鶯瓊盆地半潛式平臺超高溫高壓鉆井取心技術

韓 成, 羅 鳴, 劉忠寶, 楊玉豪, 鄧文彪, 周慶元

1中海石油(中國)有限公司湛江分公司 2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司國際工程公司3中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下作業分公司

0 引言

南海西部鶯瓊盆地為世界三大海上高溫高壓地區之一，近年鉆探的高溫高壓探井井底溫度超過200 ℃，壓力系數超過2.30，且目的層安全壓力窗口極窄，甚至部分井幾乎無安全壓力窗口，鉆進過程中井漏、溢流、卡鉆等復雜情況頻發。雖然南海西部鶯瓊盆地超高溫高壓鉆探作業異常艱難，但同時通過鉆探發現了一些具有商業價值的超高溫高壓氣田。為了解鶯瓊盆地超高溫高壓儲層構造參數，全面掌握地質構造變化機理，指導氣田開發方案制定及鉆井作業實施，急需進行超高溫高壓鉆井取心。目前業界無超高溫高壓鉆井取心作業經驗，面臨著安全壓力窗口極窄，取心過程極易發生復雜情況，地層巖性變化頻繁，取心易造成堵心，半潛式平臺取心作業參數難以控制等難題[1-5]。

1 鉆井取心技術難點

(1)鶯瓊盆地超高溫高壓地層砂泥交替頻繁，非均質性較強，取心鉆進時的機械鉆速很不穩定，易發生堵心[6-7]。

(2)鶯瓊盆地超高溫高壓地層溫壓環境惡劣，鉆井取心過程中高密度鉆井液性能易發生惡化，性能維護困難。

(3)鶯瓊盆地超高溫高壓目的層油氣顯示活躍，且目的層安全壓力窗口多在0.1 g/cm3左右，鉆井過程中井漏、溢流頻發，部分井發生壓差卡鉆，取心鉆進過程極易發生復雜情況，井控風險高。

(4)半潛式鉆井平臺升沉對取心鉆進參數帶來較大的挑戰，取心過程中巖心也極易因平臺升沉而被拔斷從而對取心進尺造成影響。

2 鉆井取心技術措施

2.1 取心工具優化設計

2.1.1 取心鉆頭

鶯瓊盆地超高溫高壓取心鉆頭采用雙圓弧設計，其中內圓弧設計使得取心鉆頭具有一定的內錐，提高鉆頭的穩定性，利于形成完整的巖心。布齒方式采用等磨損布齒，充分利用每個PDC齒的切削能力，提高取心鉆頭的使用壽命。對取心鉆頭進行流場分析，如圖1(a)所示，設計各刀翼流量分配比較均勻，進一步提高取心鉆頭的穩定性，同時由圖1(b)分析結果可知，取心鉆頭內側流速為4.5～6.0 m/s，外側流速接近15.0 m/s，取心鉆頭內側流速小于外側流速，有效減少鉆井液對取心的側向沖蝕。

圖1 取心鉆頭流場分析結果

2.1.2 取心工具抗溫防漏能力改造

為保護取心鉆進內筒的巖心，常規取心鉆具組合下鉆到底循環干凈后需要井口投球，開泵送球入球座，起到隔離內筒、分流循環的目的。井口投球操作導致超高溫高壓取心鉆具組合中不能使用內防噴工具，為降低超高溫高壓取心井控風險，取心鉆具能夠使用防噴工具，通過改造取心工具，可實現免投球，既能降低鉆井液對巖心的沖刷作用，又能實現割心后能開泵循環起鉆，進一步保證了井筒安全性。

工具由懸掛總成、旋轉總成、分水總成、內筒、外筒等部件組成，懸掛總成可實現調接鉆頭與內筒之間的間隙功能，分水總成包括擋板、鋼球、單流閥，內部結構示意圖如圖2所示，通過鋼球的自由運動平衡內筒內部壓力，有利于巖心進入，同時也解決了原有取心工具需要在井口投球的問題。取心工具采用內外筒雙層結構，簡化了第三層鋁合金內筒，避免了鋁合金內筒因高溫變形而產生復雜情況，同時取心工具內外筒環空間隙增大至7.5 mm，若取心作業中發生復雜情況時，可泵入小顆粒的堵漏材料進行堵漏，有效避免因環空間隙過小導致蹩泵，增強復雜情況的處理能力。取心工具內外壁厚增大，配件全為耐超高溫金屬件，內部無橡膠件，在加強取心工具強度的同時極大提高了井下高溫穩定性[8-9]。

圖2 分水總成內部結構示意圖

2.2 取心鉆具組合設計

現場采用以下鉆具組合進行取心：?212.7 mm SCS306取心鉆頭+Y- 8100取心工具+浮閥+?165.1 mm鉆鋌×1根+?206.4 mm倒劃眼扶正器+?177.8mm堵漏短節+?165.1 mm鉆鋌×8根+?165.1 mm液壓震擊器+?139.7 mm加重鉆桿×14根+投入式止回閥接頭+?101.6 mm鉆桿。

因Y- 8100取心工具為免投球式工具，在鉆具組合中可組合防噴工具浮閥，加強井控能力；在取心過程中如發生井漏，需泵入大顆粒堵漏材料時，可通過加壓打開堵漏短節旁通孔，隔離堵漏短節以下鉆具循環通道，大顆粒堵漏材料可通過旁通孔達到地層進行堵漏，進一步增強取心鉆具的井控能力；同時液壓震擊器可為取心鉆具發生卡鉆提供解卡手段。

2.3 井眼準備

為了保證取心時效和井筒安全，取心作業前的井眼必須進行短起下，調整好鉆井液性能，保證井眼暢通，確認井筒安全后方可起鉆。同時鉆井液需要保持良好抗高溫性能，防止鉆井液高溫稠化，在內筒易憋壓，影響巖心進入內筒進而發生堵心[10]。此外，必須準備充足的重晶石及堵漏材料，根據井況需求，及時組織壓井及配制堵漏漿堵漏。

2.4 鉆井取心作業

2.4.1 下鉆

為防止下鉆到井底開泵，啟動泵壓較大而壓漏地層，取心鉆具在出套管前開泵頂通循環，進裸眼后每隔200～300 m開泵頂通循環。下鉆到底后先小轉速轉動再緩慢開泵，開泵正常后在距井底2 m左右上下活動循環，循環排量根據泵壓情況調整，循環期間調整鉆井液性能。鉆井液循環均勻后進行低泵速試驗，為準確獲取取心深度，要求測量并記錄潮差值。

2.4.2 取心鉆進

鉆壓保持1～2 t進行樹心，半潛式平臺升沉較大時，可適當加大鉆壓，樹心0.3～0.5 m后，逐漸將參數調整至正常取心參數。半潛式平臺鉆井取心容易出現脫壓情況，要求司鉆送鉆均勻，勤跟鉆壓，在整個取心過程中要求不停泵、不停轉、不能上提鉆具。

2.4.3 割心

基于現場地質師的預測并結合鉆時判斷，盡量在膠結良好的泥巖地層割心，防止在起鉆的過程中發生掉心，取心結束后進行磨心，充分磨心后緩慢上提鉆具進行割心，此時需停轉但不停泵。

2.4.4 起鉆

為保證井筒安全，割心后繼續循環，要求鉆具提出取心頂面，經過充分循環確認無異常后停泵模擬單根氣，根據單根氣情況調整鉆井液，決定是否具備起鉆條件。起鉆盡量減少鉆具旋轉，防止巖心落井。出心時取心筒正前、正后方60°扇形區域禁止站人，防止取心筒內部存高壓致使巖心飛出傷人。

3 現場試驗

鶯瓊盆地兩口超高溫高壓LD-X井、LD-Y井成功應用鉆井取心技術，兩口井取心數據如表1所示。由表1可知，LD-Y井井況更為惡劣，LD-Y井計劃在?212.7 mm井段進行取心，上層?244.5 mm套管鞋破裂壓力系數為2.38，下部井段通過后續MDT電測測壓顯示地層壓力系數為2.30，壓力窗口僅為0.08 g/cm3，同時井底溫度在203 ℃左右，鉆井液密度達2.30 g/cm3，鉆進取心過程中井控風險大，兩口井應用超高溫高壓鉆井取心技術，取心作業順利，出心巖心完整，無復雜發生，收獲率均為100 %。

表1 地LD-X井、LD-Y井取心數據

4 結論

(1)針對超高溫高壓井窄壓力窗口地層取心，應盡量提高取心鉆頭的穩定性，減小對巖心柱的沖蝕，同時通過改造取心工具及優化取心鉆具組合，加強對高溫失效、漏失、卡鉆、井控等風險的應對能力。

(2)半潛式鉆井平臺增加超高溫高壓窄壓力窗口地層取心作業難度，做好取心前井眼準備，充分調整鉆井液性能，嚴格控制下鉆、取心鉆進、割心、起鉆、出心等操作。