控壓放水技術(shù)在KES9-2井的應(yīng)用

李學(xué)武，楊云鵬，杜彥君，盧宗武，王波

中國石油塔里木油田分公司 安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心（新疆 庫爾勒 841000）

塔里木油田庫車山前構(gòu)造蘊(yùn)含豐富的天然氣資源,是塔里木油田主力產(chǎn)區(qū)，但其地質(zhì)條件復(fù)雜,存在巨厚鹽膏層,普遍發(fā)育超高壓鹽水層且層間夾雜薄泥巖層[1-3]。鹽膏層具有吸水膨脹的特點(diǎn)，鉆進(jìn)時(shí)容易出現(xiàn)井眼縮徑、井壁坍塌、鉆井液受污染、井下卡鉆等問題[4],超高壓鹽水層且層間夾雜薄泥巖層使得地層壓力體系異常復(fù)雜，安全密度窗口窄,易發(fā)生漏失、竄槽、溢流甚至溢流同層等復(fù)雜情況[5]。鹽膏層鉆井過程中，若鉆井液密度過低，井底壓力不足以平衡地層壓力，高壓鹽水就會(huì)溢流侵入井筒，并破壞鉆井液性能，引發(fā)井壁跨塌、沉砂卡鉆、結(jié)晶堵塞等一系列鉆井事故；若鉆井液密度過高，又會(huì)壓漏地層，造成鉆井液漏失，增加處理難度，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起井眼報(bào)廢。因此，如何平衡溢流與漏失是鹽間高壓鹽水層鉆井的關(guān)鍵。近年來控壓放水工藝技術(shù)就能很好地解決溢流與漏失的問題，該技術(shù)通過適當(dāng)排出高壓鹽水層鹽水，達(dá)到降低鹽水層壓力的目地，從而擴(kuò)大井眼的安全密度窗口，降低鉆井時(shí)由溢流或井漏所引起的風(fēng)險(xiǎn)[6-8]。

1 KES9-2井概況

KES9-2 井位于塔里木庫車山前庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶。設(shè)計(jì)完鉆井深7 626 m，三開中完井深6 749 m。四開進(jìn)入庫姆格列木群，該段地層巖性以泥巖、石膏、鹽巖、砂巖、含鹽膏泥巖等為主，由上至下分為4段，分別為：泥巖段、膏鹽巖段、白云巖段、膏泥巖段，易發(fā)生阻卡、縮徑、井漏、溢流等工程復(fù)雜。四開鉆進(jìn)至6 898.21 m 發(fā)生溢流，壓井后采用控壓放水、節(jié)流循環(huán)排污方式釋放地層壓力，經(jīng)過41次放水，累計(jì)放水1 717.5 m3，按油水比折算放鹽水。

2 溢流壓井過程

2.1 溢流過程

KES9-2 井四開鉆進(jìn)至6 898.21 m 發(fā)生頂驅(qū)憋停，所鉆層位為E1-2，巖性為含鹽泥巖、含膏泥巖，使用的鉆井液密度為2.50 g/cm3。憋停后進(jìn)行上提劃眼作業(yè)，劃眼過程中扭矩波動(dòng)大，劃眼至井深6 890 m 發(fā)現(xiàn)溢流0.8 m3，立即關(guān)井，關(guān)井時(shí)立壓7.5 MPa、套壓12.5 MPa。關(guān)井觀察立壓、套壓發(fā)生變化，期間立壓由7.5 MPa下降為4.6 MPa，后又上升至5.9 MPa；套壓由12.8 MPa 下降至12.6 MPa 后又上升至13.1 MPa。

2.2 壓井過程

1）第一次節(jié)流循環(huán)壓井情況。溢流關(guān)井后，地面配制好密度為2.55 g/cm3壓井液后節(jié)流循環(huán)壓井，累計(jì)泵入壓井鉆井液186.5 m3，漏失12 m3,出口泥漿密度由2.50 g/cm3下降至2.38 g/cm3，關(guān)井后立壓6.8 MPa、套壓19.5 MPa。循環(huán)壓井過程中發(fā)生溢流同層的復(fù)雜情況，節(jié)流循環(huán)壓井過程中由于壓裂泥巖圈閉的存在，井底高壓鹽水繼續(xù)對(duì)泥巖圈閉進(jìn)行充裝，同時(shí)由于節(jié)流壓力控制波動(dòng)圈閉間斷回吐鹽水，造成鹽水上竄，環(huán)空鉆井液密度降低，壓井失敗。

2）第二次正反擠壓井情況。反擠施工：通過環(huán)空向井內(nèi)注入鉆井液，控制施工泵壓在24 MPa，并保持壓井施工排量大于1m3/min，泵入密度2.55 g/cm3油基鉆井液150 m3，密度2.60 g/cm3油基鉆井液80 m3關(guān)井。關(guān)井后，測(cè)得立壓8.4 MPa，套壓8.1 MPa。

正擠施工：考慮到后期放水作業(yè)，需起鉆至套管鞋以內(nèi)，由于井下浮閥失效，無法起鉆，故在水眼內(nèi)擠入重漿以壓穩(wěn)水眼起鉆。通過水眼注入密度2.70 g/cm3的壓井液68 m3，停泵放回水，靜止觀察(套壓由9.2 MPa 下降至8.2 MPa，立壓為0 )，起鉆至井深6 697 m（套管鞋位置6 749 m），更換浮閥后全井替入密度2.6 g/cm3鉆井液后帶浮閥下鉆至6 747.96 m（套管鞋位置6 749 m）后轉(zhuǎn)入控壓放水流程。

2.3 溢流壓井分析

1）立壓、套壓出現(xiàn)下降后升高的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)分析存在鹽間薄弱層，高壓鹽水的壓力將該層壓開產(chǎn)生裂縫，同時(shí)不斷充填鹽水，裂縫延伸到一定程度后停止延伸。裂縫延伸過程中，井底壓力下降，隨著高壓鹽水的繼續(xù)充填，形成了一個(gè)圈閉空間（立壓由4.8 MPa上升至5.9 MPa）。

2）節(jié)流循環(huán)壓井過程中由于壓裂泥巖圈閉存在（鉆頭在井底），井底高壓鹽水繼續(xù)對(duì)泥巖圈閉進(jìn)行充裝，同時(shí)由于節(jié)流壓力控制波動(dòng)圈閉間斷回吐鹽水，造成鹽水上竄，環(huán)空泥漿密度降低，壓井失敗。

3）根據(jù)鉆井液當(dāng)量密度計(jì)算公式（1），溢流后首次關(guān)井立壓（關(guān)井立壓7.5 MPa），計(jì)算高壓鹽水層鹽水壓力當(dāng)量密度為2.61 g/cm3。根據(jù)關(guān)井立管壓力波動(dòng)情況分析，認(rèn)為井底高壓鹽水層壓力作用在上部（6 830~6 854 m）鹽間泥巖透鏡體上，造成泥巖透鏡體壓裂形成圈閉空間，高壓鹽水充裝泥巖透鏡體圈閉，泥巖透鏡體壓裂后閉合壓力系數(shù)為2.57。溢流后前期節(jié)流循環(huán)、反擠壓井后（立壓8.4 MPa、套壓8.1 MPa），鹽水層可能形成圈閉壓力，圈閉壓力當(dāng)量密度為2.67 g/cm3。

式中：P為關(guān)井立壓，MPa；ρ1為溢流時(shí)鉆井液密度，g/cm3；h為井深，m。

3 控壓放水過程

3.1 控壓放水可行性分析

KES905 井鉆進(jìn)至6 975.28 m，層位為庫姆格列木群鉆遇高壓鹽水層，發(fā)生溢流，后期經(jīng)過15 次控壓放水189.7 m3，地層壓力當(dāng)量密度由2.58 g/cm3下降至2.4 g/cm3，地層壓力降低約11 MPa，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。KES9-2井四開鉆進(jìn)至6 898.21 m，庫姆格列木群發(fā)生溢漏同層復(fù)雜事故，分析認(rèn)為與KES905 井鉆遇高壓鹽水層是同一層位。井底高壓鹽水層壓力作用在上部（6 830~6 854 m）鹽間泥巖透鏡體上，造成泥巖透鏡體壓裂形成圈閉空間，高壓鹽水充裝泥巖透鏡體圈閉。參考鄰井控壓放水成功降低高壓鹽水層地層壓力先例，認(rèn)為KES9-2 井控壓放水具有可行性。

3.2 技術(shù)方案

1）全井鉆井液密度調(diào)整至2.56 g/cm3后，停泵關(guān)井記錄立套壓。

2）采用停泵調(diào)節(jié)節(jié)流閥放水方式：從放5 m3進(jìn)行嘗試，根據(jù)盧俊安等關(guān)于高壓鹽水對(duì)油基鉆井液污染效果的研究[9]，一次放水量不應(yīng)超過環(huán)空總?cè)莘e的25%，即不超過20 m3，每放5 m3關(guān)井求壓一次，套壓不得超過10 MPa，否則停止放水作業(yè)，進(jìn)行控壓循環(huán)排污、調(diào)整鉆井液。

3）在鉆井液密度2.56 g/cm3條件下，滿足以下3個(gè)條件之一者即可進(jìn)行降低鉆井液密度至2.50 g/cm3作業(yè)：出口敞放，出水量小于0.5 m3/h；節(jié)流閥全開，用排量10 L/s循環(huán)發(fā)生井漏，在不灌漿的情況下進(jìn)行短起1 000 m，出水量不超過5 m3。

4）通過節(jié)流閥逐步調(diào)節(jié)套壓，保證液面穩(wěn)定或微漏，確保地層不出水的情況下降鉆井液密度至2.50 g/cm3。降低密度后，出入口密度一致，停泵觀察出口流量，關(guān)井并記錄套壓。與密度2.56 g/cm3時(shí)關(guān)井套壓對(duì)比，關(guān)井套壓低于所降當(dāng)量密度對(duì)應(yīng)的壓力4.6 MPa，則進(jìn)行放水泄壓。否則需再研究下步措施。

5）在鉆井液密度2.46 g/cm3條件下，敞放出水速度小于0.5 m3/h 時(shí)，下鉆通井到底，控壓循環(huán)排污、調(diào)整泥漿后，停泵觀察出口或關(guān)井求壓（折算當(dāng)量密度）。若當(dāng)量密度小于2.5 g/cm3，提高鉆井液密度至2.50 g/cm3恢復(fù)鉆井作業(yè)。

3.3 控壓放水過程

KES9-2 井從2018 年4 月27 日開始控壓放水，至2018 年6 月7 日共放水41 次，累計(jì)放水1 718.1 m3。其中4 月27 日至5 月6 日（放水10 次），采用全開節(jié)流閥分多次放水，后期采用調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度的方式控壓放水。部分控壓放水?dāng)?shù)據(jù)見表1。

表1 2018年KES9-2井控壓放水部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4 月27 日至5 月6 日全開節(jié)流閥分多次的方式放水，混漿量較大，無純鹽水返出；后期一次放水，與前期多次放水相比，混漿量相對(duì)減少，有純鹽水放出，如圖1所示。

圖1 控壓放水出口處純鹽水

在油基鉆井液環(huán)境下鹽水無法附著管壁造成鹽結(jié)晶，出口鹽結(jié)晶呈圓形顆粒分散狀（圖2），不會(huì)發(fā)生鹽結(jié)晶堵塞環(huán)空和節(jié)流通道的現(xiàn)象。

圖2 控壓放水鹽水結(jié)晶

全開節(jié)流閥放水過程套壓下降至0，節(jié)流循環(huán)排污過程發(fā)生環(huán)空憋堵現(xiàn)象，活動(dòng)鉆具后環(huán)空通暢，出口返出大量紅褐色硬脆性泥巖碎屑（圖3）。

圖3 返出紅褐色硬脆性泥巖碎屑

3.4 控壓放水結(jié)果

放水量0~238.8 m3，通過環(huán)空加權(quán)密度折算地層壓力有明顯下降的趨勢(shì)；238.8~1 718.1 m3,地層壓力沒有明顯下降趨勢(shì)，如圖4所示。

圖4 放水當(dāng)量密度變化情況

4 結(jié)論

1）控壓放水量0~238.8 m3，通過環(huán)空加權(quán)密度折算地層壓力有明顯下降的趨勢(shì)?？貕悍潘塾?jì)238.8~1 718.1 m3，折算地層壓力沒有明顯下降趨勢(shì)。結(jié)合地震資料分析認(rèn)為，KES9-2井位于克深9構(gòu)造高點(diǎn)，高壓鹽水圈閉鹽水量為12.8×104m3，因此，鹽水量大是造成該井控壓放水效果差的主要原因。

2）全開節(jié)流閥放水過程立壓下降至0，放水過程中環(huán)空水柱高度增加，作用在井底的壓力降低，導(dǎo)致鹽層蠕變擠壓鹽間泥巖破碎。井壁坍塌產(chǎn)生的掉塊、碎屑易堵塞環(huán)空流道，同時(shí)返出的巖屑易造成節(jié)流管匯蹩堵。為防止掉塊、碎屑堵塞流動(dòng)通道甚至卡鉆，放水過程中應(yīng)當(dāng)控制節(jié)流閥開度，保證立壓值，使得井底壓力可以支撐井壁。

3）集中放水排污，在油基泥漿環(huán)境下鹽水無法附著管壁，造成鹽結(jié)晶生長，鹽結(jié)晶呈圓形顆粒分散狀，被混漿或鹽水?dāng)y帶出環(huán)空?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中配合每3 天活動(dòng)1 次鉆具，保證不會(huì)發(fā)生鹽結(jié)晶堵塞環(huán)空和節(jié)流通道。

4）放水量應(yīng)控制在環(huán)空總?cè)莘e的25%以內(nèi)，同時(shí)控壓控速，循環(huán)過程中采用大排量，可有效減少混漿量。