）與油藏地質(zhì)研究人員緊密配合，科學(xué)、合理調(diào)整開發(fā)水平井井眼軌跡。采取水平穿越縫洞儲集體“頭皮”的策略，以此來實(shí)現(xiàn)單井穿越多個(gè)儲集體的目的。即井眼軌跡盡量貼近縫洞儲集體頂部，與其微裂縫、孔隙溝通。采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，既要保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示，又可避免直接進(jìn)入大型縫洞，完井時(shí)采用分段酸壓方式徹底將井眼與縫洞儲集體溝通。

（2）為確保鉆“頭皮”策略的成功實(shí)施，油藏地質(zhì)部門利用三維地震資料精細(xì)雕刻儲層，研究縫洞儲集體分布特征，并加強(qiáng)隨鉆動態(tài)監(jiān)測研究，適時(shí)對井眼軌跡進(jìn)行調(diào)整。

（3）在工程方面，為提高精細(xì)控壓在碳酸鹽巖儲層作業(yè)的適應(yīng)性，確保井控安全，將塔里木油田井控工藝與精細(xì)控壓鉆井技術(shù)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步完善精細(xì)控壓現(xiàn)場施工技術(shù)措施。

①嚴(yán)格控制溢流量，適時(shí)采取有效措施，降低井控風(fēng)險(xiǎn)。溢流量在0.5m3之內(nèi)，井口回壓調(diào)整幅度50～300psi。 若亦然不能控制溢流量， 則以每5min145psi幅度增加井口控壓值，直至液面穩(wěn)定。一旦溢流量達(dá)到1m3，立即實(shí)施關(guān)井，轉(zhuǎn)入正常壓井程序。

②針對塔中儲層特點(diǎn)，精細(xì)控壓作業(yè)采取近平衡或微過平衡鉆井，漏失控制在1m3/h之內(nèi)。

③為降低起下鉆、接單根時(shí)的井口控壓值，提高膠芯使用壽命，將鉆進(jìn)時(shí)井口控壓值控制在4MPa之內(nèi)，超過4MPa時(shí)以0.02g/cm3的幅度提高鉆井液密度等。

TZ62-11H井自井深4 869m開始進(jìn)行精細(xì)控壓作業(yè)，完鉆井深 5 843m，精細(xì)控壓進(jìn)尺 974m，水平段長 933m，完成設(shè)計(jì)的 192.77%，水平位移1 171.79m。作業(yè)過程中未發(fā)生井漏和溢流現(xiàn)象，生產(chǎn)時(shí)效達(dá)到100%。

TZ62-10H井在進(jìn)行精細(xì)控壓作業(yè)過程中油氣顯示非?；钴S（圖1）。由于技術(shù)措施得當(dāng)，有效控制溢流，液氣分離器出口一直點(diǎn)火，火焰高達(dá)2～5m，并順利完成鉆井設(shè)計(jì)任務(wù)。

圖1 TZ62-10H井控壓鉆進(jìn)階段全烴變化曲線圖

3.3 成熟階段

通過前兩個(gè)階段的探索，開始在地質(zhì)條件更為復(fù) 雜 的 TZ721-5H、TZ26-5H、ZG162-1H井 和TZ82-1H等井進(jìn)行推廣，進(jìn)一步對精細(xì)控壓鉆井進(jìn)行改進(jìn)和完善，使該技術(shù)在塔中應(yīng)用日趨成熟。

TZ721-5H井自井深5 952m開始控壓鉆井，完鉆井深6 213m，精細(xì)控壓進(jìn)尺261m。該井曾利用常規(guī)技術(shù)鉆進(jìn)至井深5 952m發(fā)生井漏，幾乎找不到壓力平衡點(diǎn)，無法繼續(xù)鉆進(jìn)。隨后轉(zhuǎn)為精細(xì)控壓作業(yè)，依據(jù)瞬間漏失和溢流量及時(shí)精細(xì)調(diào)整井口回壓，在保持微漏（漏失量在1m3/h以內(nèi)）條件下完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

TZ26-5H井與TZ26-2H和TZ26-4H兩口井處同一構(gòu)造單元，儲層縫洞發(fā)育，壓力窗口僅有20psi，井漏和溢流的風(fēng)險(xiǎn)高?？紤]到該區(qū)域高含硫，在精細(xì)控壓時(shí)采取微漏方式鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中，根據(jù)漏失和氣測值變化及時(shí)精細(xì)調(diào)整井口回壓。自井深4 318m開始，完鉆井深5 323m，精細(xì)控壓進(jìn)尺1 010m。成為該區(qū)塊第一口完成水平段設(shè)計(jì)任務(wù)的井。

在已實(shí)施精細(xì)控壓作業(yè)的其它井，也取得良好效果。均安全、高效完成或超額完成鉆井設(shè)計(jì)任務(wù)。為今后塔中I號氣田的高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。

4 應(yīng)用效果

塔里木油田引進(jìn)精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，并成功應(yīng)用于塔中Ⅰ號氣田超深、大延伸水平井作業(yè)，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)日趨成熟。

（1）為油田鍛煉和培養(yǎng)了一支攻堅(jiān)啃應(yīng)，戰(zhàn)斗力強(qiáng)的精細(xì)控壓鉆井技術(shù)團(tuán)隊(duì)，也為該項(xiàng)技術(shù)今后的推廣應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）有利于解放油氣層，實(shí)現(xiàn)單個(gè)水平井眼溝通多個(gè)縫洞單元的目標(biāo)，有效提高單井產(chǎn)能。

（3）通過嚴(yán)格控制溢流量，界定精細(xì)控壓與常規(guī)井控界限；采取近平衡或微過平衡作業(yè)，防硫防漏；合理確定起下鉆、接單根時(shí)的井口控壓值，提高膠芯使用壽命等技術(shù)措施，將油田井控工藝與精細(xì)控壓技術(shù)有機(jī)結(jié)合，改善和提高了精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在塔中碳酸鹽巖水平井作業(yè)中的適應(yīng)性，為井控安全再添一把“安全鎖”。

（4）大幅度提高水平段延伸能力。2008年塔中碳酸鹽巖水平井15.24cm(6″)井眼水平段設(shè)計(jì)完成率僅為28.11%。實(shí)施精細(xì)控壓作業(yè)后，均完成或超額完成水平段設(shè)計(jì)任務(wù)，完成率最高192.77%，水平段最長達(dá)933m。

（5）有效降低非生產(chǎn)時(shí)間，無井下事故。利用常規(guī)鉆井技術(shù)往往因處理溢流及井漏等井下復(fù)雜將消耗大量非生產(chǎn)時(shí)間，單井次最長達(dá)64天。而通過實(shí)施精細(xì)控壓作業(yè)，溢流和井漏得到有效遏制，在已完成的 TZ62-11H、TZ62-10H、中古 162-1H、TZ721-5H和TZ26-5H等井，平均非生產(chǎn)時(shí)效僅占8.68%。

（6）有效防止井漏，避免井下復(fù)雜，并節(jié)約大量的鉆井液。平均單井漏失量由常規(guī)鉆井的2 780 m3/井降低到473.8m3/井，大多數(shù)井漏失量為0。

5 認(rèn)識及建議

（1）精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是解決“窄壓力窗口”所引起的井下復(fù)雜的一把“利器”。利用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能夠成功實(shí)現(xiàn)“蹭著”非均質(zhì)性儲集體“頭皮”，穿越多套縫洞單元的目的。有利于提高塔中碳酸鹽巖水平井鉆井速度和水垂比，降低溢漏復(fù)雜，增強(qiáng)水平段延伸能力，最大限度地裸露油氣層，提升井筒供液能力。從而有效提高單井產(chǎn)能，延長油氣井壽命，實(shí)現(xiàn)稀井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。

（2）對于精細(xì)控壓技術(shù)，沒有采取簡單的“拿來主義”方式，而是將塔中碳酸鹽巖鉆井特點(diǎn)、油田井控工藝要求與其有機(jī)結(jié)合，科學(xué)管理，改進(jìn)措施，創(chuàng)建了具有特色的塔中碳酸鹽巖精細(xì)控壓優(yōu)快鉆井技術(shù)體系，提高了精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在塔中地區(qū)水平井的適應(yīng)性。

（3）精細(xì)控壓鉆井能適時(shí)監(jiān)測井底壓力，及時(shí)、精細(xì)地調(diào)整井口回壓，避免人為控制回壓的盲目性，有效降低井控安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）由于精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的特點(diǎn)，該工藝僅適合于在穩(wěn)定性地層作業(yè)，對于易膨脹、易坍塌的不穩(wěn)定地層要慎用。否則，可能造成地層坍塌卡鉆或井下復(fù)雜。

當(dāng)然，精細(xì)控壓作業(yè)在實(shí)施過程也存在一定的局限性。具體表現(xiàn)為：①對于井漏和溢流，該工藝主要以預(yù)防和控制為主。井下一旦發(fā)生嚴(yán)重井漏或又漏又涌現(xiàn)象，精細(xì)控壓將不能有效發(fā)揮作用，甚至存在井控安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，要求我們與油藏地質(zhì)部門密切配合，精雕細(xì)刻、實(shí)時(shí)跟蹤，準(zhǔn)確掌握儲層情況，適時(shí)采用該工藝才能發(fā)揮更好的效益；②一趟起下鉆時(shí)間長達(dá)60h以上。為減少起下鉆次數(shù)，提高行程鉆速，必須在提高井下動力鉆具壽命，延長旋轉(zhuǎn)控制頭膠芯使用時(shí)間，優(yōu)化定向工藝等方面加強(qiáng)配套和技術(shù)攻關(guān)；③作業(yè)費(fèi)用高，成本控制壓力大。因此，實(shí)現(xiàn)控壓設(shè)備國產(chǎn)化，技術(shù)人員本土化，工藝流程規(guī)范等將是我們下步攻關(guān)的重點(diǎn)方向。

注：1psi=6.895kPa

An introduction is given to the concept,working principle and characteristics of fine controlled pressure drilling.Then,an analysis is carried out about the necessities of applying the fine controlled pressure drilling technology to the middle area of Talimu basin.Next,examples about the successful application of this technology to multiple horizontal wells of carbonate rocks and their effects are explained in detail,coupled with some suggestions.

controlled pressure drilling;fine control of pressure;narrow-pressure window;largely extended horizontal wells

胥志雄（1969-），男，高級工程師，現(xiàn)主要從事鉆井工程方面的技術(shù)及管理工作。

路萍

2011-05-23