土庫曼斯坦阿姆河地區(qū)高壓鹽膏層定向鉆進技術實踐

靳東旭

(川慶國際工程公司,四川成都610051)

阿姆河右岸鉆井區(qū)塊地處土庫曼斯坦東部與烏茲別克斯坦接壤的邊境地區(qū)，開發(fā)目的層為巨厚鹽膏層下的灰?guī)r地層。該地區(qū)上部地層存在淺層氣、水等層位；中上部地層為長段泥巖，灰綠色軟泥巖地層造漿性強，易發(fā)生鉆頭泥包，硬質(zhì)灰色、深灰色泥巖段浸泡時間過長易發(fā)生區(qū)域性嚴重垮塌；中下部地層為巨厚鹽膏層，局部地區(qū)含有透鏡體高壓鹽水層；下部地層為孔隙—裂縫性含硫氣藏，局部地區(qū)具有噴漏同層、窄安全密度窗口的特點，井控風險極高。本文結合在該地區(qū)已取得的成功經(jīng)驗，總結了該地區(qū)的鉆井難點及應對措施。

1 地層特點

土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊的沉積蓋層由侏羅系、白堊系、古近系、新近系組成，目的層為侏羅系上統(tǒng)牛津—卡洛夫階。該區(qū)塊地質(zhì)情況復雜，含多套壓力系統(tǒng)，地表分布有流砂層，上部地層常伴有出水、淺層氣；中上部泥巖段易泥包、垮塌；中下部巨厚鹽膏層易蠕變、縮徑，局部地區(qū)含高壓鹽水層；產(chǎn)層為灰?guī)r地層，儲集類型主要為孔隙—溶洞型，局部構造裂縫相對發(fā)育，為裂縫—孔隙型[1]。

2 主要技術難點

2.1 表層套管下入難度大

表層巖性雜，夾層多，鉆進時表現(xiàn)為憋跳嚴重、鉆時時快時慢，需要反復調(diào)整參數(shù)。使用26″三牙輪鉆頭在非均質(zhì)含夾層的地層中鉆進時，由于憋跳導致的鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)不穩(wěn)定，下部鉆具組合作用在鉆頭上的側(cè)向力使井眼形成一定曲率，加之?508mm套管串剛性強、接觸地層比表面積大，即使采用三個穩(wěn)定器的鉆具組合采取劃眼通井到井底的方式，也難以順利下至預定井深。

2.2 泥巖段易泥包鉆頭、易垮塌

軟泥巖地層有較強的造漿性，在鉆井過程中的短程起下鉆時鉆頭、穩(wěn)定器對井壁的拉刮極易造成泥包。常常進行一次短程起下鉆后繼續(xù)鉆進時鉆時明顯變慢，則正是由于鉆頭發(fā)生了嚴重泥包所引起的。

脆性的硬質(zhì)灰色、深灰色泥巖段常常發(fā)生嚴重垮塌。井壁失穩(wěn)是力學和化學共同作用的結果[2]，力學上表現(xiàn)為井內(nèi)液柱壓力低于地層坍塌壓力時井壁周圍巖石受應力發(fā)生剪切破壞；化學上表現(xiàn)為鉆井液長時間浸泡地層時與泥巖發(fā)生水化膨脹，引起垮塌。

2.3 鉆井液性能要求高

泥巖段長、井眼尺寸大，存在鉆屑分散造漿、鉆頭泥包、井壁失穩(wěn)、攜砂效果差等一系列難題，鉆井液必須具有強包被、強抑制防塌性能；基末利階鹽膏層，易出現(xiàn)鹽析結晶、石膏縮徑，鉆井液必須要有抗鹽析、抗鈣侵的能力；螺桿動力鉆具在水平井、大斜度井的廣泛使用又對鉆井液提出更高的要求，必須嚴格控制鉆井液中劣質(zhì)固相和優(yōu)良的潤滑性；固井時鉆井液與水泥漿的交叉污染會引起接觸污染稠化、頂替效率差，導致固井質(zhì)量差、鉆井液的污染難以處理等復雜問題。

2.4 定向井鹽膏層造斜井段軌跡控制難、易卡鉆

巨厚鹽膏層段是水平井及大斜度井的軌跡控制的關鍵井段。定向增斜段往往選擇在鹽層進行，且選擇有利于穩(wěn)定工具面的牙輪鉆頭[3]。下鹽層中常常夾有硬石膏層且難以精準預測夾石膏層的厚度，當使用三牙輪鉆頭穿過硬石膏夾層時，定向、復合鉆進均進展慢、增斜效果差，也不利于軌跡的控制。部分鹽膏層地層壓力高、高壓水活躍的地區(qū)限制了螺桿動力鉆具的使用，為軌跡控制帶來較大難度。

鹽膏層易蠕變、縮徑的特點，使其成為卡鉆的高發(fā)井段[4]。定向井為實現(xiàn)軌跡著陸靶區(qū)，在地層異常時需要使用螺桿+尾部穩(wěn)定器調(diào)整井眼軌跡以及螺桿使用受限時使用常規(guī)穩(wěn)定器穩(wěn)斜組合實現(xiàn)穩(wěn)斜效果，不得不使用穩(wěn)定器，而往往使用穩(wěn)定器后鉆進扭矩大，這就進一步增加了卡鉆、鉆具疲勞事故的風險。

2.5 環(huán)空帶壓

下入的套管串的氣密性，固井水泥與套管、地層的膠結質(zhì)量決定著井筒的完整性。水泥漿中存在的大量Ca2+易對鉆井液產(chǎn)生鈣侵，水泥水化反應產(chǎn)生的Fe3+、Al3+可與鉆井液中的多種聚合物類處理劑交聯(lián)成凝膠，凝膠的形成加之處理劑對水泥顆粒的吸附架橋，造成水泥漿體多級絮凝網(wǎng)架結構加強、流動性急劇降低[5]，使得水泥漿在頂替的過程中對鉆井液的驅(qū)替效果差，加之鉆井液性能較差、頂替排量低時，極易發(fā)生“竄槽”，最終形成地層流體的通道；同時，水泥漿在頂替到位后候凝過程中由液態(tài)—膠凝態(tài)轉(zhuǎn)變時發(fā)生“失重”，導致液柱壓力降低，不足以平衡地層流體壓力，引發(fā)地層流體上竄形成通道也會造成環(huán)空帶壓。

3 應對措施

3.1 表層鉆進優(yōu)化鉆具組合

由于?508mm套管串剛性強，因此下入時對井身質(zhì)量要求較高。鐘擺鉆具組合特點在于糾斜，而滿眼組合更有利于防斜。一開鉆進采取剛性強的滿眼鉆具組合，下部鉆具結構：?660.4mm鉆頭+雙母浮閥+穩(wěn)定器+9″鉆鋌1根+穩(wěn)定器+9″鉆鋌1根+穩(wěn)定器，低鉆壓、低轉(zhuǎn)速進入疏松地層并逐步加大排量保證攜砂，保證井眼通暢，下套管前采取原鉆具組合中三個扶正器各向上移一根鉆鋌的組合，由鉆頭進入地層后全程以劃眼的方式通井到底，確保井壁得到修復，再進行一次起下鉆驗證，確保井眼通暢、井底無沉砂時，保證套管一次性下至預定井深。

3.2 長泥巖段的防泥包及防垮

上部地層鉆進井眼尺寸大，對鉆機設備要求高，做好設備維護。鉆進過程中強化參數(shù)，特別是機泵能力，盡可能使用5-1/2″鉆桿以保證排量；減少起下鉆頻次減少鉆具對井壁的擾動，遇阻時不強拉硬拔；選取有防泥包特點的PDC鉆頭；送鉆精心，提高行程鉆速，減少裸露井壁在鉆井液中的浸泡時間；優(yōu)化鉆井液性能，形成致密優(yōu)質(zhì)泥餅。可以大大降低上部泥巖段地層的鉆頭泥包、卡鉆、地層垮塌的風險。

3.3 鉆井液精細化維護

中上部泥巖段通過強化包被、強化抑制，抑制巖屑造漿，有效防止鉆頭泥包；加入封堵劑控制失水，加入防塌劑，防止井壁垮塌。鉆井液的維護主要以降失水和防塌、防阻卡為主，膠液中大、小分子聚合物復配，輔助加入瀝青類防塌劑作為補充，強化其抑制性、封堵性。加入少量三磺材料，使體系具有一定的分散性能。

鹽膏層段強化鉆井液的抗鹽、抗鈣污染能力，混入2%～3%乳化過的廢機油或柴油，以保持其具有優(yōu)良的潤滑能力，確保達到定向滑動鉆進要求。

產(chǎn)層段強化鉆井液的降濾失、強封堵能力，控制有效失水，防止虛厚泥餅的形成，避免定向滑動鉆進托壓、鉆具靜止時粘附。

3.4 定向段井眼軌跡控制方法

針對每口井的工程設計，定向段軌跡在不同層位的分布情況。結合已鉆鄰井資料分析，優(yōu)化軌跡，制定不同方案，當鉆遇異常地層時，做到有的放矢。造斜率確定的首要原則應以保證軌跡平滑，盡快保證增斜到設計最大值，避免使用尾扶穩(wěn)斜的方式鉆進以及反復調(diào)整鉆具結構，降低鹽膏層劃眼時的鉆具疲勞事故風險。鹽層中以定向鉆進為主，石膏層采取復合鉆進為主的方式。同時，選用使用成熟的PDC鉆頭，達到理想的井斜控制效果。

3.5 提高固井質(zhì)量保證井筒完整性

保證井筒的完整性，套管內(nèi)首先要保證入井的套管串的密封性。①入井套管絲扣清潔且涂抹均勻的套管密封脂，上扣扭矩嚴格執(zhí)行標準，才能確保固井后套管的承壓能力。②下套管時，根據(jù)軌跡特點在套管串中加足各類型的扶正器，彈性扶正器和剛性扶正器搭配使用。③注水泥施工保證穩(wěn)定的大排量確保紊流頂替效果。④摸索鉆井液與水泥接觸污染實驗。確保鉆井液具有較強的抗水泥污染能力及良好的流動性，使用前置液或先導漿沖刷稀釋套管外壁、井壁上粘稠的鉆井液或泥餅，避免接觸混合形成流動性差的混漿滯留于第Ⅰ、Ⅱ膠結面不能有效膠結，為地層流體上竄形成通道。⑤探索使用顆粒段塞的鉆井液沖刷、清洗井壁。⑥防止水泥漿在凝結的過程中發(fā)生“失重”引起液柱壓力降低，地層流體上竄，可采取微膨脹多凝水泥漿體系、憋壓候凝等工藝。

4 結論與建議

（1）結合表層下入大尺寸套管難的特點，從鉆柱力學角度出發(fā)，提出了有利于保證表層井身質(zhì)量的鉆具結構及通井措施。

（2）結合現(xiàn)場取得的經(jīng)驗，總結了泥巖段防垮措施，通過快速鉆過易垮塌層的方式，減少鉆井液浸泡井壁時間，提出了鉆井液在防止垮塌方面維護處理及起下鉆防垮措施。

（3）鹽膏層是軌跡控制的關鍵，結合已鉆鄰井地質(zhì)資料優(yōu)化軌跡設計方案，盡可能避免反復改變鉆具結構來達到軌跡控制目的，減少井下鉆具事故的發(fā)生。

（4）從套管串密閉性、固井頂替、防竄水泥漿體系方面提出了提高井筒完整性的解決方案。