阿姆河復雜地層鉆井井控技術

許期聰，林 平

(中國石油川慶鉆探國際工程公司)

土庫曼阿姆河項目位于中亞腹地阿姆達里亞盆地，在中石油阿姆河項目啟動前，前蘇聯(lián)在該區(qū)域已進行過大量鉆探工作，但因地質條件復雜，高壓鹽水及儲層惡性井漏引起卡鉆、井噴等事故頻繁，有2/3的井報廢，只有1/3的井鉆達目的層。川慶鉆探進入后，就如何預防井噴事故、提高鉆井成功率做了大量的工作，取得了較好的效果。

一、阿姆河地區(qū)鉆井地質特征

阿姆河地區(qū)的地質層序從上至下分別為上覆地層、蓋層、儲層，其鹽膏層、儲層鉆井地質具有以下特征[2-8]：

(1)整個氣田受構造、斷裂和儲層的多重控制。構造數(shù)量多，以中、小型規(guī)模為主，氣水關系復雜，分布極不規(guī)律。

(2)儲層結構復雜，埋藏深，溫度高。儲層分布受生物礁、灘的控制，以點礁和裂縫性碳酸鹽巖為主，分布于巨厚高壓鹽層之下，構造高點和儲層預測難度大。儲層埋深最深的井達5 000 m以上，部分井地層溫度高達160℃以上。

(3)儲層巖石類型多樣、滲透性好。有顆粒灰?guī)r、微晶灰?guī)r、礁灰?guī)r和少量的白云巖及砂巖，鉆井液密度敏感，安全密度窗口窄，易形成漏噴同層。

(4)鹽膏層、儲層壓力異常。中、東部區(qū)域如西召拉麥爾根氣田屬于高壓、超高壓氣藏，鹽膏層、儲層壓力系數(shù)高達2.00之間，而西部區(qū)域如亞希爾杰佩氣田儲層壓力系數(shù)僅為0.78～0.82，屬于異常低壓。

(5)儲層流體性質復雜。儲層含H2S、CO2以及少量凝析油，屬典型的酸性氣藏。

二、阿姆河地區(qū)鹽膏層、儲層鉆井難點分析

1.儲層壓力系數(shù)難以準確預測井控風險高

阿姆河地區(qū)不同構造差異極大，地層壓力系數(shù)難以準確預測，資料缺乏，無法準確掌握產(chǎn)層壓力下降規(guī)律，壓力系數(shù)不明成為制約鉆井安全的重要因素，此類井需要邊鉆進，邊摸索地層壓力，未知的井漏和井噴風險大。

2.漏噴轉換快關井壓力高

儲層斷層、裂縫發(fā)育，且其受構造應力形成的斷裂帶十分破碎，鉆進過程中極易引發(fā)惡性井漏，進而快速轉換為溢流、井噴，關井壓力迅速升高，井控風險大。如Hojg-21井儲層鉆至3 359 m，鉆具放空，井漏失返，立即關井，套壓5 min內上漲至42.3 MPa。

3.窄密度窗口壓力控制困難

阿姆河地區(qū)儲層滲透性好，敏感性強，鉆井液安全密度窗口窄,特別阿姆河右岸地區(qū)B-P構造、召拉麥爾根構造儲層“壓力窗口”幾乎為零，且儲層段不同地層的壓力存在較大差異，致使鉆井過程中密度和壓力控制難度非常大，有時開泵稍快或泵沖稍高就易形成井漏、并引發(fā)溢流。

4.鹽膏層壓力高、卡層及固井難度大

該區(qū)域的蓋層為巨厚的高壓鹽膏層，其內含有高壓鹽水或高壓鹽水透鏡體，屬異常高壓地層(壓力系數(shù)最高達2.4以上)；且鹽膏層在橫向上變化大，無規(guī)律可循，確定中完井深是地質卡層的一大難題，一旦鉆穿鹽膏層進入壓力系數(shù)低的產(chǎn)層，可能引起惡性井漏及嚴重的井控風險，如果石膏層留得過多，技術套管不能有效封隔鹽膏層內的高壓鹽水，影響下一開的產(chǎn)層鉆進；同時，巨厚高壓鹽膏層的固井是世界性難題，如果未能解決好高壓鹽水防竄問題，產(chǎn)層鉆進將可能形成上噴下漏、環(huán)間竄漏等復雜情況。

5.“人工次生淺氣藏”的井控風險大

在前蘇聯(lián)時期鉆井過程中，多口井在揭開目的層后發(fā)生強烈井噴并失控著火，導致井壁垮塌填埋井眼，原本儲集于深部地層中的天然氣沿井噴報廢的老井井筒或固井質量極差的套管環(huán)空間隙，向上運移，在淺部形成了 “次生高壓氣藏”，鉆井作業(yè)一旦鉆遇到“次生高壓氣藏”，將極可能引起溢流、甚至井噴。

三、阿姆河地區(qū)鉆井井控技術

川慶鉆探進入阿姆河項目后，通過加強鉆井地質、鉆井難點分析，不斷探索積累，形成了一系列專門對付巨厚高壓鹽膏層和復雜產(chǎn)層的井控技術，已完成120余口井的鉆井工作，成功率100%。

1.“人工次生淺層氣藏”安全鉆井技術

(1)井身結構優(yōu)化技術。認真分析“人工次生淺氣藏”的成因，預測其相應井深及壓力，將上層套管盡量下至次生淺氣藏的頂部；如果淺氣藏壓力高、井下復雜、處理難度大，可考慮增下一層套管專門用于封隔淺氣層。

(2)領眼試鉆法。采用更小尺寸的鉆頭先鉆穿預計含有淺氣層的地層，摸清地質情況后再用設計鉆頭擴眼，盡量降低發(fā)生井漏、溢流后的處理難度，為大尺寸井眼的快速、安全鉆進創(chuàng)造條件。阿姆河皮爾古伊構造Pir-7井附近的井預計有次生淺氣藏，先采用?215.9 mm鉆頭加光鉆具組合確認鉆穿預計的淺氣藏后，再用?444.5 mm鉆頭擴眼。

(3)操作工藝。采用設計的鉆井液密度上限鉆入淺氣層，同時準備好1.5倍井筒容積的壓井液及堵漏漿，并做好水泥漿堵漏的準備；淺氣層的特點是井噴來得更快，應加強崗位執(zhí)守，立足及早發(fā)現(xiàn)，堅持每鉆完一立柱循環(huán)一個遲到時間、停泵觀察，確保靜止狀態(tài)壓穩(wěn)地層才可卸扣接立柱，避免在接立柱過程中發(fā)生溢流的險情。采用以上方法，川慶鉆探已成功完成有次生淺氣藏的6口井的鉆井任務，有效地避免了因次生淺氣層引發(fā)的井噴事故。

2.高壓鹽膏層安全鉆進井控技術

(1)鉆井液體系優(yōu)化。高壓鹽膏層要解決的主要問題是鹽膏層的蠕變、溶解及高壓鹽水的井控問題，可采用聚磺欠飽和-飽和鹽水鉆井液體系，維持其氯根含量在(15～18)×104mg/L之間，如果含鹽量太低，則會造成地層中的鹽溶解，形成“大肚子”井眼，損害鉆井液。

(2)合理鉆井液密度確定。合理的鉆井密度可有效防止鹽膏層的蠕變及高壓鹽水井噴事故發(fā)生，一般采取 “高進低出”，“高進”即按照鉆井液密度設計高限鉆開鹽膏層，再根據(jù)實鉆情況進行微調，以有效控制住高壓鹽水。“低出”即在鉆至鹽膏層底部時，綜合判斷井下情況，再適當逐漸降低密度鉆出膏鹽層。

(3)關鍵地層卡層。加強地層對比及綜合分析，準確卡層，既要確保技術套管封隔住高壓鹽水，又要防止鉆穿高壓鹽膏層進入產(chǎn)層。

(4)鹽水溢流控制與壓井技術。發(fā)現(xiàn)鹽水溢流應立即關井，一般可采用常規(guī)壓井方法循環(huán)處理高壓鹽水溢流，井內條件允許時也可以先關井反推，即通過環(huán)空加壓把進入井筒的鹽水直接推入地層，再控壓正循環(huán)把壓井液注入井內，這種做法優(yōu)點是可大大減少鹽水對井內鉆井液的損害。那2井于井深5 200 m處下入?244.5 mm套管封隔鹽膏層的過程中，井內鉆井液密度2.38 g/cm3，發(fā)現(xiàn)鹽水溢流5 m3,關井壓力2 MPa，直接反推2.40 g/cm3鉆井液11 m3后進行控壓正循環(huán)壓井，快速壓穩(wěn)了該井的高壓鹽水溢流，且保證了鉆井液未受到損害。

3.窄密度窗口儲層防漏防噴技術

(1)窄密度窗口的安全鉆進技術?？刹捎秒S鉆堵漏技術,即在壓力敏感地層鉆進時，可在井漿中混入一定比例的堵漏材料，達到小漏隨鉆即堵的效果，再根據(jù)實鉆中溢流或井漏情況逐步調整并摸索出合理的鉆井液密度；也可采用“雙密度制”，即鉆進時的鉆井液密度剛好能平衡地層壓力，起鉆時替入較高密度的鉆井液，防止起鉆抽汲引起溢流。如Mess-22井鉆進用1.93 g/cm3、起鉆替入1.98 g/cm3鉆井液，鉆進、起下鉆均能平衡地層壓力；還可考慮精細控壓鉆井技術，該技術通過微流量監(jiān)測、PWD實時監(jiān)測、自動節(jié)流控制等先進手段能有效解決常規(guī)鉆井因窄安全密度窗口造成的井漏嚴重、井控風險高等難題，在Med-21和WJor-22井應用精細控壓鉆井技術取得了良好效果。Med-21井應用精細控壓鉆井技術后實現(xiàn)鉆井液零漏失(鄰井漏573 m3)，且節(jié)約鉆井周期 20 d。

(2)窄密度窗口井漏處置技術。阿姆河地區(qū)的吊灌做法是：發(fā)現(xiàn)井漏失返，立即停泵，每間隔5 min向環(huán)空吊灌同鉆進時相同密度的鉆井液2～3 m3或者連續(xù)灌漿0.4～0.6 m3/min(其它地區(qū)可根據(jù)漏層性質、漏速等確定相應吊灌量)，同時地面抓緊準備堵漏漿和調配足量的鉆井液；在安全的情況下如需起鉆至安全井段或套管鞋內，起鉆時的吊灌量應在上述靜止觀察時灌入量的基礎上增加起出鉆具容積的1倍以上(即0.4～0.6 m3/min+1倍以上起出鉆具容積)；對可能鉆遇大的斷層、裂縫及溶洞、預計井控風險大的井應配備環(huán)空液面監(jiān)測儀，根據(jù)監(jiān)測的環(huán)空動液面下降的速度確定漏噴轉換的液面位置，吊灌時確保環(huán)空的動液面不低于此液面，這樣可以科學地確定吊灌的鉆井液量。

正循環(huán)堵漏壓井在阿姆河地區(qū)儲層鉆井過程中，根據(jù)漏速不同，其處理方法不同。井漏但未失返時，首先停泵觀察，在安全的情況下吊灌起鉆至安全井段或套管內，注入濃度20%～25%的堵漏漿10～20 m3頂替至漏層井段，如堵漏不成功，則注入高更濃度的堵漏漿或HHH橋漿進行堵漏。失返性惡性井漏時，首先停泵觀察，做好關井準備，同時在環(huán)空用小排量連續(xù)吊灌，維持環(huán)空液柱高度；有條件時吊灌將鉆具起鉆至安全井段注入高濃度的堵漏漿或HHH橋漿；如堵漏不成功，則采用快干水泥堵漏，調整好水泥漿性能，使水泥漿在進入漏層的流動過程中逐步稠化、凝結；對于有多段漏層或漏層井段長的井，可采用“鉆一段堵一段”，以逐步完成對各個漏層的封堵。堵漏成功后求得準確的地層壓力，進行常規(guī)循環(huán)壓井即可。

反推法堵漏壓井必須控制好注入壓力，施工壓力不能超過井口允許的最高關井壓力。有些地層較發(fā)育、連通性好，容易推進堵漏漿、壓井液，井口施工壓力不會很高，而有些地層不容易推進堵漏漿、壓井液，井口便會出現(xiàn)高壓力。采用反推法堵漏壓井與其它方法相比，施工壓力偏高，堵漏液和壓井液消耗量較大，能夠解決其它方式難以解決的復雜問題。

在阿姆河地區(qū)多個構造噴漏同存的儲層中,綜合運用正循法、反推法堵漏壓井均取得很好的效果。典型成功案例如Mes-22井，產(chǎn)層定向鉆進至井深3 620.98 m(井斜66°)，發(fā)生井漏失返(聚磺鹽水鉆井液密度1.93 g/cm3)，隨后出現(xiàn)溢流，關井，套壓2 min內上漲到7.8 MPa，后升至20.5 MPa。其處理經(jīng)過：先采用了常規(guī)正循環(huán)堵漏壓井方法，泵注濃度為25%中細顆粒的橋漿30 m3頂替到位，堵漏不成功。改用反推法堵漏壓井，先正擠1.93 g/cm3鉆井液4 m3，把鉆具內的受污染鉆井液推出鉆具，再依次試反擠鉆井液10 m3、反推1.93 g/cm3濃度25%的橋漿20 m3加濃度12%的HHH堵漏漿11 m3、反推1.93 g/cm3鉆井液65 m3，候堵期間間斷反擠鉆井液，套壓維持在0.7 MPa，再通過液氣分離器正循環(huán)觀察，液面正常，反推法堵漏壓井取得成功。

四、結論

(1)“人工次生淺氣藏”可以通過優(yōu)化井身結構、領眼試鉆法等降低井控風險。

(2)采用聚磺欠飽和—飽和鹽水鉆井液體系及合理的密度能較好地解決了阿姆河地區(qū)鹽膏層縮徑、高壓鹽水溢流等問題。

(3)在鹽膏層鉆進中出現(xiàn)鹽水溢流，如條件允許可可用反推法進行處理，直接把進入井筒的鹽水推入地層，減少鹽水環(huán)境傷害。

(4)在窄密度窗口儲層中鉆井可采用全井隨鉆橋漿、鉆進起下鉆“雙密度制”等措施可解決壓力敏感問題，但最好的辦法是采用精細控壓鉆井技術。