控壓鉆井技術(shù)在漏涌同存地層的應(yīng)用

于海葉，苗智瑜，陳永明，燕修良，王樹江，李宗清，曹強(qiáng)

（中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東　東營　257017）

控壓鉆井技術(shù)在漏涌同存地層的應(yīng)用

于海葉，苗智瑜，陳永明，燕修良，王樹江，李宗清，曹強(qiáng)

（中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營257017）

為了解決某油田活躍瀝青層造成鉆井復(fù)雜情況的難題，在A井、C井分別應(yīng)用了恒定井底壓力控壓鉆井技術(shù)和加壓泥漿帽控壓鉆井技術(shù)，對控壓鉆進(jìn)、控壓接立柱時的回壓施加方式和井底壓力變化、加壓泥漿帽鉆進(jìn)的施工工藝進(jìn)行了介紹。通過對施工工藝的描述，分析了氣侵對鉆井液密度和井底壓力的影響，對加壓泥漿帽施工過程中的參數(shù)變化、現(xiàn)象進(jìn)行了分析和判斷；根據(jù)施工參數(shù)分析和溫度測井結(jié)果解釋，分析了漏失層層位；結(jié)合地質(zhì)研究成果和瀝青層地層壓力測試數(shù)據(jù)，分析了瀝青層的成因和瀝青層壓力，總結(jié)了解決瀝青侵造成復(fù)雜的3種方案。這為下一步的施工提供了經(jīng)驗，指出了需要研究的方向。

瀝青侵；漏涌同存；恒定井底壓力；加壓泥漿帽；漏失壓力

1　概述

某油田幾乎每口井在K層都鉆遇瀝青，其中有些是固態(tài)，有些較軟，有5口井鉆遇軟瀝青后發(fā)生了卡鉆事故［1］。前期鉆探過程中形成如下認(rèn)識：受油田地質(zhì)構(gòu)造運動的影響，K層為多褶皺分布，瀝青層空間分布規(guī)律性差，井間分布差異大；瀝青的連通通道以裂縫為主；溫度對瀝青黏度影響大，埋藏越深，流動性越好；井間瀝青層地層壓力差異性大，不能用統(tǒng)一的壓力系數(shù)來描述；K層瀝青發(fā)育程度的差異性是造成瀝青危害程度不同的根本原因。

由于對瀝青層地層壓力認(rèn)識不清，有的井用1.35 g/cm3的鉆井液順利鉆穿，有的井用1.70 g/cm3的鉆井液也沒有壓穩(wěn)。為安全起見，也為調(diào)整鉆井液密度留出空間，將密度調(diào)為1.60 g/cm3。在鉆開瀝青層前，對上部地層進(jìn)行地層承壓能力測試，使上部地層壓力系數(shù)不低于1.70，盡可能提到1.85甚至更高，鉆進(jìn)中堅持隨鉆堵漏作業(yè)。使用旋轉(zhuǎn)控制頭密封井口，首先用常規(guī)鉆井方式打開瀝青層。若發(fā)生瀝青污染鉆井液，主要采取以下措施：鉆井液消耗速度小于10 m3/h時，及時配漿補充鉆井液，進(jìn)行強(qiáng)穿作業(yè)；否則，調(diào)小鉆井液密度（不可低于1.30g/cm3），在井口施加回壓（5.0 MPa以內(nèi)）以維持井底壓力不變。采取后一種措施時，若及時補充鉆井液可保證鉆進(jìn)，則轉(zhuǎn)為控壓鉆進(jìn)；否則，停止鉆進(jìn)，進(jìn)行堵漏作業(yè)。堵漏無效時，則進(jìn)行加壓泥漿帽鉆進(jìn)。

2　控壓鉆井技術(shù)應(yīng)用

2.1控壓鉆井設(shè)備

旋轉(zhuǎn)控制頭（SLXFD35/35）底座1套，額定壓力（動/靜態(tài)）為17.5/35.0 MPa，高度1.78 m。專用節(jié)流管匯1套，通徑103 mm，壓力35.0 MPa。

2.2控壓鉆進(jìn)

C井于井深3 687.76 m處，氣測全烴體積分?jǐn)?shù)升至100%，轉(zhuǎn)為控壓鉆進(jìn)?？刂颇繕?biāo)為總池體積不變，在排放受污染的鉆井液或循環(huán)罐倒?jié){無法準(zhǔn)確計量總池體積時，以立壓為控制目標(biāo)?？貕撼跗冢肟阢@井液密度為1.65 g/cm3（如無特殊說明，密度均指常壓下密度，下同），高壓下入口密度為1.67 g/cm3，黏度為78 s，出口密度為1.45 g/cm3，排量29 L/s，鉆壓80～100 kN，轉(zhuǎn)速80 r/min，初始控制回壓在1.0 MPa，火炬點火成功，火焰高1～2 m。

隨著測得的出口密度不斷減小至1.19 g/cm3，開始對鉆井液進(jìn)行加重，保證入口密度在1.66～1.68 g/cm3（但實際施工中由于流體侵入嚴(yán)重，為保證立壓/總池體積不變，入口高壓密度最高達(dá)到1.74 g/cm3），同時將回壓調(diào)高，控制在4.0～4.5 MPa，防止地層漏失。由于地面返出鉆井液受到瀝青嚴(yán)重污染，出口黏度達(dá)到260 s，為減小循環(huán)壓耗，開始向鉆井液內(nèi)混入柴油?？貕恒@進(jìn)至井深3 697.70 m，總池體積迅速增加，上漲速度為5 m3/15 min，進(jìn)一步提高回壓至5.5～5.7 MPa，出口黏度一直在150～190 s，入口密度在1.67～1.68 g/cm3。C井控壓鉆進(jìn)時，回壓與井底ECD的變化如圖1所示，其中ECD為當(dāng)量循環(huán)密度［2］。在后續(xù)控壓鉆井過程中，C井調(diào)整鉆井液密度和回壓時發(fā)生了失返性漏失，轉(zhuǎn)為加壓泥漿帽鉆進(jìn)。

圖1　C井控壓鉆進(jìn)時回壓與井底ECD的變化

在上述控壓施工過程中，通過調(diào)整回壓，流體溢流得到了有效控制。此時測量入口密度為1.68 g/cm3，出口密度為1.44 g/cm3，黏度為188 s，返出鉆井液的流動性極差，表觀上判斷幾乎全是瀝青。但是，當(dāng)取重油密度0.95 g/cm3、入口高壓密度1.72 g/cm3、出口高壓密度1.44 g/cm3時，可以計算出此時環(huán)空中瀝青體積分?jǐn)?shù)為36.4%，未到100%，由此可判斷這是一種假象。

2.3控壓接立柱

在A井作業(yè)中，使用一臺鉆井泵作為回壓泵，進(jìn)行了控壓接立柱和地面控壓循環(huán)（維修沖管，用時2.5 h）。鉆進(jìn)時控制回壓在0.7～1.0 MPa，接立柱和地面循環(huán)時維持回壓在2.1 MPa。

鉆井泵作為回壓泵使用，需要開關(guān)數(shù)個閥門，相應(yīng)增加了接立柱的用時，回壓泵減小井底壓力波動的作用也受到很大影響；因此，在后面井的施工中，使用水泥車作為回壓泵，水泥車與壓井管匯之間裝有單流閥，在各作業(yè)者多次練習(xí)配合后，可以實現(xiàn)接立柱過程中井底壓力的近似恒定。圖2是C井在井深3 690.42 m處進(jìn)行控壓接立柱時壓力、排量、ECD的變化曲線。正常鉆進(jìn)時，控制回壓在4.5 MPa，接立柱時使用回壓泵控制回壓在6.2 MPa。接立柱過程中，ECD波動最大差值0.12 g/cm3，若不控制回壓，ECD波動最大將達(dá)0.21 g/cm3。

圖2　C井接立柱過程中壓力、排量、ECD的變化

2.4加壓泥漿帽鉆進(jìn)

C井發(fā)生失返性漏失后，為處理井漏，進(jìn)行了降低密度和堵漏等施工，但均在出口返出重油，無法建立循環(huán)，并且返出物中監(jiān)測到高濃度H2S。在此涌漏同存的情況下，進(jìn)行了加壓泥漿帽鉆進(jìn)［3］。鉆井參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速81 r/min，泵沖54沖/min（排量10.8 L/s），鉆壓30～80 kN，扭矩9.5～14.9 kN·m，立壓10.3～13.1 MPa，回壓1.6～2.4 MPa，入口密度1.10～1.20 g/cm3，黏度30～60 s。

在使用旋轉(zhuǎn)控制頭封閉井口、節(jié)流管匯控制回壓的條件下，鉆柱內(nèi)注入犧牲液，排量可保證攜巖，環(huán)空內(nèi)推入泥漿帽，環(huán)空泥漿帽液柱壓力和回壓共同維持井底壓力平衡。鉆進(jìn)過程中，犧牲液經(jīng)過鉆頭，攜帶鉆頭破碎的巖屑在環(huán)空上返，并進(jìn)入漏失層。為防止井下油氣大量侵入環(huán)空并向上運移，泥漿帽需要經(jīng)過加重和增黏處理。

施工過程中的重要措施有：1）使用簡單鉆具組合；2）犧牲液密度在鉆進(jìn)過程中逐漸由1.30 g/cm3調(diào)小至1.10 g/cm3；3）井口回壓隨著犧牲液密度的減少，逐漸增大至3.5 MPa，高黏（75～80 s）鉆井液由開始的每鉆進(jìn)2～3 m打入10 m3改為每小時打入3 m3，以確保井底清潔和環(huán)空巖屑攜帶充分，避免沉砂卡鉆；4）犧牲液中加入足夠的除硫劑，保證井下鉆具安全；5）由于犧牲液的供應(yīng)量受現(xiàn)場鉆井液循環(huán)罐的總體積限制，每次鉆進(jìn)5～7 h后，需要停鉆等待犧牲液的配制。

加壓泥漿帽鉆進(jìn)井段為3 698.19～3 800.00 m，進(jìn)尺101.81 m，用時49.5 h，機(jī)械鉆速2.06 m/h。從圖3可以看出，在犧牲液注入排量不變的情況下，立壓波動明顯。立壓波動與鉆井液密度變化、黏度變化、漏失點漏失壓力、環(huán)空中巖屑濃度變化等因素有關(guān)，需要進(jìn)一步研究找出其變化規(guī)律。

圖3　C井加壓泥漿帽鉆進(jìn)過程中鉆井參數(shù)的變化

3　鉆后分析

3.1氣侵對井底壓力的影響

設(shè)α為氣侵后鉆井液密度與氣侵前的比值，即使地面氣侵鉆井液密度降至原來密度的一半（α=0.5），井底壓力的減少值也不超過0.75 MPa。因此，僅由于氣侵減少的井底壓力是非常有限的。采取有效的除氣措施，保持泵入井內(nèi)的鉆井液為原有密度，就不會有井噴的危險［4］。

3.2C井漏失層位的判斷

C井套管下深在1 863.60 m，鉆開瀝青層3 682.00 m時上部裸眼段長度為1 818.40 m。在裸眼段中存在低壓層，瀝青層上部地層壓力系數(shù)只有1.20左右。雖然在鉆開瀝青層前進(jìn)行了地層承壓能力測試，折算井底（垂深3 568.00 m）當(dāng)量鉆井液密度（EMW）為1.95 g/cm3，套管鞋處2.22 g/cm3，達(dá)到了使用鉆井液密度1.65 g/cm3、井口回壓10.3 MPa的條件，但前提是井壁上糊滿了堵漏材料。在正常井眼條件下，地層承壓能力測試只做到井口回壓3.5 MPa，據(jù)此折算井底EMW為1.75 g/cm3，套管鞋處1.84 g/cm3。

現(xiàn)象1：圖4為C井發(fā)生漏失前不同回壓對井筒各點處ECD的影響，正常鉆進(jìn)時循環(huán)壓耗折算ECD為0.08 g/cm3。由圖4可以看出，漏失前鉆井液出口高壓密度為1.65 g/cm3，回壓5.5 MPa，在井底處ECD為1.88 g/cm3，在套管鞋處為2.03 g/cm3，均已大于地層承壓能力測試所做的數(shù)值。因此，無法準(zhǔn)確判斷何處發(fā)生漏失［5］。

圖4　不同回壓對井筒各點處ECD的影響

現(xiàn)象2：溫度測井曲線顯示在深度1 863.60 m處（套管鞋下部），與開泵泵漿前溫度曲線相比，溫度出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點（在1 855.00～1 865.00 m，溫度由13℃躍變到73℃，含水率由0.90銳減至0.20），說明泵入的鉆井液在此處進(jìn)入地層，導(dǎo)致此處井筒內(nèi)溫度降低，判斷套管鞋下部為漏點。溫度測井中，截面含水率在2 792.00～2 822.00 m處突然上升（溫度變化趨勢無異常，含水率由0.20突變到0.95），根據(jù)以往長時間關(guān)井井眼內(nèi)為瀝青的經(jīng)驗，推測2 800.00 m附近可能有一漏層［6-9］。

現(xiàn)象3：固井作業(yè)結(jié)束后，用聲波變密度測井測量固井質(zhì)量，1 765.00～2 065.00 m聲幅曲線數(shù)值在50%以上，可判斷為混漿帶或無水鉆井液，說明水泥漿上返至此處時漏入地層［10］。

綜合以上各現(xiàn)象，判斷至少有2個漏失層位：一個在1765.00～2065.00m井段，另一個在2792.00～2822.00 m井段。

3.3油藏生儲蓋組合

根據(jù)地層孔隙條件，將瀝青層及上部地層分為3種類型：

1）上部地層低孔隙度，瀝青層中孔隙度。該類型瀝青層作為生油層，油氣生成后，有上部蓋層和生油層作為儲油層，輕、重組分運移走的量少，鉆探中一般有較好油氣顯示，瀝青流動性好，易導(dǎo)致鉆井復(fù)雜情況。

2）瀝青層低孔隙度。該類型瀝青層生油能力差，鉆井過程中基本無油氣顯示，未鉆遇瀝青或鉆遇少量干瀝青。

3）上部地層中孔隙度，瀝青層中孔隙度。該類型瀝青層生油能力強(qiáng)，但上部地層孔隙性好，未形成有效蓋層，生成的油氣輕重組分大部分都運移走了，只留下少量重組分，油氣顯示較差，鉆遇少量活躍瀝青或干瀝青，對鉆井影響有限。

這一研究結(jié)果，對下一步認(rèn)識地層壓力、漏涌成因和制定鉆井方案都有極大幫助［11］。

3.4瀝青層地層壓力

由地層壓力測試曲線可以看出，瀝青層地層壓力系數(shù)較高（1.67），但在瀝青少量產(chǎn)出后，地層壓力恢復(fù)能力較弱，由此判斷瀝青層的儲油空間相對較小，初始產(chǎn)量大，但供油能力有限。這一現(xiàn)象也驗證了地質(zhì)形成不同生儲組合的認(rèn)識，為認(rèn)清瀝青層成因和判斷地層壓力提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

3.5解決瀝青侵入的方案

1）改變井身結(jié)構(gòu)，增大一開鉆頭尺寸，三開套管下至瀝青層上部，封隔上部的易漏失層段，增加一層套管用于專門封隔瀝青層［12-13］。2）使用恒定井底壓力的控壓鉆井技術(shù)，鉆穿瀝青層。3）在發(fā)生涌漏復(fù)雜情況時，使用加壓泥漿帽鉆井技術(shù)，可以節(jié)約處理復(fù)雜情況造成的大量非生產(chǎn)時間和鉆井成本。3種方案中可采用1種，也可選擇2～3種進(jìn)行不同組合。

4　結(jié)論

1）實踐表明，恒定井底壓力控壓鉆井技術(shù)和加壓泥漿帽控壓鉆井技術(shù)結(jié)合，可成功解決瀝青侵入造成的漏涌同存地層的鉆井難題。

2）漏失比單純的侵入后果嚴(yán)重，因此，建議不要試圖通過加重或增加回壓的方法徹底消除瀝青侵入。在有瀝青侵入的前提下，適度控制井眼壓力，盡快鉆穿瀝青層。

3）氣侵鉆井液地面密度不能反映真實的液柱壓力，應(yīng)使用加壓測量得到的鉆井液密度判斷井底壓力。

4）使用總池體積或立壓不變控壓，易使井底壓力變化過大，控制井眼壓力宜采取以回壓為控制目標(biāo)的方式鉆進(jìn)。

5）建議在鉆具組合中加入可測壓接頭，實時上傳或存儲井下環(huán)空ECD，這樣有助于判斷井下壓力環(huán)境。在出現(xiàn)涌漏復(fù)雜情況時，了解環(huán)空各點ECD也可以幫助判斷漏點位置。

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（編輯趙衛(wèi)紅）

Application of MPD technique in loss and kick coexistence formation

Yu Haiye，Miao Zhiyu，Chen Yongming，Yan Xiuliang，Wang Shujiang，Li Zongqing，Cao Qiang
（Research Institute of Drilling Technology，Shengli Petroleum Engineering Co.Ltd.，SINOPEC，Dongying 257017，China）

In order to solve the drilling challenge caused by asphalt influx in X Oilfield，constant bottom hole pressure MPD and pressurized mud cap drilling are applied in Well A and Well C.Technologies—MPD operation process，backpressure generated method and bottom hole pressure change，operation procedure of pressured mud cap drilling—are introduced.The gas kick effect on the drilling fluid density and bottom hole pressure，the parameters and phenomenon of the pressured mud cap drilling operation are also analyzed.Based on the parameters and temperature logging，the depth of loss zone is evaluated.Using the geological research results and pressure test data，the genesis and pressure of asphalt formation are analyzed，three methods to solve the asphalt influx challenge are proposed，which offers an useful experience for the future drilling.

asphalt influx；loss and kick coexistence；constant bottom hole pressure；pressured mud cap drilling；loss pressure

TE249

A

10.6056/dkyqt201505025

2015-03-01；改回日期：2015-07-12。

于海葉，男，1982年生，工程師，碩士，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油與天然氣工程學(xué)院，現(xiàn)從事欠平衡、控壓鉆井方面研究。E-mail：lemon_yhy@126.com。

引用格式：于海葉，苗智瑜，陳永明，等.控壓鉆井技術(shù)在漏涌同存地層的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2015，22（5）：660-663.

Yu Haiye，Miao Zhiyu，Chen Yongming，et al.Application of MPD technique in loss and kick coexistence formation［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：660-663.