關(guān)清濤

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深水鉆采技術(shù)公司，廣東 湛江 524057）

隨著石油行業(yè)的發(fā)展，淺層油氣藏?cái)?shù)量日益減少，石油勘探開發(fā)的難度不斷增大，各大石油公司開始研究和儲(chǔ)備高溫高壓鉆井相關(guān)的技術(shù)。通常將井底溫度大于150℃，地層孔隙壓力大于68.9 MPa（10000 psi）的井定義為高溫高壓井[1]。隨著髙溫髙壓鉆井作業(yè)數(shù)量的增加，遇到的困難也越來越多，相應(yīng)的鉆井工具和配套工藝也逐漸完善，高溫高壓鉆井工具的研發(fā)被各大油田技術(shù)服務(wù)公司作為其技術(shù)能力的一個(gè)象征。

1 高溫高壓鉆井面臨的主要挑戰(zhàn)

1.1 高溫高壓對鉆井設(shè)備的要求

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，高溫高壓井的井口裝置以及防噴器均要選擇壓力級(jí)別至少為15000 psi（103.4 MPa）的防噴器。防噴器組的配置（數(shù)量和類型）、阻流、壓井管匯等也都有相應(yīng)的要求[2]。為了安全起見，通常要求至少配置四個(gè)閘板（必須有一個(gè)可變徑閘板，一個(gè)至少可以剪切244.5 mm套管的剪切閘板），雙壓井雙阻流管線，部分作業(yè)者還要求配備超級(jí)剪切，可以剪切更大尺寸的套管；壓井阻流管匯的壓力級(jí)別也應(yīng)該和防噴器組的壓力級(jí)別相匹配。高溫高壓井的深度普遍在4000 m以上，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，套管層次多。大部分海上自升式鉆井平臺(tái)在進(jìn)行高溫高壓鉆井作業(yè)前都要根據(jù)作業(yè)者提出的要求進(jìn)行升級(jí)改造，包括鉆井設(shè)備、船體、防噴器、鉆具等，甚至還會(huì)包括鉆井液冷卻系統(tǒng)?？傊?，高溫高壓井對鉆井裝備、井控設(shè)備及其他配套設(shè)備的要求都很高。

1.2 鉆井液

鉆井液體系和性能的優(yōu)選以及現(xiàn)場維護(hù)對一口高溫高壓井的作業(yè)成敗起著至關(guān)重要的作用。高溫高壓井所使用的鉆井液密度也較高，最高可能會(huì)達(dá)到2.4 g/cm3，有時(shí)候可能會(huì)使用鈦鐵礦粉、四氧化錳、赤鐵礦粉等作為加重材料，相應(yīng)鉆井液中所含的固相含量也會(huì)很高，因此對井下工具的要求也會(huì)很高，導(dǎo)致很多常規(guī)井下工具不能在高溫高壓井中使用。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，多數(shù)高溫高壓井都含有硫化氫、二氧化碳或者二者同時(shí)存在，為了保證井下鉆具以及作業(yè)的安全，必須維持鉆井液的良好性能，所以必須在鉆井液配方中充分考慮這些酸性氣體的處理措施，防止硫化氫等酸性氣體的侵入。

由于高溫高壓井的高投入、高風(fēng)險(xiǎn)，為提高勘探的成功率，在選擇鉆井液體系時(shí)還要考慮儲(chǔ)層保護(hù)措施，尤其是鉆井液加重材料對目的層的污染等問題。使用油基泥漿可以有效提高鉆井液在高溫條件下的穩(wěn)定性、潤滑性，減少對油氣層的污染等問題，但是油基泥漿也存在一些諸如氣體的溶解，氣體侵入后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以及環(huán)保（有些國家和地區(qū)禁止使用油基泥漿）等方面的問題。因此，在選擇鉆井液體系時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐淖鳂I(yè)環(huán)境、地層特性、井下工具對鉆井液的適應(yīng)能力、作業(yè)成本等各方面的要求。

1.3 固井

由于大部分高溫高壓井的井身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有時(shí)候還會(huì)使用非標(biāo)準(zhǔn)的井眼尺寸并配合非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的套管，套管與井眼的環(huán)空間隙小，同時(shí)鉆井液密度窗口也比較窄，因此對固井作業(yè)提出了很高的要求。水泥漿要具有很好的流變性、防氣竄性、堵漏能力、高強(qiáng)度等特點(diǎn)。通常，高溫高壓井的表層套管尺寸較大，下深超過1000 m，甚至達(dá)到2000 m，整個(gè)固井作業(yè)所要求的固井材料以及水泥漿的體積較大，最多可達(dá)到2000桶，固井作業(yè)時(shí)間長達(dá)10 h，對固井泵以及作業(yè)人員也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

1.4 井控

井控工作在高溫高壓井鉆井的整個(gè)作業(yè)過程中是最為關(guān)鍵、難度最大的工作之一。一旦在井控方面出現(xiàn)問題，不能及時(shí)有效地處理和應(yīng)對，將會(huì)造成很大的影響，如果發(fā)生井噴失控事故，后果不堪設(shè)想。

高溫高壓井的防噴器壓力級(jí)別選擇：井控設(shè)備，必須從設(shè)計(jì)階段重視起來，做好地層壓力的預(yù)測，根據(jù)預(yù)測的最大地層壓力，結(jié)合預(yù)計(jì)最大井口壓力選取井口裝置和防噴器組，保證所選用的防噴器額定工作壓力大于作業(yè)過程中的最大井口壓力。為了安全起見，井控裝置還要考慮一定的冗余。

防噴器的配備：確定了防噴器的壓力級(jí)別以后，還要考慮防噴器的具體配置，包括尺寸和數(shù)量。根據(jù)目前高溫髙壓井的作業(yè)井眼，對于15000 psi的防噴器組，通常包括一個(gè)萬能防噴器，一個(gè)剪切防噴器，一個(gè)可變閘板、兩個(gè)半封閘板；有時(shí)還配備超級(jí)剪切，一般深水鉆井平臺(tái)會(huì)配備上下兩個(gè)萬能防噴器。壓力級(jí)別在15000 psi以上的防噴器組通常都安裝兩條壓井管線及兩條防噴管線。

2 高溫高壓鉆井主要技術(shù)難點(diǎn)及對策（以東方某井為例）

2.1 主要技術(shù)難點(diǎn)

2.1.1 水平井，摩阻扭矩大

在水平井或大位移井作業(yè)中，由于自身重力作用，鉆具往往偏向在井筒一側(cè)，形成偏心，鉆具的偏心導(dǎo)致環(huán)空流速分布不均，寬窄間隙流速不同，這種不平衡對于攜巖是極其不利的，偏心度的增大導(dǎo)致與井眼接觸面積增加，摩阻和扭矩相應(yīng)增大，易于發(fā)生黏附卡鉆和阻卡的事故。

2.1.2 5-7/8″小井眼，定向鉆進(jìn)難度大

5-7/8″小井眼使用4″和5″復(fù)合鉆桿，井下工具尺寸小，柔性大，鉆進(jìn)過程中鉆具易發(fā)生形變，定向鉆進(jìn)加鉆壓和壓力傳遞困難，井斜和方位的漂移規(guī)律不規(guī)則；水平段儲(chǔ)層溫度高達(dá)130℃，井下環(huán)境惡劣，隨鉆儀器在井下處于高溫工作狀態(tài)，對測量儀器性能要求極高。

2.1.3 泥漿比重高，儲(chǔ)層保護(hù)難度大

目的層段黃流組一段氣組儲(chǔ)層物性屬中孔、中滲，中等偏強(qiáng)水敏，下部儲(chǔ)層物性屬中孔、低滲，強(qiáng)水敏，容易發(fā)生諸如微粒運(yùn)移和水鎖等，導(dǎo)致儲(chǔ)層的滲透率降低，造成儲(chǔ)層傷害。

2.1.4 機(jī)械鉆速慢

鶯歌海盆地黃流組上部發(fā)育大套泥巖，表現(xiàn)為強(qiáng)塑性，抗壓強(qiáng)度在6000 psi左右，最高達(dá)10000 psi，可鉆性較差，前期高溫高壓探井作業(yè)中塑性泥巖段平均機(jī)械鉆速僅為1.41 m/h。另外，為維持高溫高壓井筒壓力平衡，鉆井過程中鉆井液比重高達(dá)1.7～1.9，巖屑往往被壓差壓在井底，形成“壓持效應(yīng)”，使得井底的巖屑重復(fù)切削，一定程度上影響井底清潔，導(dǎo)致機(jī)械鉆速降低。機(jī)械鉆速偏低、頻繁起下鉆造成作業(yè)進(jìn)度滯后是氣田遇到的困境之一。

2.1.5 高溫高壓目的層，小井眼溢流監(jiān)測難度大

小井眼鉆井中，由于環(huán)空間隙小，同樣的溢流量，在小井眼中的上返速度和上返高度是常規(guī)井的數(shù)倍，相應(yīng)地使小井眼井底壓力明顯降低，常規(guī)手段通過泥漿池或計(jì)量罐監(jiān)測要求精度更高[2]。同時(shí)，由于目的層是水平段，暴露面積廣，氣層能量大，且油基泥漿氣體溶解度高，氣侵等初期井控征兆不易被發(fā)現(xiàn)。

2.2 主要技術(shù)措施

2.2.1 軌跡優(yōu)化

水平井采用何種典型的設(shè)計(jì)剖面，主要由水平井的特點(diǎn)決定[3]。在前期井眼軌跡設(shè)計(jì)過程中，通過多次和地質(zhì)油藏溝通，根據(jù)具體的勘探和開發(fā)要求，在不影響油藏目標(biāo)的前提下，以盡可能簡單的剖面鉆過目的層。所以，在確定井眼幾何軌跡方面，除了在特殊情況下因需繞障而對井身軌道進(jìn)行三維設(shè)計(jì)外，一般情況下都是二維設(shè)計(jì)。最終采用雙增剖面有利于減少造斜段的長度，井眼相對長度較短，摩阻扭矩小，靶前位移調(diào)整范圍余地大，從而優(yōu)化最佳軌跡設(shè)計(jì)方案。

2.2.2 優(yōu)選、優(yōu)化鉆具組合

針對該次高溫高壓開發(fā)特點(diǎn)，對井眼軌跡控制工具及儀器進(jìn)行了選型與配套，主要考慮定向鉆進(jìn)、地層評價(jià)、儀器精度、儀器耐溫、儀器分辨率、儀器采樣率和數(shù)據(jù)傳輸率等方面，同時(shí)結(jié)合鉆井成該、儀器的供應(yīng)狀態(tài)來進(jìn)行選型與配套。

在高溫高壓條件下，由于泥漿比重高造成打鉆及劃眼ECD較大，目的層鉆進(jìn)中隨著比重的升高，為了保持ECD不超過警戒值，只能降低排量，故必須同時(shí)兼顧造斜率、定向工具工作排量、井眼清潔和ROP問題。同時(shí)，為了滿足地質(zhì)油藏要求，需保持鉆具組合具有較好的穩(wěn)平和尋找最佳儲(chǔ)層增降井斜的能力，提高機(jī)械鉆速。

2.2.3 鉆頭評價(jià)與優(yōu)選技術(shù)

鉆頭的合理選擇與應(yīng)用是提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期的有效途徑，在東方某區(qū)塊主要利用測井資料處理技術(shù)，對鄰井的測井資料進(jìn)行處理，得到地層力學(xué)特性參數(shù)及巖石可鉆性參數(shù)，通過實(shí)鉆探井參數(shù)作為對比參照。另外，加強(qiáng)與國內(nèi)外知名公司的合作，及時(shí)將最新和適合該區(qū)塊的鉆頭應(yīng)用到現(xiàn)場，有效提高了機(jī)械鉆速[4-6]。

2.2.4 優(yōu)選泥漿體系

針對東方某水平井摩阻扭矩大和泥漿高比重下，排量受限和儲(chǔ)層保護(hù)難度大等特點(diǎn)，優(yōu)選麥克巴新型油基泥漿體系并首次在高溫高壓目的層使用油基泥漿作業(yè)。這樣可以利用其具有強(qiáng)抑制性、潤滑性好、井壁穩(wěn)定性高，流變性易調(diào)整、抗腐蝕性好、對儲(chǔ)層損害小的優(yōu)點(diǎn)，克服排量限制、磨阻及ECD過大及儲(chǔ)層保護(hù)難題，從而達(dá)到安全鉆進(jìn)、單井產(chǎn)量超配產(chǎn)的效果。

3 結(jié)論

隨著高溫高壓油氣田開發(fā)項(xiàng)目的增多，高溫高壓鉆井所面臨的困難和挑戰(zhàn)也會(huì)不斷增多，對髙溫髙壓鉆井配套技術(shù)和工具的需求也會(huì)越來越大。要想戰(zhàn)勝高溫高壓鉆井所面臨的一系列問題，人們需要從以下幾個(gè)方面著手。

一是通過科學(xué)論證、嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場高溫高壓目的層精細(xì)化操作管理，成功完成了中海油首個(gè)高溫高壓水平井鉆井作業(yè)，鉆井工程質(zhì)量和成果控制均達(dá)到預(yù)期。二是通過實(shí)施全井段ECD監(jiān)控技術(shù)，合理調(diào)整鉆井液性能參數(shù)，最終促使整個(gè)項(xiàng)目作業(yè)安全、高效、順利完成。三是推進(jìn)了一系列新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用。例如，Periscope（邊界探邊）隨鉆精密工具首次在國內(nèi)高溫高壓目的層水平井段使用，增加了在薄儲(chǔ)層穿行的鉆遇率。四是開展高溫高壓水平井開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益分析。為保障氣藏開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益，水平井初期產(chǎn)量要高，還必須具備一定的穩(wěn)定生產(chǎn)能力。工程技術(shù)人員需認(rèn)真做好高溫高壓氣藏工程研究、水平井單井產(chǎn)量和穩(wěn)產(chǎn)分析、水平井投入和產(chǎn)出分析，確保做到高溫高壓氣藏開發(fā)技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益好。