阿姆河右岸復(fù)雜地層鉆井技術(shù)

李春季，李志勇，藍 強*，崔永軍，呂健波，蓋秀江

(1．中石化勝利石油工程有限公司塔里木鉆井分公司，山東 東營 257100；2.中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營 257100；3.中國石化勝利油田分公司 油氣勘探管理中心，山東 東營 257100)

土庫曼斯坦阿姆河右岸氣田位于土庫曼斯坦東部和里海盆地東南沿岸之間，東部的山前構(gòu)造地質(zhì)情況非常復(fù)雜[1-2]。上部地層以泥巖為主，同時夾灰?guī)r和粉砂巖，局部夾薄層硬石膏，中部地層為巨厚鹽膏層，橫向上厚度不穩(wěn)定，巖性變化較大。下部目的層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏。在上部砂泥巖層中存在因鄰井井噴形成的“次生高壓氣藏”，極易發(fā)生井噴事故；中部地層巨厚鹽膏層厚600～1200m，是良好的油氣蓋層。多個區(qū)塊的鹽層中含有“透鏡狀”高壓超飽和鹽水體，地層壓力系數(shù)2.0～2.10左右。下部儲層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏，地層縫洞發(fā)育，極易發(fā)生井漏，地層壓力系數(shù)在1.6～2.0左右，易發(fā)生井漏和井噴的主要層位。

1 主要鉆井難點和風(fēng)險

1.1 淺層“次生高壓氣藏”

阿姆河右岸上部地層鉆進時易發(fā)生地層出水和井漏失返的復(fù)雜情況，且堵漏難度較大[2-5]。特別是B區(qū)某些井鉆至氣層發(fā)生井噴后，地層坍塌、高壓鹽水、天然氣沿報廢井眼從產(chǎn)層上竄至上部地層聚集并橫向運移，在井噴報廢井周圍區(qū)域形成淺層“次生高壓氣藏”。在謝農(nóng)階鉆遇不同壓力的“次生高壓氣藏”，造成Giv-1井發(fā)生井噴失控事故，Pir-23井鉆至759m時多次處理"次生高壓氣藏"引起的溢流，鉆井液密度最高達1.95g/cm3[3]。

1.2 巨厚鹽膏層定向井安全鉆井

基末利階下石膏層容易出現(xiàn)縮徑變形，蠕變卡鉆等事故，結(jié)合其他并發(fā)問題，在鉆進過程中非常容易出現(xiàn)"縮、溶、塌、漏、阻、卡"等復(fù)雜情況，定向施工鉆時極慢，軌跡要求井斜大，定向滑動鉆進時極易發(fā)生吸附卡鉆。

1.3 異常高壓鹽水層

鹽膏層內(nèi)含有“透鏡狀”高壓鹽水體，壓力系數(shù)2.0～2.1左右，部分鹽水層屬“噴漏同層”，無安全密度窗口[4]，且鹽水層礦化度極高，根據(jù)實鉆資料，Ca2+50020mg/L，Mg2+39690mg/L，Cl-304870mg/L，在這種情況下很容易造成鉆井液嚴(yán)重污染，造成高溫稠化、高溫固化等現(xiàn)象，因此對鉆井液提出了更高的要求。

1.4 產(chǎn)層異常高壓，部分地層“噴漏同存”

阿姆河右岸產(chǎn)層為高壓破碎性灰?guī)r氣藏，儲層縫洞發(fā)育，地層滲透性好，氣層極其活躍，壓力系數(shù)1.6～2.0左右，鉆進時極易發(fā)生鉆井液失返等惡性漏失現(xiàn)象，部分產(chǎn)層密度窗口窄，屬"噴漏同層"，井漏后氣體置換速度快，隨即導(dǎo)致溢流、井噴的發(fā)生，使得堵漏壓井施工異常艱難，井控風(fēng)險極高。

1.5 鉆井液性能要求高

上部地層泥巖段長，巖石膠結(jié)性較差，存在井壁失穩(wěn)、大井眼攜砂不力、鉆屑分散造漿、鉆頭泥包等難題[5]，鉆井液應(yīng)具有強包被、強抑制防塌性能；基末利階鹽膏層厚度大，鹽層所含"透鏡狀"高壓高礦化度鹽水和大段石膏容易對高密度鉆井液造成嚴(yán)重污染[6]。儲層壓力系數(shù)高，密度窗口窄，易發(fā)生井漏，"噴漏同存"對鉆井液合理密度的選擇，以及承壓堵漏效果要求較高[7]。

2 復(fù)雜地層安全鉆井技術(shù)

2.1 次生高壓氣藏鉆井技術(shù)

該區(qū)域臨井Pir-23井二開用?444.5 mm鉆頭，密度1.28 g/cm3的鉆井液鉆進至謝農(nóng)階682 m 時多次發(fā)生溢流，分別用1.84 g/cm3和1.95 g/cm3密度鉆井液進行壓井平穩(wěn)。后采用?215.9 mm鉆頭鉆穿預(yù)計高壓淺氣層井段至井深759.00 m 后，為了保證擴眼順利進行，對600～759m 外溢復(fù)雜井段進行打水泥塞封固。?444.5 mm 鉆頭擴眼至井深759.00 m 后鉆至井深763.00 m 二開完鉆，提前下?339.7 mm 技術(shù)套管封固復(fù)雜井段，固井質(zhì)量優(yōu)良，井口無氣竄，順利鉆穿淺層次生高壓氣藏井段的施工，成為阿姆河右岸淺層次生高壓氣層區(qū)域鉆井成功應(yīng)用的首個案例，為該區(qū)域下步鉆井安全施工提供了借鑒。

2.2 巨厚鹽膏層定向井安全鉆井技術(shù)

根據(jù)鹽膏層厚度大，定向井鉆井穿越鹽膏層井段長的難題，優(yōu)選鈣鹽預(yù)處理鉆井液體系，制定合理的鉆井技術(shù)措施，主要措施如下：

(1)加強鉆井液性能維護，確保鈣鹽預(yù)處理飽和鹽水鉆井液體系的穩(wěn)定。

(2)做好上部地層的承壓堵漏工作。按設(shè)計要求提高鉆井液密度的同時加入彈性石墨和延時膨脹堵漏劑，提高上部地層承壓能力，以及鉆井液防漏、堵漏的能力。

(3)鹽膏層鉆進，采用“打一提二劃三”的工藝措施，防阻卡；及時進行短程起下鉆，通過短起下，劃眼等方法，防止縮徑卡鉆，修整井壁，保證井眼暢通。

(4)控制鹽膏層段的造斜率，減少在鹽膏層中滑動鉆進。增斜到30°左右采用復(fù)合鉆進的方式，加強測斜，防止在鹽層段方位發(fā)生較大漂移，避免斜井段和井底水平位移過大、摩阻扭矩增加。

(5)鹽層使用牙輪鉆頭+彎螺桿增斜鉆進，石膏層中使用PDC鉆頭+彎螺桿微增斜鉆進。盡量做到在鹽層中定向鉆進，在石膏層中復(fù)合鉆進，以提高機械鉆速。

(6)盡量降低定向井段的造斜率，這有利于攜砂和減少摩阻、扭矩；保證軌跡光滑，鉆井、固井管柱下入順利。

(7)準(zhǔn)確卡層保證套管完整封隔必封點。加強施工井地質(zhì)資料分析，著重地層對比，準(zhǔn)確卡層，防止提前鉆開高壓或低壓產(chǎn)層，引起井噴和井漏。

(8)對井眼進行靜止蠕變速度的測試，確保安全作業(yè)時間。中完后用牙輪鉆頭配合單、雙扶正器鉆具組合通井正常后方可進行下套管作業(yè)，確保套管的順利下入。

(9)加強對井身軌跡的控制。在保證中靶的前提下，預(yù)留提前量，防止因地層變化(滯后)，造成目的層位移增多，增加后續(xù)目的層鉆進過程中發(fā)生復(fù)雜情況的處理難度。

2.3 復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)

2.3.1 部地層強包被、強抑制性防塌鉆井液體系

針對阿姆河右岸上部地層泥巖段長，巖石膠結(jié)性差，存在井壁失穩(wěn)、大井眼攜砂、鉆屑分散造漿、鉆頭泥包等難題，通過較好抑制性能和包被性能鉆井液處理劑的選擇、加量調(diào)整等配伍性實驗，優(yōu)選出具有較好流變性能的聚合物KCl+胺基聚醇，強包被、強抑制防塌鉆井液體系。配方：3.0%～5.0%膨潤土漿+7.0% KCl+0.5%～1.0% AP-1+0.3%～0.5%PAM+0.5%NPAN +0.5%DSP-2 +適量重晶石。該體系能較好的抑制地層造漿，并具有良好的防塌性能，適當(dāng)保持體系內(nèi)的低粘高切的性能，在保持大井眼的井壁穩(wěn)定以及提高大井眼的機械鉆速方面也起到積極作用。

2.3.2 飽和鹽水鈣處理鉆井液體系

為了保證在鹽膏層中鉆遇高壓高礦化度鹽水層的鉆井安全，選取抗高溫、抗鈣鉆井液處理劑進行室內(nèi)優(yōu)選評價實驗，優(yōu)選出了滿足巨厚鹽膏層以及抗鈣污染鉆井液要求的鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液，下面三個表給出了鉆井液抗鹽水污染性能(表1和表2)和實鉆鉆井液性能(表3)。

表1 010A井鉆井液抗污染試驗

表2 鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液抗鹽水污染試驗

通過試驗可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化為鈣預(yù)處理飽和鹽水鉆井液后，鉆井液抗污染能力明顯增強，能夠滿足鉆井施工的需要，因此，在08 井中采用鈣處理鉆井液體系穿過鹽膏層段，鉆井液性能如表3所示。

表3 08井鹽膏層段實鉆鉆井液性能

從表3結(jié)果可以看出，在08井鹽膏層實鉆過程中，漏斗粘度和塑性變化較為明顯，但增幅處于可接受范圍，API失水在2550m處略高于5.0mL，處理后返回至3.0～4.0mL，鉆井液的氯離子濃度控制較好，鈣離子濃度始終控制在6000mg/L范圍內(nèi)，鈣侵程度得到有效控制。

2.4 復(fù)雜氣層"噴漏同存"的堵漏壓井技術(shù)

阿姆河右岸B區(qū)在進入開發(fā)階段后，大規(guī)模利用水平井鉆井模式提高氣井的單井產(chǎn)能，資料顯示，水平井產(chǎn)能為同區(qū)域直井產(chǎn)能的三倍以上[8]。

由于阿姆河右岸鹽下氣藏屬于裂縫性儲集層[5]，采用水平井開發(fā)模式，取得巨大產(chǎn)能的同時；也使得鉆井過程中，漏失更加嚴(yán)重；在天然氣活躍的"噴漏同存"層位，造成發(fā)生井漏后，水平段井眼軌跡的控制以及堵漏壓井施工更加復(fù)雜，極大地增加了井控風(fēng)險和鉆井成本[6]。通過分析鄰井鉆井資料和前期該區(qū)域直井的施工經(jīng)驗，系統(tǒng)總結(jié)和分析鹽下氣藏發(fā)生井漏的原因[7]以及區(qū)域井漏特點，合理制定防漏、堵漏壓井的技術(shù)措施和施工方案，不斷優(yōu)化高壓破碎性產(chǎn)層水平井鉆井技術(shù)，在確保井控安全的同時，取得了良好的效果。

2.4.1 高壓破碎性氣層"噴漏同存"難題的處理技術(shù)

(1)發(fā)生井漏失返后搶在漏噴轉(zhuǎn)換前"吊灌"鉆井液，起鉆至安全井段。

(2)準(zhǔn)備壓井液期間，采用小排量正注鉆井液補充環(huán)空液柱壓力的方式進行環(huán)空降壓，期間通過觀察液氣分離器排液管線出口是否返出鉆井液，確定純氣柱是否排完。

(3)高濃度復(fù)合橋漿正注反擠法堵漏壓井。鉆遇漏層時如果發(fā)現(xiàn)漏失，降低鉆井液循環(huán)排量在1.0 m3/min左右，將單個漏層鉆穿；配30m3鉆井液進行堵漏。堵漏鉆井液的組成：井漿+10%復(fù)合橋接堵漏劑+5.0%延時膨脹堵漏劑；將堵漏鉆井液泵至井底后，關(guān)旋轉(zhuǎn)防噴器起鉆至套管內(nèi)，根據(jù)堵漏鉆井液進入漏層的漏失情況決定是否向漏層擠注堵漏鉆井液。若堵漏鉆井液漏失量較大則直接關(guān)防噴器靜止12h以上；若堵漏鉆井液漏失量較小則關(guān)防噴器后，根據(jù)立套壓變化以及井筒內(nèi)堵漏劑的存量，向漏層適當(dāng)擠注堵漏鉆井液，然后靜止12h以上，觀察分析堵漏效果。

(4)配制濃度較高復(fù)合橋漿利用反推法進行堵漏壓井。將1.5 倍井筒容積的壓井液實施反推堵漏壓井作業(yè)，先替入濃度20%的復(fù)合橋漿壓井液20 m3，粘度提至150s 以上，從而阻隔氣體。進行堵漏作業(yè)的同時也連同天然氣體推入地層中，重建了井筒內(nèi)的壓力平衡。

(5)水泥漿一次性封堵。針對大型裂縫孔洞型的漏失，用水泥漿一次性堵漏封堵，對高壓層采用關(guān)井?dāng)D入緩凝水泥實施封堵，即使未能完全隔絕高壓層，也能有效地減小漏失通道，為后續(xù)堵漏或鉆進的井漏治理降低風(fēng)險。

B-P-102D井是位于阿姆河右岸B-P氣田中部斷塊的大斜度井，最大井斜90.3°，由于本井受構(gòu)造內(nèi)斷層裂縫帶的影響，儲層連續(xù)性較好，縫洞發(fā)育，且氣層活躍能量巨大，容易在產(chǎn)層段產(chǎn)生“噴漏同存”現(xiàn)象，為安全鉆進造成極大影響。

該井四開采用215.9mm PDC鉆頭，鉆井液密度1.83 g/cm3，帶單彎螺桿+MWD控制井身軌跡的方式鉆進至3629.01m發(fā)生井漏失返，在四次下入復(fù)合橋漿堵漏未成功的情況下，全井降密度至1.80～1.81g/cm3，配密度1.87g/cm3、濃度25%的堵漏橋漿堵漏成功。在后期施工中，在全井混入5%～10% 隨堵材料，通過分段逐步降低密度，確定了1.81 g/cm3的安全鉆進密度和1.84 g/cm3的安全起下鉆密度，使得微小漏失得到了及時封堵。在垂深3088～3109m，463m產(chǎn)層水平段的鉆進過程中，先后發(fā)生7次井漏事故(4次失返)，多次起鉆或堵漏壓井過程中高壓層置換氣侵入井筒造成關(guān)井壓力迅速上升，最高關(guān)井套壓達到25 MPa。經(jīng)過18次堵漏，32次節(jié)流壓井，共計漏失鉆井液和水泥漿2315m3，對其中2個大裂縫型漏層進行了有效處置，將前期油氣上竄速度從215m/h降低到40m/h以內(nèi)，由前期井漏失返到控制漏速在2m3/h并快速完井，確保了井控安全，取得了良好效果，為同區(qū)域其它井的鉆井施工積累了寶貴經(jīng)驗。

2.4.2 應(yīng)用效果

(1)通過優(yōu)選鈣鹽預(yù)處理飽和鹽水鉆井液體系，采用控壓鉆井技術(shù)，克服了阿姆河右岸亞速爾哲別油田鹽膏層內(nèi)高壓鹽水層的難題，順利完成了該構(gòu)造后期四口直井的施工任務(wù)。

(2)通過不斷優(yōu)化高壓破碎性氣層的水平井鉆井技術(shù)，完善堵漏壓井的施工工藝，為該區(qū)域后期五口大斜度井和水平井的施工奠定了堅實的技術(shù)保障，確保了井控安全，成功完井。

3 結(jié)論和認(rèn)識

(1)通過實鉆證明，采用控制壓力鉆井技術(shù)與復(fù)合堵漏技術(shù)相結(jié)合，利用循環(huán)降溫鹽結(jié)晶措施，解決了高壓礦化度鹽水層窄壓力窗口的鉆井難題。

(2)控壓鉆井技術(shù)在阿姆河右岸鹽膏層含高壓鹽水層鉆井施工中的運用取得了良好的效果，在處理復(fù)雜氣井方面的運用有待進一步的實踐，相關(guān)技術(shù)理論、工藝和設(shè)備有待進一步研究。

(3)對于復(fù)雜地質(zhì)條件下的高壓氣藏，在處理嚴(yán)重井漏和“漏涌同存”時的堵漏材料和壓井技術(shù)有待進一步的創(chuàng)新和完善，達到保護油氣藏，降低鉆井成本的目的。

(4)不斷總結(jié)和優(yōu)化阿姆河右岸復(fù)雜地層鉆井技術(shù)，形成阿姆河右岸區(qū)域鉆井技術(shù)，極大的減少了鉆井施工中井下復(fù)雜和事故的發(fā)生，確保了井控安全，降低了鉆井成本。