阿姆河右岸復(fù)雜地層鉆井技術(shù)

李春季，李志勇，藍(lán) 強(qiáng)*，崔永軍，呂健波，蓋秀江

(1．中石化勝利石油工程有限公司塔里木鉆井分公司，山東 東營(yíng) 257100；2.中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257100；3.中國(guó)石化勝利油田分公司 油氣勘探管理中心，山東 東營(yíng) 257100)

土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸氣田位于土庫(kù)曼斯坦東部和里海盆地東南沿岸之間，東部的山前構(gòu)造地質(zhì)情況非常復(fù)雜[1-2]。上部地層以泥巖為主，同時(shí)夾灰?guī)r和粉砂巖，局部夾薄層硬石膏，中部地層為巨厚鹽膏層，橫向上厚度不穩(wěn)定，巖性變化較大。下部目的層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏。在上部砂泥巖層中存在因鄰井井噴形成的“次生高壓氣藏”，極易發(fā)生井噴事故；中部地層巨厚鹽膏層厚600～1200m，是良好的油氣蓋層。多個(gè)區(qū)塊的鹽層中含有“透鏡狀”高壓超飽和鹽水體，地層壓力系數(shù)2.0～2.10左右。下部?jī)?chǔ)層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏，地層縫洞發(fā)育，極易發(fā)生井漏，地層壓力系數(shù)在1.6～2.0左右，易發(fā)生井漏和井噴的主要層位。

1 主要鉆井難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)

1.1 淺層“次生高壓氣藏”

阿姆河右岸上部地層鉆進(jìn)時(shí)易發(fā)生地層出水和井漏失返的復(fù)雜情況，且堵漏難度較大[2-5]。特別是B區(qū)某些井鉆至氣層發(fā)生井噴后，地層坍塌、高壓鹽水、天然氣沿報(bào)廢井眼從產(chǎn)層上竄至上部地層聚集并橫向運(yùn)移，在井噴報(bào)廢井周?chē)鷧^(qū)域形成淺層“次生高壓氣藏”。在謝農(nóng)階鉆遇不同壓力的“次生高壓氣藏”，造成Giv-1井發(fā)生井噴失控事故，Pir-23井鉆至759m時(shí)多次處理"次生高壓氣藏"引起的溢流，鉆井液密度最高達(dá)1.95g/cm3[3]。

1.2 巨厚鹽膏層定向井安全鉆井

基末利階下石膏層容易出現(xiàn)縮徑變形，蠕變卡鉆等事故，結(jié)合其他并發(fā)問(wèn)題，在鉆進(jìn)過(guò)程中非常容易出現(xiàn)"縮、溶、塌、漏、阻、卡"等復(fù)雜情況，定向施工鉆時(shí)極慢，軌跡要求井斜大，定向滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)極易發(fā)生吸附卡鉆。

1.3 異常高壓鹽水層

鹽膏層內(nèi)含有“透鏡狀”高壓鹽水體，壓力系數(shù)2.0～2.1左右，部分鹽水層屬“噴漏同層”，無(wú)安全密度窗口[4]，且鹽水層礦化度極高，根據(jù)實(shí)鉆資料，Ca2+50020mg/L，Mg2+39690mg/L，Cl-304870mg/L，在這種情況下很容易造成鉆井液嚴(yán)重污染，造成高溫稠化、高溫固化等現(xiàn)象，因此對(duì)鉆井液提出了更高的要求。

1.4 產(chǎn)層異常高壓，部分地層“噴漏同存”

阿姆河右岸產(chǎn)層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏，儲(chǔ)層縫洞發(fā)育，地層滲透性好，氣層極其活躍，壓力系數(shù)1.6～2.0左右，鉆進(jìn)時(shí)極易發(fā)生鉆井液失返等惡性漏失現(xiàn)象，部分產(chǎn)層密度窗口窄，屬"噴漏同層"，井漏后氣體置換速度快，隨即導(dǎo)致溢流、井噴的發(fā)生，使得堵漏壓井施工異常艱難，井控風(fēng)險(xiǎn)極高。

1.5 鉆井液性能要求高

上部地層泥巖段長(zhǎng)，巖石膠結(jié)性較差，存在井壁失穩(wěn)、大井眼攜砂不力、鉆屑分散造漿、鉆頭泥包等難題[5]，鉆井液應(yīng)具有強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制防塌性能；基末利階鹽膏層厚度大，鹽層所含"透鏡狀"高壓高礦化度鹽水和大段石膏容易對(duì)高密度鉆井液造成嚴(yán)重污染[6]。儲(chǔ)層壓力系數(shù)高，密度窗口窄，易發(fā)生井漏，"噴漏同存"對(duì)鉆井液合理密度的選擇，以及承壓堵漏效果要求較高[7]。

2 復(fù)雜地層安全鉆井技術(shù)

2.1 次生高壓氣藏鉆井技術(shù)

該區(qū)域臨井Pir-23井二開(kāi)用?444.5 mm鉆頭，密度1.28 g/cm3的鉆井液鉆進(jìn)至謝農(nóng)階682 m 時(shí)多次發(fā)生溢流，分別用1.84 g/cm3和1.95 g/cm3密度鉆井液進(jìn)行壓井平穩(wěn)。后采用?215.9 mm鉆頭鉆穿預(yù)計(jì)高壓淺氣層井段至井深759.00 m 后，為了保證擴(kuò)眼順利進(jìn)行，對(duì)600～759m 外溢復(fù)雜井段進(jìn)行打水泥塞封固。?444.5 mm 鉆頭擴(kuò)眼至井深759.00 m 后鉆至井深763.00 m 二開(kāi)完鉆，提前下?339.7 mm 技術(shù)套管封固復(fù)雜井段，固井質(zhì)量?jī)?yōu)良，井口無(wú)氣竄，順利鉆穿淺層次生高壓氣藏井段的施工，成為阿姆河右岸淺層次生高壓氣層區(qū)域鉆井成功應(yīng)用的首個(gè)案例，為該區(qū)域下步鉆井安全施工提供了借鑒。

2.2 巨厚鹽膏層定向井安全鉆井技術(shù)

根據(jù)鹽膏層厚度大，定向井鉆井穿越鹽膏層井段長(zhǎng)的難題，優(yōu)選鈣鹽預(yù)處理鉆井液體系，制定合理的鉆井技術(shù)措施，主要措施如下：

(1)加強(qiáng)鉆井液性能維護(hù)，確保鈣鹽預(yù)處理飽和鹽水鉆井液體系的穩(wěn)定。

(2)做好上部地層的承壓堵漏工作。按設(shè)計(jì)要求提高鉆井液密度的同時(shí)加入彈性石墨和延時(shí)膨脹堵漏劑，提高上部地層承壓能力，以及鉆井液防漏、堵漏的能力。

(3)鹽膏層鉆進(jìn)，采用“打一提二劃三”的工藝措施，防阻卡；及時(shí)進(jìn)行短程起下鉆，通過(guò)短起下，劃眼等方法，防止縮徑卡鉆，修整井壁，保證井眼暢通。

(4)控制鹽膏層段的造斜率，減少在鹽膏層中滑動(dòng)鉆進(jìn)。增斜到30°左右采用復(fù)合鉆進(jìn)的方式，加強(qiáng)測(cè)斜，防止在鹽層段方位發(fā)生較大漂移，避免斜井段和井底水平位移過(guò)大、摩阻扭矩增加。

(5)鹽層使用牙輪鉆頭+彎螺桿增斜鉆進(jìn)，石膏層中使用PDC鉆頭+彎螺桿微增斜鉆進(jìn)。盡量做到在鹽層中定向鉆進(jìn)，在石膏層中復(fù)合鉆進(jìn)，以提高機(jī)械鉆速。

(6)盡量降低定向井段的造斜率，這有利于攜砂和減少摩阻、扭矩；保證軌跡光滑，鉆井、固井管柱下入順利。

(7)準(zhǔn)確卡層保證套管完整封隔必封點(diǎn)。加強(qiáng)施工井地質(zhì)資料分析，著重地層對(duì)比，準(zhǔn)確卡層，防止提前鉆開(kāi)高壓或低壓產(chǎn)層，引起井噴和井漏。

(8)對(duì)井眼進(jìn)行靜止蠕變速度的測(cè)試，確保安全作業(yè)時(shí)間。中完后用牙輪鉆頭配合單、雙扶正器鉆具組合通井正常后方可進(jìn)行下套管作業(yè)，確保套管的順利下入。

(9)加強(qiáng)對(duì)井身軌跡的控制。在保證中靶的前提下，預(yù)留提前量，防止因地層變化(滯后)，造成目的層位移增多，增加后續(xù)目的層鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜情況的處理難度。

2.3 復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)

2.3.1 部地層強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制性防塌鉆井液體系

針對(duì)阿姆河右岸上部地層泥巖段長(zhǎng)，巖石膠結(jié)性差，存在井壁失穩(wěn)、大井眼攜砂、鉆屑分散造漿、鉆頭泥包等難題，通過(guò)較好抑制性能和包被性能鉆井液處理劑的選擇、加量調(diào)整等配伍性實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出具有較好流變性能的聚合物KCl+胺基聚醇，強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系。配方：3.0%～5.0%膨潤(rùn)土漿+7.0% KCl+0.5%～1.0% AP-1+0.3%～0.5%PAM+0.5%NPAN +0.5%DSP-2 +適量重晶石。該體系能較好的抑制地層造漿，并具有良好的防塌性能，適當(dāng)保持體系內(nèi)的低粘高切的性能，在保持大井眼的井壁穩(wěn)定以及提高大井眼的機(jī)械鉆速方面也起到積極作用。

2.3.2 飽和鹽水鈣處理鉆井液體系

為了保證在鹽膏層中鉆遇高壓高礦化度鹽水層的鉆井安全，選取抗高溫、抗鈣鉆井液處理劑進(jìn)行室內(nèi)優(yōu)選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出了滿足巨厚鹽膏層以及抗鈣污染鉆井液要求的鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液，下面三個(gè)表給出了鉆井液抗鹽水污染性能(表1和表2)和實(shí)鉆鉆井液性能(表3)。

表1 010A井鉆井液抗污染試驗(yàn)

表2 鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液抗鹽水污染試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化為鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液后，鉆井液抗污染能力明顯增強(qiáng)，能夠滿足鉆井施工的需要，因此，在08 井中采用鈣處理鉆井液體系穿過(guò)鹽膏層段，鉆井液性能如表3所示。

表3 08井鹽膏層段實(shí)鉆鉆井液性能

從表3結(jié)果可以看出，在08井鹽膏層實(shí)鉆過(guò)程中，漏斗粘度和塑性變化較為明顯，但增幅處于可接受范圍，API失水在2550m處略高于5.0mL，處理后返回至3.0～4.0mL，鉆井液的氯離子濃度控制較好，鈣離子濃度始終控制在6000mg/L范圍內(nèi)，鈣侵程度得到有效控制。

2.4 復(fù)雜氣層"噴漏同存"的堵漏壓井技術(shù)

阿姆河右岸B區(qū)在進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段后，大規(guī)模利用水平井鉆井模式提高氣井的單井產(chǎn)能，資料顯示，水平井產(chǎn)能為同區(qū)域直井產(chǎn)能的三倍以上[8]。

由于阿姆河右岸鹽下氣藏屬于裂縫性儲(chǔ)集層[5]，采用水平井開(kāi)發(fā)模式，取得巨大產(chǎn)能的同時(shí)；也使得鉆井過(guò)程中，漏失更加嚴(yán)重；在天然氣活躍的"噴漏同存"層位，造成發(fā)生井漏后，水平段井眼軌跡的控制以及堵漏壓井施工更加復(fù)雜，極大地增加了井控風(fēng)險(xiǎn)和鉆井成本[6]。通過(guò)分析鄰井鉆井資料和前期該區(qū)域直井的施工經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)總結(jié)和分析鹽下氣藏發(fā)生井漏的原因[7]以及區(qū)域井漏特點(diǎn)，合理制定防漏、堵漏壓井的技術(shù)措施和施工方案，不斷優(yōu)化高壓破碎性產(chǎn)層水平井鉆井技術(shù)，在確保井控安全的同時(shí)，取得了良好的效果。

2.4.1 高壓破碎性氣層"噴漏同存"難題的處理技術(shù)

(1)發(fā)生井漏失返后搶在漏噴轉(zhuǎn)換前"吊灌"鉆井液，起鉆至安全井段。

(2)準(zhǔn)備壓井液期間，采用小排量正注鉆井液補(bǔ)充環(huán)空液柱壓力的方式進(jìn)行環(huán)空降壓，期間通過(guò)觀察液氣分離器排液管線出口是否返出鉆井液，確定純氣柱是否排完。

(3)高濃度復(fù)合橋漿正注反擠法堵漏壓井。鉆遇漏層時(shí)如果發(fā)現(xiàn)漏失，降低鉆井液循環(huán)排量在1.0 m3/min左右，將單個(gè)漏層鉆穿；配30m3鉆井液進(jìn)行堵漏。堵漏鉆井液的組成：井漿+10%復(fù)合橋接堵漏劑+5.0%延時(shí)膨脹堵漏劑；將堵漏鉆井液泵至井底后，關(guān)旋轉(zhuǎn)防噴器起鉆至套管內(nèi)，根據(jù)堵漏鉆井液進(jìn)入漏層的漏失情況決定是否向漏層擠注堵漏鉆井液。若堵漏鉆井液漏失量較大則直接關(guān)防噴器靜止12h以上；若堵漏鉆井液漏失量較小則關(guān)防噴器后，根據(jù)立套壓變化以及井筒內(nèi)堵漏劑的存量，向漏層適當(dāng)擠注堵漏鉆井液，然后靜止12h以上，觀察分析堵漏效果。

(4)配制濃度較高復(fù)合橋漿利用反推法進(jìn)行堵漏壓井。將1.5 倍井筒容積的壓井液實(shí)施反推堵漏壓井作業(yè)，先替入濃度20%的復(fù)合橋漿壓井液20 m3，粘度提至150s 以上，從而阻隔氣體。進(jìn)行堵漏作業(yè)的同時(shí)也連同天然氣體推入地層中，重建了井筒內(nèi)的壓力平衡。

(5)水泥漿一次性封堵。針對(duì)大型裂縫孔洞型的漏失，用水泥漿一次性堵漏封堵，對(duì)高壓層采用關(guān)井?dāng)D入緩凝水泥實(shí)施封堵，即使未能完全隔絕高壓層，也能有效地減小漏失通道，為后續(xù)堵漏或鉆進(jìn)的井漏治理降低風(fēng)險(xiǎn)。

B-P-102D井是位于阿姆河右岸B-P氣田中部斷塊的大斜度井，最大井斜90.3°，由于本井受構(gòu)造內(nèi)斷層裂縫帶的影響，儲(chǔ)層連續(xù)性較好，縫洞發(fā)育，且氣層活躍能量巨大，容易在產(chǎn)層段產(chǎn)生“噴漏同存”現(xiàn)象，為安全鉆進(jìn)造成極大影響。

該井四開(kāi)采用215.9mm PDC鉆頭，鉆井液密度1.83 g/cm3，帶單彎螺桿+MWD控制井身軌跡的方式鉆進(jìn)至3629.01m發(fā)生井漏失返，在四次下入復(fù)合橋漿堵漏未成功的情況下，全井降密度至1.80～1.81g/cm3，配密度1.87g/cm3、濃度25%的堵漏橋漿堵漏成功。在后期施工中，在全井混入5%～10% 隨堵材料，通過(guò)分段逐步降低密度，確定了1.81 g/cm3的安全鉆進(jìn)密度和1.84 g/cm3的安全起下鉆密度，使得微小漏失得到了及時(shí)封堵。在垂深3088～3109m，463m產(chǎn)層水平段的鉆進(jìn)過(guò)程中，先后發(fā)生7次井漏事故(4次失返)，多次起鉆或堵漏壓井過(guò)程中高壓層置換氣侵入井筒造成關(guān)井壓力迅速上升，最高關(guān)井套壓達(dá)到25 MPa。經(jīng)過(guò)18次堵漏，32次節(jié)流壓井，共計(jì)漏失鉆井液和水泥漿2315m3，對(duì)其中2個(gè)大裂縫型漏層進(jìn)行了有效處置，將前期油氣上竄速度從215m/h降低到40m/h以內(nèi)，由前期井漏失返到控制漏速在2m3/h并快速完井，確保了井控安全，取得了良好效果，為同區(qū)域其它井的鉆井施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2.4.2 應(yīng)用效果

(1)通過(guò)優(yōu)選鈣鹽預(yù)處理飽和鹽水鉆井液體系，采用控壓鉆井技術(shù)，克服了阿姆河右岸亞速爾哲別油田鹽膏層內(nèi)高壓鹽水層的難題，順利完成了該構(gòu)造后期四口直井的施工任務(wù)。

(2)通過(guò)不斷優(yōu)化高壓破碎性氣層的水平井鉆井技術(shù)，完善堵漏壓井的施工工藝，為該區(qū)域后期五口大斜度井和水平井的施工奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，確保了井控安全，成功完井。

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)實(shí)鉆證明，采用控制壓力鉆井技術(shù)與復(fù)合堵漏技術(shù)相結(jié)合，利用循環(huán)降溫鹽結(jié)晶措施，解決了高壓礦化度鹽水層窄壓力窗口的鉆井難題。

(2)控壓鉆井技術(shù)在阿姆河右岸鹽膏層含高壓鹽水層鉆井施工中的運(yùn)用取得了良好的效果，在處理復(fù)雜氣井方面的運(yùn)用有待進(jìn)一步的實(shí)踐，相關(guān)技術(shù)理論、工藝和設(shè)備有待進(jìn)一步研究。

(3)對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下的高壓氣藏，在處理嚴(yán)重井漏和“漏涌同存”時(shí)的堵漏材料和壓井技術(shù)有待進(jìn)一步的創(chuàng)新和完善，達(dá)到保護(hù)油氣藏，降低鉆井成本的目的。

(4)不斷總結(jié)和優(yōu)化阿姆河右岸復(fù)雜地層鉆井技術(shù)，形成阿姆河右岸區(qū)域鉆井技術(shù)，極大的減少了鉆井施工中井下復(fù)雜和事故的發(fā)生，確保了井控安全，降低了鉆井成本。