旅大25-1區(qū)塊深層復(fù)雜結(jié)構(gòu)井異常壓力下潛山鉆井技術(shù)創(chuàng)新及其應(yīng)用

耿立軍，韓亮，朱玉磊，張?zhí)飕|

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 工程技術(shù)作業(yè)中心（天津 300459）

2.中海油研究總院有限責(zé)任公司（北京 100028）

近幾年,渤海區(qū)塊潛山地層探井的數(shù)量不斷增加，但由于潛山構(gòu)造巖性復(fù)雜，埋藏較深，地層可鉆性差，地層壓力無法預(yù)測且漏、噴、塌等復(fù)雜情況多發(fā)，勘探難度和成本壓力越來越大，嚴(yán)重制約了渤海油田勘探開發(fā)效率[1-2]。旅大25-1 區(qū)塊是渤海油田為數(shù)不多的勘探新區(qū)，也是未來儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)的潛力增長點(diǎn)，但該區(qū)塊勘探上鉆井率低，地層、潛山頂深及巖性認(rèn)識(shí)存在多解性。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為潛山段是正常壓力，但該區(qū)塊A井在潛山段鉆井時(shí)發(fā)生溢流，提高鉆井液密度后又發(fā)生井下漏失，造成上溢下漏的復(fù)雜情況。因此，在異常壓力條件下保證安全鉆探作業(yè)成為了主要難點(diǎn)。

1 潛山鉆井關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)旅大25-1 區(qū)塊異常壓力條件下潛山鉆探難題，制定了一套完善的應(yīng)對(duì)措施：鉆前資料分析、現(xiàn)有技術(shù)調(diào)研、作業(yè)方案制定、鉆后總結(jié)分析、新技術(shù)突破等，圓滿完成了該區(qū)塊勘探任務(wù)，并形成了3個(gè)創(chuàng)新性作業(yè)技術(shù)。

1.1 隨鉆異常壓力雙監(jiān)測技術(shù)

1）隨鉆PreVue 壓力監(jiān)測技術(shù)。利用dc 指數(shù)、sigma指數(shù)、電阻率和聲波時(shí)差等數(shù)據(jù)進(jìn)行多元化分析監(jiān)測，基于dc 指數(shù)經(jīng)驗(yàn)法，PreVue 可實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)井段、不同壓力系統(tǒng)下壓力變化情況，為現(xiàn)場優(yōu)選鉆井液密度提供技術(shù)支持。

2）精細(xì)控壓鉆井設(shè)備監(jiān)測技術(shù)。精細(xì)控壓鉆井是在鉆井過程中，根據(jù)密度窗口，通過調(diào)節(jié)井口回壓，控制整個(gè)井眼環(huán)空壓力體系，實(shí)現(xiàn)不同工況下井底壓力略大于地層壓力，安全快速鉆井的一種工藝[3]。設(shè)備由旋轉(zhuǎn)控制頭、節(jié)流控制撬、質(zhì)量流量計(jì)、回壓泵、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)組成。其中質(zhì)量流量計(jì)安裝在節(jié)流控制撬低壓端，流體經(jīng)過時(shí)，測量內(nèi)部流量管共振頻率計(jì)算振動(dòng)時(shí)間延遲，從而計(jì)算出通過管的質(zhì)量流量，實(shí)時(shí)監(jiān)測返出流量，發(fā)現(xiàn)溢漏異常。

1.2 井場精細(xì)調(diào)控鉆井技術(shù)

1）窄壓力窗口控壓鉆井技術(shù)。通過“井底恒壓+微流量”控壓鉆井技術(shù)，改變節(jié)流閥的開啟程度，針對(duì)異常壓力潛山地層能夠有效降低井底壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)近平衡作業(yè)。通過井口回壓微調(diào)，補(bǔ)償環(huán)空循環(huán)壓耗，使井底壓力在不同工況下始終保持在允許工作窗口內(nèi)。解決由于地層密度窗口窄引起的井漏、井涌等井下復(fù)雜情況、以及含硫地層、壓力不確定高風(fēng)險(xiǎn)勘探井的安全鉆井問題[4-6]。

2）鉆井液精細(xì)調(diào)配技術(shù)。由于在A井潛山作業(yè)過程中發(fā)生溢流，B 井在潛山152.4 mm 井眼作業(yè)時(shí)選擇密度為1.15 g/cm3鉆井液開鉆，同時(shí)備足密度為1.35 g/cm3鉆井液備用，在發(fā)生溢流后直接替入，后續(xù)逐漸將鉆井液密度降至1.32 g/cm3鉆進(jìn)至完鉆。通過井筒溢流精確壓力監(jiān)測技術(shù)，找到平衡鉆井過程中置換至井筒內(nèi)的氣柱上行規(guī)律，考慮多影響因子判斷井筒內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化，進(jìn)行鉆井液密度的微調(diào)整[7-9]。

3）鉆井綜合提速技術(shù)。①鉆井參數(shù)優(yōu)化。中生界潛山地層多為火成巖，研磨性較強(qiáng)可鉆性較差，實(shí)際鉆進(jìn)過程中可根據(jù)底部鉆具及鉆頭的工作狀態(tài)適當(dāng)增加鉆壓及轉(zhuǎn)速來提高潛山地層的機(jī)械鉆速和作業(yè)效率。在滿足環(huán)空返速攜砂的條件下盡量控制泥漿泵排量走下線，較高的鉆進(jìn)排量會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)較高的環(huán)空壓耗，從而增加井底壓力，對(duì)于裂縫發(fā)育的潛山地層較高的井底壓力容易引發(fā)漏失。②井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。A 井152.4 mm 潛山井段上噴下漏，為了保證潛山地層地質(zhì)資料的順利錄取，使用311.15 mm 井段揭開潛山地層，下入244.5 mm 套管封固上部地層，然后用215.9 mm 井眼完成潛山鉆進(jìn)，預(yù)留152.4 mm 井眼。③提效工具的使用。潛山地層鉆井作業(yè)常規(guī)鉆具組合使用的是光鉆桿或馬達(dá)配合鑲齒牙輪鉆頭，由于地層的高抗研磨性，為提高作業(yè)效率，優(yōu)選扭力沖擊器配合忍者齒PDC鉆頭的提效鉆具組合[10-11]。

1.3 異常壓力有效封隔技術(shù)

1）火成巖界面卡取技術(shù)。旅大25-1 區(qū)塊沙河街組異常壓力儲(chǔ)層披覆于中生界潛山頂面，形成混合壓力的儲(chǔ)層共軛體，由于潛山裂縫的發(fā)育，壓力傳導(dǎo)逐漸消失，存在異常壓力封隔層。通過篩選鉆速、扭矩、泵壓、鉆壓等進(jìn)潛山地層敏感的參數(shù)，通過鉆井參數(shù)影響因素綜合計(jì)算法，形成評(píng)價(jià)指數(shù)S=鉆速×扭矩×泵壓/鉆壓，進(jìn)入潛山后S值呈明顯低值（圖1），而漏失段S值呈升高趨勢(shì)，此評(píng)價(jià)指數(shù)可作為潛山漏點(diǎn)判識(shí)的依據(jù)。

圖1 潛山綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

結(jié)合A 井巖性和鉆時(shí)分析，上部井段安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)砂巖為壓力異常段，而底部流紋質(zhì)火山角礫巖為正常壓力段。準(zhǔn)確識(shí)別流紋質(zhì)火山角礫巖層位，是確定異常壓力段中完優(yōu)選位置的關(guān)鍵。通過元素錄井，篩選(Na+K)和(Fe+Mg)元素作為壓力異常封隔的特征指標(biāo)，利用衍射錄井主要礦物增多，次要礦物減少作為輔助指標(biāo)。由不同權(quán)重的綜合計(jì)算法進(jìn)行綜合指數(shù)評(píng)價(jià)，卡準(zhǔn)潛山界面壓力“隔層”，隔離不同壓力系統(tǒng)，避免鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)“上噴下漏”的復(fù)雜情況。

2）巖性微觀屬性分析技術(shù)。A井揭示中生界巖性為安山質(zhì)火山角礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、流紋質(zhì)火山角礫巖，B井發(fā)育流紋質(zhì)火山角礫巖，而C井發(fā)育蝕變英安巖。通過元素錄井及衍射錄井特征參數(shù)篩選，形成了以(Na+K)和(Fe+Mg)元素綜合指數(shù)的識(shí)別圖版，以石英和黏土礦物綜合指數(shù)的衍射識(shí)別圖版（圖2），二者相互補(bǔ)充完善，指導(dǎo)后續(xù)開發(fā)井的巖性識(shí)別。

圖2 LD25-1構(gòu)造潛山元素+衍射數(shù)據(jù)分布圖

3）循環(huán)加壓候凝井技術(shù)。①參數(shù)選取。根據(jù)電測的井徑數(shù)據(jù)來確定緩凝尾漿和速凝尾漿的附加量，保證有效封固，根據(jù)電測的地層溫度選取化驗(yàn)溫度。根據(jù)最終通井到底循環(huán)的排量計(jì)算尾管到位后的最大循環(huán)排量，保證井底當(dāng)量不壓漏地層[12]。②固井措施。隔離液加入纖維作為堵漏材料，降低固井期間的漏失風(fēng)險(xiǎn)；在硅粉水泥中干混水力尖劈堵漏材料，使泥漿具有良好的堵漏能力；水泥漿采用膠乳聚合物體系，提高防氣竄性能；固井期間實(shí)時(shí)監(jiān)測返出情況，觀察是否有漏失發(fā)生。③循環(huán)加壓候凝。固井結(jié)束先不坐封頂部封隔器，對(duì)泥漿進(jìn)行循環(huán)，適當(dāng)提高井底當(dāng)量密度，加壓候凝，確保固井質(zhì)量。階梯型提高循環(huán)排量，逐漸增加井底當(dāng)量密度，在保證壓穩(wěn)油氣的同時(shí)防止過大的井底當(dāng)量壓漏地層。

2 應(yīng)用效果

針對(duì)該區(qū)塊地層特點(diǎn)，形成了一套異常壓力潛山鉆井關(guān)鍵技術(shù)體系，有效解決了復(fù)雜壓力體系下潛山地層的鉆探難題，保證作業(yè)安全，提高作業(yè)效率。旅大25-1 區(qū)塊初步計(jì)算三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量約4 780×104m3，證實(shí)了該區(qū)塊是油質(zhì)輕、產(chǎn)量高、儲(chǔ)量大的優(yōu)質(zhì)油田。本技術(shù)在旅大25-1 區(qū)塊應(yīng)用3 口井，并在周邊旅大19/26區(qū)塊使用3口井，共節(jié)約鉆井工期48 d，費(fèi)用約4 300 萬元，取得了良好的作業(yè)效果。

3 結(jié)論

異常壓力井和潛山井均屬于重難點(diǎn)鉆井作業(yè)，單一情況下就易造成鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)，而旅大25-1區(qū)塊首次在潛山中鉆遇異常壓力，打破了渤海油田潛山的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)?；诋惓毫l件下潛山鉆井技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)、實(shí)用效果好，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了將地質(zhì)認(rèn)識(shí)與鉆井實(shí)施相結(jié)合，核心技術(shù)包括隨鉆異常壓力雙監(jiān)測技術(shù)、井場精細(xì)調(diào)控鉆井技術(shù)、異常壓力有效封隔技術(shù)。該體系一舉攻克渤海油田火成巖存在異常壓力情況下安全鉆井的技術(shù)困難，破解了影響新區(qū)新層位的勘探難題。技術(shù)共應(yīng)用6 口井，實(shí)現(xiàn)了在安全作業(yè)前提下提質(zhì)增效，為渤海油田儲(chǔ)備鉆井新技術(shù)。