伊拉克Missan油田BU區(qū)塊鉆遇鹽膏層超高壓流體圈閉的鉆井技術(shù)探討

蘇振

中海油服一體化和新能源事業(yè)部 天津 300450

鹽膏層鉆井是鉆井工程重大技術(shù)難題之一，而伊拉克Missan油田800米復(fù)合鹽膏層含高壓鹽水層，使油田內(nèi)鹽膏層鉆井工藝較為復(fù)雜。近年來，針對該油田鹽膏層段鉆井形成了特有的全過程ECD控制技術(shù)、雙扶正器鉆具組合鉆鹽膏層技術(shù)、錄井精準(zhǔn)卡層技術(shù)、鹽膏層段雙壓穩(wěn)固井技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，成功解決了該區(qū)塊復(fù)合鹽膏層鉆井中的一系列難關(guān)。但隨著鉆井?dāng)?shù)量的增多，在鹽膏層井段作業(yè)中又出現(xiàn)了不少新問題，其中BU區(qū)塊某井?311.2cm井段在鹽膏層段鉆遇了超高壓流體圈閉，處理過程極為艱難。本文就該井在鉆遇鹽膏層內(nèi)超高壓流體圈閉作業(yè)中，所遇到的井下復(fù)雜情況及制定的應(yīng)對措施進(jìn)行分析總結(jié)，提出了針對此類井況的處置方案，以供廣大鉆井工作者參考。

1 技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 井下復(fù)雜情況簡介

本井位于伊拉克Missan油田BU區(qū)塊，處于地質(zhì)構(gòu)造高點(diǎn)位置，受該區(qū)塊斷層擠壓影響，鹽膏層內(nèi)存在超高壓流體圈閉。采用設(shè)計(jì)鹽膏層鉆井液密度2.27g/cm3鉆開后，在2533.91m鉆遇高壓圈閉，圈閉內(nèi)流體（高壓氣體和鹽水）迅速侵入井筒，連續(xù)監(jiān)測返出鉆井液密度由2.28 g/cm3最低降至1.91g/cm3，5分鐘泥漿池上漲1m3，迅速關(guān)井后顯示立壓270psi，套壓1230psi。用密度為2.35g/cm3鉆井液（接近地層破裂壓力梯度）壓井成功后小參數(shù)繼續(xù)鉆進(jìn)，發(fā)生井漏，漏失后鉆井液液柱壓力降低，再次引發(fā)溢流，形成上噴下漏，噴漏同層的井下復(fù)雜情況，在處理過程中先后經(jīng)歷多次的壓井、鉆進(jìn)、漏失、井涌、再次壓井，現(xiàn)場作業(yè)一度陷入這種惡性循環(huán)，導(dǎo)致下步作業(yè)舉步維艱。本井四開鹽膏層段的作業(yè)時(shí)間長達(dá)65.25天，遠(yuǎn)高于油田內(nèi)同類型井平均的23天。

1.2 技術(shù)難點(diǎn)分析

1.2.1 地層壓力預(yù)測與鉆進(jìn)實(shí)時(shí)監(jiān)控困難

Missan油田鹽膏層埋深在2100～2900m，以泥頁巖和石膏互層為主，期間夾雜厚薄不均且純度不一的鹽巖，非均質(zhì)性重，加之部分區(qū)塊靠近伊朗高原擠壓嚴(yán)重，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，超高壓流體圈閉呈薄體小塊透鏡狀夾與互層之間，在鉆前地層壓力預(yù)測時(shí)很難發(fā)現(xiàn)。由于埋藏較深、地層多變，鹽膏層高壓低滲等，又造成了鉆遇前及剛鉆遇時(shí)的監(jiān)控困難。

1.2.2 鉆遇超高壓圈閉時(shí)的井眼安全問題

Missan油田鹽膏層預(yù)測壓力系數(shù)為2.20～2.24，超高壓流體圈閉壓力系數(shù)最高可達(dá)2.33～2.40，一旦鉆遇，將會導(dǎo)致高壓氣、鹽水迅速侵入井筒，發(fā)生井涌，誘發(fā)井噴。壓井后，鉆井液密度接近地層破裂壓力當(dāng)量密度，繼續(xù)鉆進(jìn)過程中，極有可能壓裂下部薄弱層而導(dǎo)致井漏發(fā)生；而井眼漏失后，井筒內(nèi)液柱壓力在短時(shí)間內(nèi)的降低又會導(dǎo)致高壓圈閉層再次井涌，進(jìn)而出現(xiàn)上噴下漏的井下復(fù)雜現(xiàn)象，這也是導(dǎo)致該井在近一個月時(shí)間內(nèi)反復(fù)處理井涌與井漏的根本原因。

另外，當(dāng)漏失導(dǎo)致井筒內(nèi)液柱壓力小于鹽膏層蠕變壓力時(shí)，則極有可能發(fā)生井眼縮徑卡鉆事故，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極高。該油田多口井鉆鹽膏層井段時(shí)，因發(fā)生漏失導(dǎo)致鹽膏層段縮徑卡鉆，最終被迫爆炸松扣并填井側(cè)鉆。

1.2.3 無鉆井液密度窗口

為平衡地層壓力，抑制鹽膏層蠕變，Missan油田鹽膏層段常規(guī)鉆井液密度隨井深增加由2.23g/cm3逐步加重至2.28g/cm3，目前Missan油田鹽膏層薄弱地層破裂壓力2.40～2.44g/cm3，作業(yè)過程中的井底當(dāng)量壓力已接近地層承壓極限，鉆井液密度窗口窄。在鉆遇超高壓流體圈閉后，既要平衡超高壓，又要避免井漏，安全作業(yè)鉆井液密度需調(diào)整至2.33g/cm3以上，導(dǎo)致鉆井液密度作業(yè)窗口極窄。在鉆進(jìn)和循環(huán)時(shí)依靠環(huán)空循環(huán)當(dāng)量密度（ECD）來平衡超高壓圈閉流體實(shí)現(xiàn)井眼穩(wěn)定，一旦長時(shí)間停泵，ECD變小，圈閉內(nèi)的超高壓流體就會侵入井筒發(fā)生井涌，這就給接立柱、起下鉆、下套管以及空井期間如何實(shí)現(xiàn)井眼穩(wěn)定提出了挑戰(zhàn)。

1.2.4 鹽水侵入導(dǎo)致鉆井液性能惡化，處理困難

Missan油田鹽膏層使用HIBDRILL水基鉆井液體系，為飽和鹽水體系，鉆遇超高壓流體圈閉后，高壓鹽水的侵入會使鉆井液自由水增加，導(dǎo)致粘度降低、固相沉降，鉆井液性能迅速惡化。另外，鉆井液性能惡化后需要向鉆井液中補(bǔ)充大量的優(yōu)質(zhì)重晶石和處理劑，現(xiàn)場處理難度大，需要花費(fèi)大量的時(shí)間、物料及人力，而往往這種情況下又需要快速的調(diào)整好泥漿性能，這一矛盾在本井的作業(yè)中尤顯突出。

1.2.5 無壓力窗口條件下的“雙壓穩(wěn)”固井難度大

壓力安全密度窗口窄、封固段長，9.625英寸套管下深達(dá)3000m，采用雙級固井，一級水泥漿返至上層管鞋200m以上，封固段長達(dá)1000m以上，采用密度2.35g/cm3水泥漿，固井過程中既要實(shí)現(xiàn)壓穩(wěn)、速凝，同時(shí)又要避免固井過程中井底循環(huán)當(dāng)量密度（ECD）超過破裂壓力而發(fā)生漏失，導(dǎo)致水泥漿返高不足，影響固井安全和封固質(zhì)量，無法達(dá)到壓穩(wěn)地層孔隙流體及壓穩(wěn)地層蠕變的雙壓穩(wěn)工藝要求。

2 應(yīng)對措施

針對上述技術(shù)難題，現(xiàn)場通過不斷摸索，分工況制定了以下技術(shù)措施：

2.1 鉆進(jìn)措施

（1）確定合理鉆井液密度及鉆進(jìn)參數(shù)，精確控制井底ECD：在經(jīng)歷數(shù)次壓井和處理井漏后，逐步摸索出在循環(huán)當(dāng)量密度（ECD）大于2.40g/cm3后，會出現(xiàn)地層漏失；井眼靜止?fàn)顟B(tài)下，平衡超高壓圈閉流體鉆井液密度須高于2.34g/cm3，下部井眼鉆進(jìn)鉆井液密度既需壓穩(wěn)超高壓圈閉，又要避免因ECD過高引發(fā)井漏。經(jīng)過精確計(jì)算及摸索驗(yàn)證，采用密度為2.32g/cm3鉆井液，在犧牲部分鉆進(jìn)排量的情況下控制井底ECD不至于過高，并控制ROP小于8m/Hr的情況下來進(jìn)行下部井眼的鉆進(jìn)；

（2）簡化鉆具組合的同時(shí)，采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓及加密劃眼措施：將Missan油田鉆鹽膏層常規(guī)雙扶正器組合簡化為單扶正器鐘擺鉆具組合：?311.2cmPDC鉆頭+?203.2cm浮閥+?203.2cm鉆鋌×2+?308cm螺旋扶正器+?203.2cm鉆鋌×13+?203.2cm振擊器+變扣接頭（631×XT54）+?139.7cm加重鉆桿×14+?139.7cm鉆桿，結(jié)合高轉(zhuǎn)速低鉆壓實(shí)現(xiàn)了防斜打直；每鉆1至2個單根或多夾層井段適時(shí)加密劃眼措施，防止低排量下巖屑堆積造成ECD上升，同時(shí)也防范了復(fù)合鹽膏層縮徑風(fēng)險(xiǎn)；

（3）密切注意開泵期間工程參數(shù)變化，縮減停泵時(shí)長：注意扭矩、泵壓變化，一旦出現(xiàn)扭矩增大，泵壓突變等現(xiàn)象，迅速調(diào)整參數(shù)，避免因憋扭，憋泵而人為導(dǎo)致的井況復(fù)雜；縮減接立柱等停泵時(shí)長，減少超高壓圈閉內(nèi)流體的侵入量，對比每一次返出的單根氣變化，實(shí)時(shí)掌握井下狀況；

（4）增加短起下次數(shù)：短起下由常規(guī)每鉆進(jìn)300～500m調(diào)整為150m左右短起下一次，及時(shí)掌握上部井眼狀況，并保證已鉆上部井眼穩(wěn)定通暢；

（5）準(zhǔn)確卡層：地質(zhì)錄井與鉆井工程緊密結(jié)合，敲定準(zhǔn)確的完鉆層深，卡準(zhǔn)地質(zhì)必封點(diǎn)，防止提前鉆開鹽膏層下的低壓層；

（6）加強(qiáng)鉆進(jìn)期間地質(zhì)錄井實(shí)時(shí)監(jiān)測，加密測量泥漿性能，一旦有異常情況，早發(fā)現(xiàn)早解決，避免井下情況進(jìn)一步惡化。

2.2 起下鉆措施

（1）超高壓流體圈閉以下井段采用開泵起下鉆：與鉆進(jìn)時(shí)相同，利用環(huán)空ECD平衡超高壓；在起下鉆須劃眼時(shí)，控制頂驅(qū)轉(zhuǎn)速，將扶正器和鉆頭對井壁泥餅的破壞降至最低，過漏層盡可能不開轉(zhuǎn)速；

（2）起下鉆作業(yè)中逐級分段加/降密度，分層漿柱穩(wěn)定井眼：起鉆至超高壓圈閉以上循環(huán)加重鉆井液至2.35g/cm3，壓穩(wěn)超高壓后，上部井段正常起鉆；下鉆至超高壓層位前，循環(huán)降鉆井液密度至2.32g/cm3后開泵下鉆至井底。起下鉆分層漿柱措施實(shí)現(xiàn)了在井眼不循環(huán)鉆井液狀態(tài)下既壓穩(wěn)上部超高壓圈閉，又不致下部井段當(dāng)量密度過高導(dǎo)致井漏；

（3）起鉆前試起鉆，檢驗(yàn)井眼穩(wěn)定情況；

（4）確定不同井段的管柱起下速度，盡量減小抽吸壓力和激動壓力；

（5）每次長時(shí)間停泵再次開泵前，小排量頂通后分臺階逐步提排量至正常；

（6）每次下鉆到井底前充分循環(huán)，監(jiān)測返出鉆井液變化同時(shí)維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定；

（7）下套管期間，在下至超高壓流體圈閉前分級循環(huán)降密度，分井段細(xì)分控制下套管速度，防止壓漏地層；

（8）下套管前取消電纜測井，減少空井時(shí)長，降低井控風(fēng)險(xiǎn)。

3 措施實(shí)施結(jié)果

最后一次壓井成功后，在后續(xù)作業(yè)中，采用了上述針對性工程技術(shù)措施，用時(shí)11.75天鉆至本井段中完井深，成功避免之前一個多月的反復(fù)壓井、堵漏、再壓井、再堵漏的惡性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了在壓穩(wěn)超高壓流體圈閉的同時(shí)又避免井漏的發(fā)生，保障了本井鹽膏層段后續(xù)作業(yè)的順利。

4 認(rèn)識與建議

本井鹽膏層段鉆遇超高壓流體圈閉后，依然取得作業(yè)成功的關(guān)鍵技術(shù)措施有以下兩方面：一是下部井眼采用高密度鉆井液鉆進(jìn)時(shí)的ECD精確控制，二是利用開泵（劃眼）起鉆、分層漿柱穩(wěn)定井眼，這些關(guān)鍵工藝措施既達(dá)到了壓穩(wěn)超高壓層，又避免了井漏的出現(xiàn)，是井眼穩(wěn)定、繼續(xù)作業(yè)的有力保障；也給以后同類地層、同類井況作業(yè)提供了新的解決思路。

在Missan油田鹽膏層段一旦鉆遇超高壓流體圈閉，在處理過程中有可能出現(xiàn)涌（噴）漏同層的復(fù)雜井況，正常作業(yè)的鉆進(jìn)液密度窗口將會消失，僅依靠設(shè)計(jì)鉆井液密度的液柱壓力來平衡地層壓力，實(shí)現(xiàn)井眼穩(wěn)定基本無可行性，井控風(fēng)險(xiǎn)較大。

針對鹽膏層作業(yè)，提高地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測的準(zhǔn)確性尤為重要。由于鹽膏層本身的特殊性，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高，出現(xiàn)復(fù)雜情況處理手段少，這就要求地質(zhì)部門加強(qiáng)地質(zhì)研究，給出較為準(zhǔn)確的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，在此基礎(chǔ)之上，工程作業(yè)才能有效的規(guī)避或應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)。

鉆遇此類超高壓地層，若在工程允許條件下，可考慮適當(dāng)?shù)恼{(diào)整井身結(jié)構(gòu)，增加一層套管，減少工程損失。

若圈閉較小，總體能量不大，考慮將鉆具上提到上層套管內(nèi)，通過降低環(huán)空ECD的方式嘗試逐步釋放掉圈閉壓力是否可作為后續(xù)此類情況的處理措施還需探討。