深水鉆井窄密度窗口作業(yè)難點(diǎn)分析與對(duì)策

徐 文

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)海南公司，海南 ?？?570100）

1 深水窄密度窗口的相關(guān)概念

針對(duì)我國(guó)鉆井裝備能力及鉆井技術(shù)水平，常規(guī)水深通常指水深500 m 以?xún)?nèi)，水深500～1 500 m 稱(chēng)為深水，水深大于1 500 m 則稱(chēng)為超深水。

在深水鉆井作業(yè)過(guò)程中，受水深的影響，深水地層上覆壓力低，地層破裂壓力梯度降低，地層孔隙壓力與破裂壓力之間的窗口逐漸變小，給鉆井工程帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。

2 南海某氣田超深水窄密度窗口概況

南海某深水井井位水深1 455 m，海底溫度3～4℃，采用某深水鉆井平臺(tái)鉆探。下面以該井為例進(jìn)行說(shuō)明，孔隙壓力在2 700 m 前為正常壓力系數(shù)1.00～1.03 g/cm3，進(jìn)入目的層前壓力系數(shù)逐漸抬升至1.26 sg，目的層壓力系數(shù)為1.26～1.30 sg，鉆穿峽谷后壓力系數(shù)為1.37 sg 以上，該井鉆井作業(yè)密度窗口極窄。

3 南海某氣田深水窄密度窗口的主要對(duì)策

3.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，各井段均分壓力窗口，下入16＂非常規(guī)套管，擴(kuò)大密度窗口，確保各井段作業(yè)順利。

優(yōu)化后，各井段窗口：17.5*20＂井段泥漿密度1.12 g/cm3，地層漏失壓力1.21 sg，靜態(tài)作業(yè)窗口0.09 sg；14.75*17.5＂井段泥漿密度1.24 g/cm3，地層漏失壓力1.31 sg，靜態(tài)作業(yè)窗口0.07 sg；12.25＂井段泥漿密度1.37 g/cm3，地層漏失壓力1.45 sg，靜態(tài)作業(yè)窗口0.08 sg。

3.2 隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)

在超深水鉆井中，由于密度窗口十分窄，所需的套管柱層數(shù)，通常比有著相同鉆進(jìn)深度的淺水區(qū)域的井或陸上的井多，而隨鉆擴(kuò)眼器的使用可以盡可能地滿(mǎn)足多層次套管的選擇。

隨鉆擴(kuò)眼器按照打開(kāi)方式可分為兩種：液壓打開(kāi)、投球打開(kāi)，可滿(mǎn)足各尺寸井段作業(yè)要求，本次作業(yè)采用17-1/2＂擴(kuò)眼成20＂、14-3/4＂擴(kuò)眼成17-1/2＂方式，實(shí)現(xiàn)增加下入16＂套管措施，并增大環(huán)空間隙，保證固井質(zhì)量，降低下套管壓力激動(dòng)。

3.3 隨鉆壓力監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)技術(shù)

鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)的LWD 測(cè)井（電阻率、聲波等）數(shù)據(jù)，結(jié)合鄰井資料及現(xiàn)場(chǎng)其他信息，計(jì)算出一個(gè)較準(zhǔn)確的地層壓力，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警，從而作業(yè)過(guò)程中一定程度地避免井涌，延伸套管鞋深度，減少套管數(shù)目，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。

隨鉆壓力監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例：南海某深水井鉆17-1/2 ″井眼至2 677 m 處，隨鉆地層壓力預(yù)測(cè)模型顯示壓力有上漲趨勢(shì)，起鉆，擴(kuò)眼至17-1/2 ″ X20 ″，下入16″應(yīng)急套管。

目前隨鉆壓力監(jiān)測(cè)的精度已達(dá)到較高水平，與電纜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相對(duì)誤差在3%以?xún)?nèi)，如表1所示。

表1 某井隨鉆監(jiān)測(cè)與電纜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比表

3.4 隨鉆地震技術(shù)

深水井鉆井作業(yè)中密度窗口窄，經(jīng)常采用隨鉆地震工具，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)下部異常壓力地層，實(shí)時(shí)更新地層層位劃分，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 隨鉆地震實(shí)時(shí)內(nèi)存波形

以某口井為例對(duì)隨鉆地震技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明，如表2所示。

表2 隨鉆地震內(nèi)存校驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2 可知，鉆前模型預(yù)測(cè)層位T8 在5 030 m，隨鉆地震內(nèi)存數(shù)據(jù)更新后的強(qiáng)反射層T8在海拔垂深4 990.6 m。

3.5 ECD控制技術(shù)

ECD 控制，按過(guò)程劃分為鉆進(jìn)過(guò)程中ECD 控制及固井過(guò)程中ECD 控制。

鉆進(jìn)過(guò)程中ECD 控制主要通過(guò)控制機(jī)械鉆速及排量來(lái)實(shí)現(xiàn)，鉆前模擬預(yù)測(cè)出ECD 曲線(xiàn)，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中隨鉆錄井工具可提供實(shí)時(shí)ECD 數(shù)據(jù)，以便及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)。

固井作業(yè)前須通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)固井作業(yè)進(jìn)行模擬，計(jì)算出作業(yè)過(guò)程中最大ECD，確認(rèn)各處ECD 小于地層漏失壓力，確保設(shè)計(jì)滿(mǎn)足固井施工安全。

3.6 鉆井參數(shù)精確監(jiān)測(cè)技術(shù)

深水井壓力窗口窄，對(duì)于井下事故應(yīng)早發(fā)現(xiàn)、早處理，避免問(wèn)題擴(kuò)大，降低風(fēng)險(xiǎn)和損失。下面介紹三種比較精確的參數(shù)監(jiān)測(cè)手段。

3.6.1 泥漿池體積精確監(jiān)測(cè)方法

深水泥漿池采用雙傳感器監(jiān)測(cè)，安裝在泥漿池的兩個(gè)對(duì)角，補(bǔ)償鉆井平臺(tái)搖擺帶來(lái)的影響。

3.6.2 EKD早期井涌、井漏預(yù)報(bào)系統(tǒng)

通過(guò)在返出管線(xiàn)安裝精度極高的質(zhì)量流量傳感器對(duì)鉆井液返出流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，再與泵入鉆井液對(duì)比得出差值；如果差值超出設(shè)定門(mén)檻值則發(fā)出警報(bào)；將井涌、井漏扼殺在預(yù)警初期階段，如圖2，3所示。

圖2 EKD結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 EKD工作原理圖

三種警報(bào)：紅色、橙色、綠色；紅色警報(bào)：提醒司鉆需進(jìn)入關(guān)井程序；橙色警報(bào)：需立即進(jìn)行溢流檢查；綠色警報(bào)：正常返出量。

3.6.3 geoNEXT回流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

geoNEXT 泥漿回流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Flow back）可以實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)每次停泵泥漿回流量；在泥漿溢流檢查時(shí)也可以用此軟件監(jiān)測(cè)。

3.7 提高地層承壓能力措施

由于較大部分上覆地層被海水替代，上覆壓力大幅較低，深水地層強(qiáng)度較低，作業(yè)時(shí)需考慮采取措施，提高地層承壓能力保障作業(yè)安全。

目前通常采用的是根據(jù)地層滲透率篩選鉆井液中的封堵材料，提高井壁周?chē)某袎耗芰?，本井滲透率主要集中在128～256 mD。

由表3可知，對(duì)兩種鉆井液樣品在人造巖心上進(jìn)行承壓試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，添加復(fù)配顆粒封堵后，在靜壓600 psi 時(shí)發(fā)生漏失，相對(duì)原鉆井液可提高地層承壓能力300 psi。

表3 鉆井液封堵材料復(fù)配篩選表

3.8 連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)

在鉆井過(guò)程接立柱或起下鉆作業(yè)中鉆柱上卸扣時(shí)，保持井內(nèi)泥漿（循環(huán)介質(zhì)）正常循環(huán)的技術(shù)稱(chēng)連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)。

系統(tǒng)的主要功用：

（1）保持連續(xù)循環(huán)狀態(tài)；

（2）保持穩(wěn)定的井眼壓力；

（3）預(yù)防呼吸效應(yīng)；

（4）保持井壁穩(wěn)定和良好的井眼清洗效果；

（5）降低垮卡漏噴等復(fù)雜情況的風(fēng)險(xiǎn)。

3.9 低密高強(qiáng)固井液體系

由于深水密度窗口較窄，并且海底低溫，對(duì)于固井液也提出了不同于淺水的要求，需要具備低密度、高強(qiáng)度、低溫早強(qiáng)的技術(shù)特點(diǎn)。

目前國(guó)際上通常采用的深水固井液體系主要有兩種：固體減輕劑體系和液體減輕劑體系，兩種體系各有優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)表4。

表4 固井液體系對(duì)比表

從操作簡(jiǎn)便的角度，如果兩種體系都滿(mǎn)足要求，一般取用液體減輕劑體系。

3.10 國(guó)際其他技術(shù)措施

針對(duì)深水窄密度窗口安全鉆井問(wèn)題，目前國(guó)際上還有以下技術(shù)措施：

（1）雙梯度鉆井技術(shù)；

（2）控壓鉆井技術(shù)；

（3）膨脹管技術(shù)；

（4）泡沫水泥漿體系。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）深水鉆井密度窗口小，對(duì)與之相適應(yīng)的工藝、手段和技術(shù)等條件限制較多，開(kāi)展深水窄密度窗口鉆井應(yīng)用技術(shù)研究至關(guān)重要。

2）優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、采用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)擴(kuò)大安全窗口、加強(qiáng)地層壓力監(jiān)測(cè)/預(yù)測(cè)、做好ECD 控制、精確監(jiān)測(cè)鉆井參數(shù)、提高地層承壓能力措施，以及低密高強(qiáng)固井液體系是解決深水窄密度窗口鉆井問(wèn)題、改善深水窄密度窗口鉆井作業(yè)環(huán)境的最佳方案。

3）隨鉆地震技術(shù)、連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)是適用于深水窄密度窗口安全鉆井的有效解決方案。

4）南海已完成多口深水窄密度窗口井鉆井作業(yè)，通過(guò)多種措施綜合應(yīng)用，保證了鉆井作業(yè)的安全、順利進(jìn)行，以上措施在深水窄密度窗口鉆井作業(yè)中發(fā)揮了良好的作用，具有推廣意義。