Missan油田鹽膏層鉆井技術(shù)

李軍偉，趙景芳，楊鴻波

馬德新，桑 華 （中海油田服務(wù)股份有限公司天津分公司，天津300452）

Missan油田位于伊拉克東南部Missan省，毗鄰伊朗邊界，構(gòu)造上處于美索不達(dá)米亞地區(qū)。地層自上而下分別是第三系的Upper Fars，Lower Fars，Jeribe組和白堊系，其中Lower Fars組為鹽膏地層，厚約800m，埋藏深度2000～3000m，巖性包含大段的硬石膏、軟石膏、軟泥巖、純鹽層等，層間夾有高壓鹽水。20世紀(jì)70年代，該油田進(jìn)行了第一批井鉆井作業(yè)，受鹽膏層蠕變的影響，井下事故多發(fā)。由于開(kāi)發(fā)難度大，油田后續(xù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃一再延后。2009年油田恢復(fù)鉆井，運(yùn)用鹽膏層蠕變機(jī)理，應(yīng)用高密度鉆井液成功抑制了鹽膏層的蠕變，但由于地層壓力窗口窄，鹽膏層中含有異常活躍的高壓鹽水層，鉆井過(guò)程中又出現(xiàn)了井漏、溢流、井眼縮徑現(xiàn)象，卡鉆、卡套管等井下事故頻發(fā)，部分井甚至報(bào)廢。在認(rèn)真分析、總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)高壓鹽水的影響，從鉆井液密度、鉆井液體系、鉆具組合及固井方面進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)作業(yè)實(shí)踐，有效解決了上述問(wèn)題。

1 鉆井作業(yè)難點(diǎn)

1.1 鹽水層壓力高

受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響水平方向存在擠壓，大水平地應(yīng)力作用使鹽膏層具有很高的壓力。鹽水層的最大壓力系數(shù)高達(dá)2.04，流動(dòng)性強(qiáng)，一旦壓力失衡，極易侵入井筒，且速度很快；另一方面，平衡地層壓力需要高比重鉆井液平衡，高密度鉆井液抗污染能力弱，高壓鹽水流動(dòng)性很強(qiáng)，易侵入井筒，污染鉆井液，破壞其流變性。

1.2 作業(yè)壓力窗口窄，蠕變速度快

為平衡高壓鹽水、抑制地層蠕變，鉆井液密度已經(jīng)接近地層承壓的極限，很容易壓漏地層。在發(fā)生漏失的情況下，井筒內(nèi)液柱壓力下降，引發(fā)高壓鹽水侵入或溢流，這將進(jìn)一步降低井筒內(nèi)液柱壓力且不能抑制地層蠕變，鹽膏層在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生蠕變。此前已有多口井漏失后出現(xiàn)溢流，并導(dǎo)致卡鉆、卡套管等井下事故，井徑測(cè)量顯示部分井段嚴(yán)重縮徑，固井質(zhì)量不合格。

1.3 鹽水層分布井段長(zhǎng)

高壓鹽水分多層夾于鹽膏層中，埋藏深度2300～2800m，垂向分布厚度達(dá)500m。高密度條件下，鉆井液和水泥漿中的加重劑易出現(xiàn)下沉，使上部井段的液柱壓力降低，不能平衡上部高壓鹽水。此前的作業(yè)過(guò)程中已經(jīng)有多口井在測(cè)井期間因?yàn)橹鼐鲁涟l(fā)生溢流，絕大部分井固井候凝期間由于鐵礦粉在水泥漿凝固前下沉，水泥漿柱出現(xiàn)上部密度高、下部密度低的情況，導(dǎo)致上部層段的高壓鹽水流上竄，固井后套管環(huán)空出現(xiàn)壓力升高的現(xiàn)象。

2 技術(shù)對(duì)策

2.1 選擇合理的鉆井液密度

常規(guī)鹽膏層作業(yè)要重點(diǎn)確定最低鉆井液密度，以平衡地層壓力、抑制地層蠕變［1－11］。該區(qū)域鹽膏層鉆井液密度窗口窄，除了要確定鉆井液密度的下限外，為防止漏失，鉆井液密度要盡可能低。利用電測(cè)資料對(duì)鹽膏層蠕變速率與鉆井液密度的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明密度保持在2.23g／cm3鹽膏層蠕變速率為0.001mm／h，滿足該井段鉆井作業(yè)工期的要求，且大于高壓鹽水層的壓力系數(shù)，是鉆井液密度的下限。為確定鉆井液密度的上限，在鹽膏層頂部進(jìn)行了地層破裂壓力試驗(yàn)，確定了地層破裂壓力系數(shù)2.40，根據(jù)和鉆井液的環(huán)空沿程損失壓力推算鉆井液密度上限為2.30g／cm3。最終確定鉆井液密度范圍（2.23～2.30）g／cm3，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中成功抑制地層蠕變，實(shí)現(xiàn)了不溢不漏。

2.2 優(yōu)選鉆井液體系

高密度鉆井液密度高、固相含量大，抗污染能力弱。前期在該地區(qū)采用的飽和鹽水氯化鉀聚合物體系，受高壓鹽水的污染鉆井液流動(dòng)性急劇變差，甚至失去流動(dòng)性。為利于流變性能控制，在總結(jié)已鉆井經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)充分論證選用具有較高的膨潤(rùn)土容量限的復(fù)合有機(jī)鹽鉆井液體系。Cl－含量保持在180000mg／L左右可應(yīng)對(duì)高壓鹽水侵入導(dǎo)致的鹽巖溶解、鹽重結(jié)晶等影響。根據(jù)地層巖性預(yù)測(cè)高壓鹽水鈣離子含量較高，通過(guò)抗鈣侵實(shí)驗(yàn)，鉆井液流變性能保持穩(wěn)定。通過(guò)加重劑的懸浮能力試驗(yàn)，48h和72h上下鉆井液密度差均為0.05g／cm3，滿足上部鉆井液柱壓力平衡高壓鹽水的要求。

2.3 鉆具組合調(diào)整

國(guó)內(nèi)鹽膏層鉆進(jìn)要求盡量簡(jiǎn)化鉆具組合，目的在于預(yù)防地層隨時(shí)間的蠕變。該油田鹽膏層具有蠕變速度快的特點(diǎn)，鉆具組合設(shè)計(jì)理念從預(yù)防轉(zhuǎn)向?qū)θ渥兛s徑的處理。為利于井壁修整，采用了欠尺寸雙扶正器鉆具組合。為應(yīng)對(duì)蠕變縮徑可能出現(xiàn)的卡鉆，使用隨鉆震擊器、倒劃眼齒的扶正器和抗拉強(qiáng)度更高的鉆桿，以利于井下處理。具體如下：鉆頭＋雙母接頭 （帶浮閥）＋8in無(wú)磁鉆鋌1根＋扶正器鉆鋌1根扶正器＋8in鉆鋌12根＋8in隨鉆震擊器＋8in鉆鋌2根＋轉(zhuǎn)換接頭鋌3根＋轉(zhuǎn)換接頭鉆桿。

2.4 固井作業(yè)應(yīng)對(duì)方案及措施

1）應(yīng)用雙級(jí)固井壓穩(wěn)高壓鹽水層 該區(qū)域鹽膏層底界接近3000m，為防止固井過(guò)程中水泥漿中的加重劑——鐵礦粉下沉引起溢流，采用雙級(jí)固井縮短每一級(jí)的固井井段。一級(jí)水泥漿上返至鹽膏層以上150m，長(zhǎng)約950m，封固鹽膏層井段。高壓鹽水含鹽量高，對(duì)水泥漿有緩凝作業(yè)，在水泥漿中加入促凝劑使水泥漿快速稠化，以保證二級(jí)固井前水泥漿初凝。二級(jí)水泥漿封固鹽膏層以上井段，長(zhǎng)約1800m，為防止二級(jí)固井水泥漿中的加重劑下沉至一級(jí)固井井段，待一級(jí)固井水泥漿初凝后方可進(jìn)行二級(jí)固井作業(yè)，以保證壓穩(wěn)高壓鹽水層。針對(duì)一級(jí)固井可能出現(xiàn)的漏失、溢流地層蠕變縮徑造成水泥漿堵塞分級(jí)箍循環(huán)孔，一級(jí)固井侯凝期間，采用循環(huán)加壓法候凝。二級(jí)固井完成后，環(huán)空蹩壓候凝，防止地層蠕變形成微裂縫為高壓鹽水提供溢流通道。

2）加強(qiáng)固井防漏 為了壓穩(wěn)高壓鹽水層、防止地層蠕變，全井段使用密度高達(dá)2.30g／cm3的水泥漿固井。針對(duì)固井期間可能造成的漏失，固井期間控制井底壓力始終處于地層破裂壓力以下，具體措施有：①嚴(yán)格進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)，落實(shí)地層承壓能力；②加強(qiáng)井底循環(huán)壓力控制。固井前降低泥漿的屈服值，使其保持良好的觸變性，避免引起壓力激動(dòng)；③由于套管與井壁之間的環(huán)空間隙小于鉆桿，井底循環(huán)壓力增加很大，應(yīng)用專業(yè)軟件預(yù)測(cè)下套管后的井底循環(huán)壓力，并結(jié)合實(shí)測(cè)泵效，嚴(yán)格控制排量；④設(shè)計(jì)合理的水泥漿柱結(jié)構(gòu)，在確保壓穩(wěn)高壓鹽水的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確評(píng)估固井期間的井底循環(huán)壓力，嚴(yán)格控制水泥與加重材料的混合比例使水泥漿密度保持合理的變化范圍，避免壓漏地層。

3 應(yīng)用效果

在Missan油田首批復(fù)產(chǎn)井應(yīng)用了上述技術(shù)對(duì)策，具體效果如下：①控制鉆井液密度在2.23～2.30g／cm3范圍內(nèi)、井底ECD （當(dāng)量循環(huán)密度）保持低于2.40g／cm3，在首批井中均沒(méi)有發(fā)生漏失和溢流，成功抑制了地層蠕變，壓穩(wěn)了高壓鹽水。與漏失井相比 （見(jiàn)圖1和圖2），井眼縮徑現(xiàn)象得到明顯改善，表明選定的鉆井液密度適應(yīng)該油田窄壓力窗口作業(yè)的要求。②復(fù)合有機(jī)鹽鉆井液體系有效預(yù)防了高壓鹽水造成的污染，鉆井液保持了良好的流變性。在測(cè)井時(shí)間超過(guò)60h的情況下，沒(méi)有出現(xiàn)溢流，驗(yàn)證了鉆井液沉降穩(wěn)定性滿足作業(yè)要求。③鉆具組合調(diào)整后，去除了鹽膏層井段擴(kuò)眼作業(yè)，起下鉆作業(yè)顯示井眼保持通暢。④消除了此前固井作業(yè)出現(xiàn)的漏失、溢流或環(huán)空帶壓現(xiàn)象。鹽膏層頂部和底部井段CBL聲波幅度測(cè)井相對(duì)聲幅保持在25%以下，保證了對(duì)高壓鹽水層的封固。⑤由于井下事故和復(fù)雜情況的大幅減少，該井段的鉆井時(shí)間由最高100.4d降低至15.5d。

圖1 漏失后易蠕變井段井徑圖

圖2 未漏失易蠕變井段井徑圖

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）高密度鉆井液壓漏地層，導(dǎo)致井筒壓力降低是造成高壓鹽水溢流、地層迅速蠕變、鉆井事故頻發(fā)的主要原因。

（2）應(yīng)根據(jù)鹽膏層蠕變速率、地層破裂壓力嚴(yán)格確定鉆井液密度上限，防止井底循環(huán)壓力過(guò)高，壓漏地層。

（3）高密度復(fù)合有機(jī)鹽鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗污染能力，沉降穩(wěn)定性好，可有效應(yīng)對(duì)Missan油田含高壓鹽水的鹽膏層鉆井作業(yè)。

（4）應(yīng)用具有井壁修正和倒劃眼功能的鉆具組合，可以應(yīng)對(duì)井筒壓力失衡引起的地層快速蠕變縮徑。

（5）應(yīng)用雙級(jí)固井，加強(qiáng)固井期間的防漏，能有效應(yīng)對(duì)地層壓力窗口窄、水泥漿加重劑下沉等問(wèn)題，有效隔離高壓鹽水層。