GS001-X井燈影組溢漏同存情況下精細(xì)控壓鉆井技術(shù)探討

秦富兵， 朱仁發(fā)， 黃亞樓

(1中石油川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

四川盆地高石梯區(qū)塊儲(chǔ)層是近幾年西南油氣田開(kāi)發(fā)的重要區(qū)塊。該區(qū)塊目的層燈影組埋藏深，巖性為碳酸鹽，目的層大多發(fā)育良好,主要為構(gòu)造縫、壓溶縫和擴(kuò)溶縫，表現(xiàn)為裂縫-孔洞型特征，儲(chǔ)層硫化氫含量高，常規(guī)鉆井使用較高的鉆井液密度，普遍出現(xiàn)嚴(yán)重井漏、噴漏同存等井下復(fù)雜事故，出現(xiàn)窄安全密度窗口[1-4]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)該區(qū)塊大部分井均出現(xiàn)漏噴同存，復(fù)雜處理時(shí)間高于生產(chǎn)時(shí)間[1-2,5]，鉆探作業(yè)生產(chǎn)時(shí)效低，復(fù)雜處理成本高，嚴(yán)重影響了油氣開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。

GS001-X井位于高石梯潛伏構(gòu)造GS1井區(qū)南高點(diǎn)，目的層為震旦系燈四上亞段，該井井下極易出現(xiàn)窄安全密度窗口、噴漏同存的井下復(fù)雜事故，為確保該井安全、順利鉆至完鉆井深，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，采用了精細(xì)控壓微溢流監(jiān)測(cè)、隨鉆壓力測(cè)量(PWD)監(jiān)控、控壓起下鉆+重漿帽等安全鉆井技術(shù)。

1 GS001-X井燈影組鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1)儲(chǔ)層安全密度窗口窄，易發(fā)生又噴又漏、漏轉(zhuǎn)噴等井下復(fù)雜。

2)水平段長(zhǎng)，儲(chǔ)層段產(chǎn)層多，鉆井過(guò)程容易形成無(wú)安全密度窗口狀態(tài)，安全鉆井作業(yè)難度大。

3)儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，鉆井液漏失十分嚴(yán)重，常規(guī)堵漏方式效果甚微，鉆進(jìn)、起下鉆、完井管串下入難度大，井控風(fēng)險(xiǎn)高。

4)高石梯燈影組氣藏H2S含量高[6]，通過(guò)鄰井對(duì)燈影組氣藏開(kāi)采發(fā)現(xiàn)，天然氣中H2S含量大于15 g/m3。

2 鉆井技術(shù)對(duì)策

2.1 鉆井方式

鉆遇裂縫地層時(shí)，根據(jù)裂縫自身特性及分布情況，建立井筒壓力分布模擬，模擬井筒壓力當(dāng)量曲線(xiàn)，掌握不同裂縫處井漏、溢流狀態(tài)，尋找安全密度窗口，優(yōu)化精細(xì)控壓鉆井參數(shù)，確保復(fù)雜井筒壓力狀態(tài)下安全鉆井作業(yè)。

2.2 井底壓力監(jiān)測(cè)

采用PWD及水力學(xué)計(jì)算方式結(jié)合，實(shí)時(shí)掌握井底壓力變化情況，并結(jié)合地面微流監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)井下當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整[2]。

2.3 起下鉆方式

對(duì)于漏噴同存地層，最佳起鉆方式是采用“控壓起鉆+重漿帽”，保持井筒微漏狀態(tài)。

2.4 溢流與漏失復(fù)雜工況處理

控壓鉆井期間，如鉆遇油氣顯示發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井求取真實(shí)地層壓力，根據(jù)地層壓力情況調(diào)整鉆井液密度和控壓值保持井底處于微過(guò)平衡狀態(tài)，再進(jìn)行控壓鉆進(jìn)。

如果鉆遇井漏，通過(guò)降低控壓值、鉆井液密度、降低排量等方式，尋找壓力平衡點(diǎn)，再進(jìn)行控壓鉆進(jìn)。如果出現(xiàn)無(wú)安全密度窗口情況，則控制漏速在5 m3/h以?xún)?nèi)微過(guò)平衡鉆進(jìn)，否則進(jìn)行堵漏提高地層承壓能力。

3 GS001-X現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 井身結(jié)構(gòu)與鉆具組合

3.1.1 井身結(jié)構(gòu)

GS001-X井為水平井，設(shè)計(jì)井深6 090 m，設(shè)計(jì)水平段830 m，實(shí)際完鉆井深5 822 m，水平段長(zhǎng)772 m。因井下復(fù)雜情況提前完鉆，GS001-X井實(shí)際井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 GS001-X井實(shí)際井身結(jié)構(gòu)

3.1.2 鉆具組合

?149.2 mm PDC鉆頭×0.23 m+?120 mm 1.25°彎螺桿(無(wú)扶正器)×6.24 m+?311 mm×310回凡(2只)×0.80 m+?311 mm×311雙公×0.3 m+?120 mm WPR短節(jié)×3.4 m+?120 mm專(zhuān)用無(wú)磁×5.84 m+無(wú)磁×9.46 m+懸掛短節(jié)×0.96 m+?88.9 mm加重鉆桿(1柱)×28.4 m+旁通閥×0.38 m+?88.9 mm加重鉆桿(2/3柱)×18.69 m+?88.9 mm鉆桿(120柱)+?311 mm×410接頭+?127 mm鉆桿(66柱)+?411 mm×410回凡+?127 mm鉆桿。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

GS001-X井采用密度1.08～1.20 g/cm3的鉆井液對(duì)四開(kāi)5 050.00～5 822.00 m井段進(jìn)行精細(xì)控壓鉆井作業(yè)，作業(yè)期間鉆遇6個(gè)漏層及1個(gè)氣層。實(shí)現(xiàn)了在窄安全密度窗口下的裂縫儲(chǔ)層進(jìn)行安全鉆井的目標(biāo)，發(fā)揮了積極重要作用。

3.2.1 鉆遇漏、氣層的處理

本井采用密度1.19～1.20 g/cm3的鉆井液由井深5 050.00 m開(kāi)始鉆進(jìn)，鉆至井深5 113.00 m出現(xiàn)井漏失返，通過(guò)環(huán)空液面監(jiān)測(cè)儀測(cè)量環(huán)空液面高度約60 m，測(cè)得漏失壓力系數(shù)1.18，氣層壓力系數(shù)1.15，隨后降低鉆井液密度至1.12 g/cm3，保持井底壓力當(dāng)量密度為1.16～1.17 g/cm3進(jìn)行控壓鉆進(jìn)，停泵接立柱過(guò)程控制套壓3～3.5 MPa，避免地層流體進(jìn)入井筒。

當(dāng)鉆至井深5 124.00 m，發(fā)現(xiàn)氣顯示層，氣層壓力系數(shù)約1.15。

繼續(xù)鉆至井深5 341.00 m，通過(guò)精細(xì)控壓微溢流監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，漏速?gòu)?.2 m3/h↑21.4 m3/h，停泵關(guān)閉節(jié)流閥，套壓由3 MPa↓1.5 MPa，測(cè)得漏失壓力系數(shù)約1.15，隨后將鉆井液密度控制在1.10 g/cm3。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)PWD的實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)漏層孔隙壓力系數(shù)與第二個(gè)漏層漏失壓力系數(shù)相當(dāng)，而漏層之間的循環(huán)摩阻當(dāng)量約0.02～0.03，若要控制第一個(gè)漏層(井深5 113.00 m)不出氣，則第二個(gè)漏層(井深5 341.00 m)處的循環(huán)當(dāng)量約1.17～1.18 g/cm3，必將造成更加嚴(yán)重的井漏。同時(shí)，由于地層裂縫發(fā)育，漏失量大，無(wú)法在裂縫處施加過(guò)高的當(dāng)量壓力，當(dāng)鉆至井深5 341.00 m時(shí)，井底當(dāng)量密度由1.162 g/cm3↓1.154 g/cm3，通過(guò)水力學(xué)計(jì)算分析，井深5 113.00 m處的壓力當(dāng)量密度為1.132 g/cm3。

此作業(yè)井段已形成無(wú)安全密度窗口狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)地層出氣和井漏情況，調(diào)整套壓1.5～2 MPa，控制漏速2.0～6.8 m3/h，地層出氣量300～400 m3/h，達(dá)到溢漏平衡狀態(tài)。

隨后，分別繼續(xù)在井深5 648.1 m、5 790 m、5 795 m和5 816 m鉆遇井漏，且在井底處的壓力當(dāng)量密度始終為1.150～1.154 g/cm3，使得上部井段的井筒壓力當(dāng)量密度始終小于1.15 g/cm3。通過(guò)水力學(xué)計(jì)算分析，在井深5 113.00 m處的壓力當(dāng)量密度為1.071 g/cm3，處于嚴(yán)重欠平衡狀態(tài)，并且氣層越來(lái)越多，出氣量越來(lái)越大，鉆進(jìn)過(guò)程出氣量達(dá)到3 000～3 500 m3/h，出口火焰持續(xù)保持在8～10 m。

現(xiàn)場(chǎng)多次出現(xiàn)因氣量過(guò)大無(wú)法鉆進(jìn)，采用全井反推方式處理。后期從井控安全考慮，最終鉆至井深5 822 m完鉆。

3.2.2 起下鉆

對(duì)于裂縫漏失層，目前最佳起鉆方式是采用“控壓起鉆+重漿帽”，保持井筒微漏狀態(tài)。

控壓循環(huán)排氣：本井鉆至井深5 468.00 m，起鉆更換鉆具組合和鉆頭。此時(shí)，已在5 113.00 m、5 124.00 m和5 341.00 m三個(gè)井段鉆遇漏層和氣層，穩(wěn)定時(shí)漏速約2.0～6.8 m3/h，為確保起鉆安全，需將井筒內(nèi)氣體排凈。

循環(huán)排氣時(shí)，套壓由鉆進(jìn)時(shí)的1.5～2 MPa↑3～3.5 MPa，依然不能將井筒內(nèi)的氣體排凈?，F(xiàn)場(chǎng)判斷由于井漏，在井底控壓循環(huán)，其上下段漏層始終分別處于欠平衡和過(guò)平衡狀態(tài)，上段漏層一直出氣，因此無(wú)法排凈井筒中的氣體。

根據(jù)地層特點(diǎn)，采用了帶壓起鉆至管鞋，再控壓循環(huán)排氣，一方面保持井筒微漏狀態(tài)，避免地層流體繼續(xù)進(jìn)入井筒；另一方面，通過(guò)循環(huán)將鉆頭以上的氣體排凈。

控壓起鉆+重漿帽起鉆：根據(jù)儲(chǔ)層壓力系數(shù)1.15，采用1.10 ～1.12 g/cm3的鉆井液井口控壓2.0～3.0 MPa，保持井底壓力當(dāng)量密度約1.2～1.21 g/cm3。經(jīng)精細(xì)控壓流程控壓起鉆至蓋帽井深，注入重漿，保持井底壓力大于氣層壓力約3 MPa，再吊灌起鉆，每3柱灌1.10～1.12 g/cm3的鉆井液一次，每次多灌0.1～0.2 m3。當(dāng)起鉆至井深546.12 m發(fā)生溢流，隨后反推密度2.02 g/cm3和1.10 g/cm3的鉆井液101 m3，完成起鉆作業(yè)。

經(jīng)分析，由于地層漏失速率大，且鉆井液黏度低，氣體上竄快，致使每起鉆3柱灌漿一次時(shí)間間隔長(zhǎng)，可能已經(jīng)造成井底欠平衡狀態(tài)。后期改為每柱灌漿，并多灌0.1～0.2 m3，再未出現(xiàn)過(guò)起鉆溢流的現(xiàn)象。

下鉆：下鉆過(guò)程采用常規(guī)下鉆方式，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體返出狀況，若發(fā)現(xiàn)溢流則進(jìn)行控壓下鉆。下鉆至套管鞋后，采用1.10 g/cm3的鉆井液全井反推，再帶壓下鉆到底。

3.3 安全鉆井技術(shù)應(yīng)用效果

1)本井鉆遇多條裂縫時(shí)，掌握不同裂縫處井漏、溢流狀態(tài)，同時(shí)按照井控要求防止氣侵，優(yōu)化精細(xì)控壓鉆井參數(shù)，合理調(diào)節(jié)井底壓力，保持井底相對(duì)穩(wěn)定的微過(guò)平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了在燈影組多裂縫儲(chǔ)層的安全、高效鉆探作業(yè)。

2)本井在溢、漏同存的儲(chǔ)層中將精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能力發(fā)揮到了最大，完成了772 m水平位移進(jìn)尺，不僅實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)目標(biāo)，也為精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在高石梯地區(qū)燈影組地層的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

3)本井采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，通過(guò)合理分析井下情況，制定有效措施，完成了地質(zhì)目標(biāo)，完井后測(cè)試產(chǎn)量高達(dá)116.4×104m3/d，為高石梯單井測(cè)試之最，同時(shí)也為將來(lái)精細(xì)控壓鉆井技術(shù)開(kāi)發(fā)高石梯燈影組多裂縫儲(chǔ)層總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論與建議

1)在同壓力系統(tǒng)儲(chǔ)層，鉆遇多個(gè)裂縫漏層時(shí)，由于裂縫之間存在摩阻當(dāng)量，會(huì)減小作業(yè)井段之間的安全密度窗口范圍，甚至達(dá)到“零”窗口或“負(fù)”窗口狀態(tài)。此時(shí)，需要根據(jù)裂縫儲(chǔ)層特性，有控制地采用“微漏”或“微欠+微漏”的鉆井方式，既避免嚴(yán)重井漏發(fā)生，同時(shí)又控制地層出氣量，防止井控事件發(fā)生。

2)針對(duì)該井窄安全密度窗口、無(wú)安全密度窗口、鉆井液漏失嚴(yán)重儲(chǔ)層，井控風(fēng)險(xiǎn)高。建議在類(lèi)似儲(chǔ)層鉆井過(guò)程中，在MWD正常的情況下，LWD出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)盡可能發(fā)揮地質(zhì)鉆井一體化優(yōu)勢(shì)，減少起下鉆趟數(shù)。

3)針對(duì)裂縫發(fā)育、井漏嚴(yán)重的儲(chǔ)層，在注入重漿帽后，由于井漏，井筒壓力快速降低至地層孔隙壓力，可能在短時(shí)間內(nèi)形成欠平衡狀態(tài)，從而造成起鉆過(guò)程溢流風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該類(lèi)地層，吊灌起鉆時(shí)建議將“每起鉆3柱吊灌鉆井液1次”改為“每起鉆1柱吊灌鉆井液1次”，且多灌1.5～2倍鉆具體積量。