何保生 張欽岳 冷雪霜

(1.中國海洋石油國際有限公司 北京 100028； 2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 廣東深圳 518607)

墨西哥灣盆地聚集了豐富的油氣資源，海上油氣勘探始于20世紀(jì)30年代，到20世紀(jì)80年代，墨西哥灣海上鉆井?dāng)?shù)量超過35 000口，累計發(fā)現(xiàn)并產(chǎn)出原油超過90億桶，近2.83萬億m3天然氣。Placid石油公司，成為第一個在墨西哥灣進(jìn)行鹽下油氣鉆探的公司，隨后經(jīng)過近十年的勘探歷程，美孚石油公司于1990年在墨西哥灣密西西比峽谷發(fā)現(xiàn)第一個鹽下油氣藏，到1995年前后多個作業(yè)者在該海域鹽下構(gòu)造中獲得油氣發(fā)現(xiàn)，并將深水鹽下構(gòu)造視為未來油氣潛力區(qū)域的重點[1]。

墨西哥灣海上鹽下油氣藏不同于巴西以及西非深水區(qū)域原生鹽鹽下油氣藏，墨西哥灣鹽下油氣藏構(gòu)造為次生鹽鹽下油氣藏構(gòu)造。現(xiàn)今墨西哥灣盆地所形成的鹽巖層其原型為約1.5億年前中晚侏羅紀(jì)期間在該地區(qū)所沉積的“母鹽”而來，在150萬年前結(jié)束，該套“母鹽”在拉臘米造山運動和推覆作用影響下被擠入新生代地層中，形成了規(guī)模巨大的鹽篷、鹽席、鹽墻、鹽焊等異地次生鹽構(gòu)造，“母鹽”也變?yōu)榱恕芭K鹽”，其新生代時期沉積的Wilcox砂體成為了墨西哥灣次生鹽鹽下油氣藏構(gòu)造的主力儲集層[2]。復(fù)雜的地質(zhì)運動使得墨西哥灣深水區(qū)域次生鹽鹽下油氣藏構(gòu)造鉆探極其困難，鉆探過程時常鉆遇淺層流、鹽內(nèi)漏失、鹽內(nèi)高壓、鹽下破碎帶、鹽下焦油帶以及鹽下壓力回歸等井下復(fù)雜情況[3-5]。

2020—2021年，中國海油在墨西哥海域某深水至超深水鹽下油氣藏構(gòu)造中，以作業(yè)者身份成功鉆探2口探井。首次對超深水鹽下構(gòu)造進(jìn)行鉆探作業(yè)，無區(qū)域作業(yè)經(jīng)驗和鹽下作業(yè)經(jīng)驗可借鑒，在應(yīng)對淺層流、淺層漏失等淺層風(fēng)險，巨厚鹽層內(nèi)漏失、壓力異常、蠕變等鹽層內(nèi)風(fēng)險，鹽下窄窗口、破碎帶、壓力異常、地質(zhì)預(yù)測難度大等鹽下風(fēng)險技術(shù)手段有限，鉆井難度大，作業(yè)風(fēng)險高。針對本項目漏失風(fēng)險高、作業(yè)窗口窄、壓力預(yù)測困難以及地質(zhì)模型的不確定，在該地區(qū)首次采用了氮氣泡沫固井技術(shù)、MPD精細(xì)控壓鉆井及帶壓固井技術(shù)，結(jié)合Pump & Dump技術(shù)(動態(tài)壓井技術(shù))、隨鉆地震技術(shù)、下套管自動灌漿兼激動壓力控制技術(shù)、可旋轉(zhuǎn)式尾管掛技術(shù)以及一次性長效棄井等鹽下鉆井配套技術(shù)，解決了墨西哥超深水區(qū)域鹽下鉆探困難的難題，作業(yè)效率達(dá)到了墨西哥灣地區(qū)行業(yè)前25%，可為類似超深水鹽下構(gòu)造鉆探作業(yè)提供借鑒。

1 墨西哥超深水鹽下構(gòu)造鉆井挑戰(zhàn)

墨西哥深水勘探項目位于墨西哥國家東側(cè)海域，水深600～3 100 m，在該區(qū)域?qū)}下油氣藏構(gòu)造進(jìn)行鉆探作業(yè)面臨著諸多風(fēng)險。

1.1 颶風(fēng)、季風(fēng)等惡劣天氣

墨西哥灣地區(qū)每年5月至11月為颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴高發(fā)期，12月至次年4月為季風(fēng)期，2009年至2018年北大西洋地區(qū)颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴統(tǒng)計如圖1所示。2012—2013年，多個颶風(fēng)對墨西哥國家石油公司(PEMEX)作業(yè)深水井造成影響，其中2012年6月和8月颶風(fēng)對兩口作業(yè)時間影響約17 d左右，2012年9月颶風(fēng)對兩口作業(yè)時間影響約7d左右。本項目進(jìn)行2口井連續(xù)鉆探作業(yè)剛好處于颶風(fēng)高發(fā)和季風(fēng)期，作業(yè)期間出現(xiàn)惡劣海況概率大。

圖1 2009—2018年北大西洋地區(qū)颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴次數(shù)統(tǒng)計Fig .1 Historical hurricane and tropical strom tracking in North Atlantic during 2009—2018

1.2 淺層地層漏失

淺層鹽巖頂部附近地層受次生鹽鹽層擠入作用影響，易形成微裂縫帶，且附近地層雜質(zhì)多，易漏失且存在潛在的壓力異常帶，井眼易失穩(wěn)，固井易漏失[6]。如某區(qū)塊井位附近識別了多處淺層振幅異常以及淺層微斷層。

1.3 鹽內(nèi)包裹體

鹽層內(nèi)部已識別的振幅異?！鞍w”地層存在潛在漏失或者地層壓力異常，鹽層鉆進(jìn)過程中還可能鉆遇更多的未識別的“包裹體”地層，鹽層內(nèi)部的未知性使鹽層內(nèi)鉆進(jìn)的漏失和井控的風(fēng)險增大。其中某1井第1個鹽層底部可能為一個大型“包裹體”，某4井提示在鹽層內(nèi)將可能鉆遇兩處“包裹體”。

1.4 鹽底深度不確定

鹽層底的深度預(yù)測存在較大的誤差范圍，不同鹽層模型的預(yù)測鹽底深度相差約1 500 m，存在提前鉆穿鹽層底部、揭開鹽下破碎帶地層或者鉆遇壓力異常地層進(jìn)而造成卡鉆、側(cè)鉆以及井控的風(fēng)險，甚至可能無法建立技術(shù)套管。其中某1井預(yù)測鹽底深度誤差達(dá)到約200 m，某4井預(yù)測鹽底深度誤差達(dá)到約150 m。

1.5 鹽下地震成像模糊，鹽下巖性存在不確定性

地質(zhì)模型解釋為2種，分別為1套鹽層模型(鉆穿一套鹽層后進(jìn)入沉積層)和2套鹽層模型(鉆穿一套鹽層后進(jìn)入沉積層，再鉆遇一套鹽層后進(jìn)入沉積層)，地質(zhì)模型的不確定性所帶來的地層未知性，加大了鉆井的難度，使得鉆井過程中出現(xiàn)井漏、井控、卡鉆等井下復(fù)雜情況的風(fēng)險進(jìn)一步加大。其中某1井鉆前解釋為2種模型，分別為1套鹽層模型和2套鹽層模型，某4井鉆前解釋有可能出現(xiàn)2套鹽層模型。

1.6 目的層段存在壓力回歸

地質(zhì)模型的不確定性，加大了壓力預(yù)測的難度，可能隨時鉆遇目的層段壓力回歸帶，使井下突發(fā)失返性漏失。其中某1井壓力預(yù)測，在目的層段對應(yīng)的地層壓力中值將有最大約0.12 g/cm3的壓力反轉(zhuǎn)，某4井壓力預(yù)測，在目的層段對應(yīng)的地層壓力低值將有最大約0.13 g/cm3的壓力反轉(zhuǎn)。

1.7 安全密度窗口窄

根據(jù)壓力預(yù)測，鹽下地層安全密度窗口較窄，某1井和某4井若鉆遇地層壓力高值情況，均有可能出現(xiàn)負(fù)安全密度窗口的情況，增加套管層次以及啟用應(yīng)急套管的概率較大，同時面臨著無法鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)的風(fēng)險。

2 超深水鹽下鉆井技術(shù)及實踐

對標(biāo)墨西哥國家海域一側(cè)鄰井，在深水鹽下構(gòu)造中鉆遇2套鹽層的情況較少，鄰井僅某A1鄰井鉆遇該情況，該井成為本項目的重要鄰井。該A1鄰井在鉆探雙次生鹽鹽下油氣藏構(gòu)造過程中，鹽層上部、鹽層內(nèi)部、鹽層以下以及雙鹽層之間井下復(fù)雜狀況頻發(fā)，鉆探十分困難。該A1鄰井鉆遇了淺層流、出現(xiàn)了多次井控事件、多個井段發(fā)生了大量漏失(累積超6 000 m3合成基鉆井液)并且啟用了所有的應(yīng)急套管，最終該井使用了9層套管以φ149.2 mm井眼完鉆至6 510 m，鉆井周期長達(dá)約121 d。

充分認(rèn)識了鄰井鉆探困難的情況，為了最大程度地保證作業(yè)安全、減少井下復(fù)雜情況的發(fā)生、增加復(fù)雜情況的應(yīng)急處理手段、實現(xiàn)成功鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)的目的，本項目研究使用了多項特殊的超深水鹽下鉆井技術(shù)：

1) 針對開路鉆進(jìn)鹽層頂部周圍井眼易失穩(wěn)地層及壓力異常段，使用了Pump & Dump技術(shù)；

2) 針對淺層地層固井易漏失影響井口建立以及井口承載力，使用了氮氣泡沫固井技術(shù)；

3) 針對鹽下地震成像模糊、地質(zhì)深度及地質(zhì)模型不確定，使用了隨鉆地震技術(shù)；

4) 針對鹽下窄作業(yè)窗口，使用了MPD精細(xì)控壓鉆井及帶壓固井技術(shù)；

5) 針對套管層次多、套管環(huán)空間隙窄以及下套管激動壓力大，使用了下套管自動灌漿兼激動壓力控制技術(shù)；

6) 針對鹽下井段井眼失穩(wěn)，套管可能下不到位，使用了可旋轉(zhuǎn)式尾管掛技術(shù)；

7) 針對提高永久棄井效率，提高井筒屏障質(zhì)量，使用了一次性長效棄井技術(shù)。

本項目某1直井探井，井位處水深1 755.9 m，鉆遇了2套鹽層，累積厚度約達(dá)2 256 m，使用了6層套管(2層應(yīng)急)以φ165.1 mm井眼完鉆至6 292.2 m； 某4定向井探井，井位處水深1 371.2 m，鉆遇了2套鹽層，累積厚度約達(dá)2 846 m，使用了5層套管(1層應(yīng)急)以φ215.9 mm×φ250.8 mm井眼完鉆至6 506.8 m(斜深，垂深6 245.6 m)，實現(xiàn)鉆井周期56.53 d，建井周期70.5 d，鉆井效率以及作業(yè)管理水平處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

2.1 Pump & Dump技術(shù)在無隔水管鉆進(jìn)φ660.4 mm井段中的應(yīng)用

Pump & Dump技術(shù)主要用于無隔水管段鉆進(jìn)期間淺層流、淺層壓力異常、井壁不穩(wěn)定等地層，是解決該類地層鉆進(jìn)鉆井液消耗量大的主要手段。

以某4井為例，該井無隔水管鉆進(jìn)φ660.4 mm井眼至φ558.8 mm套管固井結(jié)束期間設(shè)計需使用20 635桶(3 281 m3)1.91 g/cm3超級飽和鹽水重漿，而平臺可使用泥漿池容積為12 224桶(1 943 m3)，現(xiàn)場重漿儲備存在較大缺口。在采用Pump & Dump技術(shù)鉆進(jìn)φ660.4 mm井眼過程中，為不中斷當(dāng)前鉆進(jìn)以及后續(xù)作業(yè)，通過MOTF(Mix on the Fly快速混漿裝置)實時將1.91 g/cm3重漿混合1.03 g/cm3海水配置成1.37～1.43 g/cm3的低密度鉆井液泵入井內(nèi)。為解決該井段雙梯度鉆井過程中鉆井液使用量大以及平臺重漿儲存量小的問題，作業(yè)過程中優(yōu)先將作業(yè)支持船接入平臺，實時將支持船儲存的重漿輸入平臺并且優(yōu)先入井，待作業(yè)支持船重漿用盡，再啟用平臺鉆井液存量，平臺Pump & Dump鉆井工藝如圖2所示。

圖2 Pump & Dump鉆井工藝圖Fig .2 Pump & Dump technic

通過Pump & Dump技術(shù)成功實現(xiàn)了φ660.4 mm井眼無間斷雙梯度鉆井，解決了無隔水管段雙梯度鉆井過程中鉆井液消耗量大、供應(yīng)緊張的難題，減少了常規(guī)水基鉆井液或海水對鹽層段造成的沖蝕而出現(xiàn)井眼擴大的問題。作業(yè)過程中未發(fā)生井下井眼失穩(wěn)、井下漏失以及井下溢流等復(fù)雜情況，平臺儲備的剩余重漿滿足了后續(xù)墊漿、固井前循環(huán)以及固井作業(yè)要求，未發(fā)生額外的影響作業(yè)的配漿時間。

2.2 氮氣泡沫固井技術(shù)在φ558.8 mm表層套管固井中的應(yīng)用

氮氣泡沫固井技術(shù)在墨西哥灣地區(qū)作為最佳實踐工藝之一，能夠?qū)崿F(xiàn)以低密度高強度的水泥漿有效的封固淺層流地層，淺層漏失等復(fù)雜地層，成為應(yīng)對該類地層的關(guān)鍵技術(shù)手段。雖然該技術(shù)在墨西哥灣北部一側(cè)運用成熟，但在墨西哥一側(cè)深水區(qū)域還未得到應(yīng)用。通過綜合評定，選定了成本更低、固井工藝成熟、當(dāng)?shù)嘏涮踪Y源豐富以及能應(yīng)對復(fù)雜的巖鹽環(huán)境的氮氣泡沫固井技術(shù)為φ558.8 mm表層套管固井方式。

以某1井為例，該井設(shè)計使用首尾漿雙密度固井方式，首漿設(shè)計1.67 g/cm3密度氮氣泡沫水泥漿(H級水泥基漿)，附加量為100%，返至海底泥面，封隔非鹽層段地層；尾漿設(shè)計1.96 g/cm3密度水泥漿(H級水泥基漿)，附加量為25%，返至鹽層頂部，封隔鹽層段地層。若首漿泵入過程中監(jiān)測到井下漏失，可隨時往水泥漿基漿中加大氮氣泡沫注入量，以降低首漿密度，保證首漿順利返出。某1井作業(yè)期間平臺準(zhǔn)備4個液氮罐，其中2個為備用，平臺氮氣泡沫固井裝置布局如圖3所示。液體添加劑儲備量按150%附加，能滿足2次固井，實現(xiàn)應(yīng)急情況下的再次固井作業(yè)。實際作業(yè)過程中井下注入的氮氣泡沫首漿密度恒定，成功返出至海底，尾漿按計劃注入完成鹽層段封固，固井全程未監(jiān)測到漏失，固井設(shè)備、氮氣設(shè)備、液體添加劑實時控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常。后續(xù)防噴器組坐于井口時井口無下沉、φ558.8 mm管鞋處地層承壓實驗值達(dá)到預(yù)期值。

圖3 氮氣泡沫固井裝置布局示意圖Fig .3 Nitrogen Foam Cement Equipment Layout

氮氣泡沫固井技術(shù)實現(xiàn)了以低密度、高強度固井水泥漿體系封固淺部疏松、易漏失地層以及鹽層頂部富含雜質(zhì)段地層，保證了井口承載力與井筒完整性。

2.3 隨鉆地震技術(shù)在鹽層及鹽下鉆進(jìn)中的應(yīng)用

隨鉆地震技術(shù)，如圖4所示，包含井下隨鉆測井(LWD)儀器(地震傳感器位于鉆頭附近)、1個地面震源(空氣炮)和1個用于實時遙測的隨鉆測量(MWD)系統(tǒng)所組成，通過衛(wèi)星實時將井下隨鉆地震數(shù)據(jù)發(fā)回陸地處理終端，實時修正地震成像資料，具有一定的前瞻性，能有效識別鉆頭附近幾百米內(nèi)的地層信息[7-8]。

圖4 隨鉆地震技術(shù)流程圖Fig .4 Seismic while drilling technic

以某1井為例，該井在鹽層內(nèi)至目的層等多個井段使用了隨鉆地震技術(shù)，實鉆過程中所采集的地震數(shù)據(jù)噪點較多，為獲取更好的隨鉆地震數(shù)據(jù)，作業(yè)過程中變換著在不同的位置進(jìn)行了隨鉆地震數(shù)據(jù)的采集，包括接立柱期間、鉆一個單根期間、鉆半個單根期間、鉆半柱期間以及循環(huán)期間。利用該技術(shù)精準(zhǔn)地解釋了鹽下復(fù)雜的地層信息，最大限度地降低了鉆井作業(yè)風(fēng)險：

1) 在φ460.4 mm ×φ495.3 mm井段獲取實時隨鉆地震數(shù)據(jù)修正了地震成像模型；

2) 在φ460.4 mm井段獲取實時隨鉆地震數(shù)據(jù)精準(zhǔn)修正了第1套鹽層底部深度(設(shè)計4 399 m、實際4 436 m),指導(dǎo)了φ355.6 mm技術(shù)套管下至4 405 m；

3) 在φ311.2 mm×φ374.7 mm井段獲取實時隨鉆地震數(shù)據(jù)，提出3種潛在地質(zhì)模型：推覆體模型(出現(xiàn)斷層)、2套鹽模型(出現(xiàn)第2套鹽)、正常沉積模型；

4) 在φ269.9 mm×φ311.2 mm井段獲取實時隨鉆地震數(shù)據(jù)，修正了地質(zhì)模型，確定為2套鹽的地質(zhì)模型，實際鉆遇第2套鹽層，受壓力窗口窄的影響(上層管鞋地漏當(dāng)量1.72 g/cm3，φ269.9mm×φ311.2 mm井段完鉆井深鉆井液密度1.62 g/cm3，井底當(dāng)量循環(huán)密度 1.71 g/cm3)，下入φ244.5 mm套管至5 377 m(實際鹽底5 567 m)。

使用隨鉆地震技術(shù)，實時、精準(zhǔn)地解釋了第1套鹽層底部深度、鹽下地層信息、第2套鹽層深度，降低了因鉆前鹽下三維地震成像模糊提出的多套地質(zhì)模型給鉆井作業(yè)帶來的不確定性，避免了出現(xiàn)盲鉆的局面，指導(dǎo)了關(guān)鍵技術(shù)套管及鉆進(jìn)尾管的下深。

2.4 MPD控壓鉆井技術(shù)在鉆井及固井中的應(yīng)用

MPD控壓鉆井能夠精準(zhǔn)地控制整個井眼環(huán)空的壓力剖面，使不同作業(yè)工況下井底當(dāng)量壓力始終保持恒定，實現(xiàn)欠平衡鉆井液密度下的近平衡鉆井；能精細(xì)監(jiān)測井筒內(nèi)流量進(jìn)出，實現(xiàn)早期溢流監(jiān)測，能夠在開井狀態(tài)下短時間內(nèi)控制較小溢流強度下的井下溢流[9-10]。

為應(yīng)對鹽下地層安全密度窗口窄、地質(zhì)模型不確定，在φ311.2 mm×φ374.7 mm井段至φ165.1 mm井段使用了MPD鉆井以及固井作業(yè)，處理了多種井下復(fù)雜情況，使用有限的應(yīng)急套管，成功完成了地質(zhì)目標(biāo)的鉆探。

2.4.1利用MPD控壓鉆井技術(shù)實現(xiàn)早期溢流監(jiān)測并完成井控狀態(tài)下的鉆具解卡

以某1井為例，該井φ311.2 mm×φ374.7 mm井眼鉆至5 079.9 m處通過MPD系統(tǒng)監(jiān)測到井下發(fā)生0.75桶(0.12 m3)溢流，隨即切換至MPD系統(tǒng)井控模式。在不停泵狀態(tài)下，逐漸增大MPD系統(tǒng)背壓至井底當(dāng)量循環(huán)壓力增加0.02 g/cm3，仍然無法平衡地層壓力，隨即進(jìn)入關(guān)井程序，迅速完成關(guān)井后進(jìn)入井控狀態(tài)，關(guān)井前井下總共發(fā)生11桶(1.75 m3)溢流。從監(jiān)測到溢流到確定井下發(fā)生溢流，在15 min以內(nèi)便完成了關(guān)井，最大限度地降低了關(guān)井前的溢流量。

待求取套壓和立壓后使用司鉆法壓井，無法建立第1周循環(huán)壓井作業(yè)，井下環(huán)空堵死無法建立循環(huán)通道。調(diào)節(jié)防噴器組閘板位置以及環(huán)形防噴器關(guān)閉壓力，試圖活動鉆具失敗，無法通過活動鉆具的方式打開環(huán)空循環(huán)通道。無法建立循環(huán)通道預(yù)示著無法進(jìn)行壓井作業(yè)，也就無法完成井控作業(yè)，井控處理難度增大。鉆具能否解卡、循環(huán)通道能否打開成為了能否進(jìn)行壓井作業(yè)的關(guān)鍵。使用MPD控壓鉆井技術(shù)對鉆具進(jìn)行解卡，成為了A1井在后續(xù)能順利完成壓井作業(yè)的重要決策。某1井在井控狀態(tài)下使用MPD控壓鉆井技術(shù)對鉆具完成解卡，各個關(guān)鍵決策點如下：

1) 首次關(guān)井期間觀察到立壓上漲，井下浮閥可能失效，利用關(guān)井套壓求取地層壓力，確定壓井液密度為1.59 g/cm3(井筒內(nèi)原始鉆井液密度為1.47 g/cm3)；

2) 環(huán)空無法建立循環(huán)，通過鉆桿向地層擠注1.59 g/cm3壓井液，優(yōu)先在鉆桿內(nèi)一側(cè)建立恒定密度壓井液，保證鉆桿內(nèi)一側(cè)能始終平衡住地層壓力；

3) 快速完成立壓泄壓，觀察到立壓不上漲，判斷井下浮閥有效；

4) 判斷卡點位于鉆具組合下部(循環(huán)堵漏短節(jié)以下)，激活循環(huán)堵漏短節(jié)開啟循環(huán)孔，套壓未上漲(環(huán)空通道未打通)，判定井下存在多個卡點(循環(huán)堵漏短節(jié)以上還存在卡點)；

5) 快速完成立壓泄壓，觀察到立壓再次上漲，判斷井下循環(huán)堵漏短節(jié)循環(huán)孔未自動關(guān)閉；

6) 循環(huán)頂替防噴器組上方隔水管內(nèi)鉆井液為壓井液，保持MPD背壓恒定在4.14 MPa(600 psi)，用壓井液循環(huán)沖洗阻流壓井管線，用壓井液循環(huán)沖洗中閘版以上防噴器組內(nèi)腔；

7) 增大MPD背壓至4.48 MPa(650 psi)，打開上萬能防噴器，溢流檢查，井眼穩(wěn)定；打開中閘板以上、以下壓井/阻流管線水下事故閥，溢流檢查，防噴器組水下壓力表穩(wěn)定，井眼穩(wěn)定；

8) 保持MPD背壓恒定在4.48 MPa(650 psi)，打開中閘板，完成開井(防噴器組處于完全打開狀態(tài))，溢流檢查，井眼穩(wěn)定；

9) 在開井狀態(tài)下，上、下活動鉆具激活震擊器，鉆具成功解卡，嘗試對鉆具施加高扭矩，鉆具開始活動；MPD設(shè)備監(jiān)測到井下發(fā)生4桶(0.64 m3)回流；

10) 關(guān)井，恢復(fù)關(guān)井下的井控狀態(tài)；

11) 判定井下鉆具已成功解卡，環(huán)空流道階段性打通。

MPD控壓鉆井技術(shù)創(chuàng)新性的用于井控中的解卡作業(yè)，鉆具的成功解卡成為了該井后續(xù)能夠壓井成功的關(guān)鍵。

2.4.2利用MPD控壓鉆井技術(shù)實現(xiàn)井筒帶壓狀態(tài)下的固井

以某1井為例，φ311.2 mm ×φ374.7 mm井段鉆遇了鹽下破碎帶地層并造成了鉆具的卡鉆，鉆遇了高壓地層導(dǎo)致了卡鉆下的井控作業(yè)，在破碎帶地層中的解卡與長時間復(fù)雜的井控處理過程，導(dǎo)致了該井段在破碎帶地層形成了嚴(yán)重的“呼吸效應(yīng)”，形成了下部地層高壓，上部地層漏失的局面。最終該井段在成功處理完井控事件后，無法再繼續(xù)鉆進(jìn)，同時無法獲取足夠的窗口對井筒內(nèi)泥漿進(jìn)行循環(huán)加重，只能通過使用MPD控壓鉆井系統(tǒng)進(jìn)行井筒內(nèi)帶壓情況下的起鉆以及下尾管固井作業(yè)。

整個起鉆以及立柱卸扣期間，全程使用MPD控壓鉆井系統(tǒng)對井筒施加恒定背壓，使井下始終保持微過平衡于井底高壓地層又不至于使薄弱地層出現(xiàn)漏失的狀態(tài)，同時良好地抑制了破碎帶段出現(xiàn)“呼吸效應(yīng)”。在裸眼段起鉆，為避免起鉆產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)誘導(dǎo)地層流體進(jìn)入井筒，還采取了開泵的方式起鉆。當(dāng)鉆頭起至防噴器組以上時，關(guān)閉防噴器組中的剪切閘板，在防噴器組以下圈閉等量的MPD背壓值，隨后泄掉隔水管中的背壓完成正常起鉆作業(yè)。

在隔水管內(nèi)下入φ301.6mm尾管期間不啟用MPD控壓鉆井系統(tǒng)，當(dāng)管鞋接近防噴器組上方時，開始啟用MPD控壓鉆井系統(tǒng)并施加一定量背壓，隨后泄掉防噴器以下圈閉壓力并打開防噴器組，進(jìn)行帶背壓情況下的下送套管作業(yè)。送套管串過程中，由于環(huán)空間隙變小，環(huán)空摩阻導(dǎo)致井底激動壓力較大形成井下漏失。通過逐步減小背壓、控制套管送入速度的方式控制井下漏失量，最終在送入套管至井底過程中，送入期間無需施加任何背壓，僅在接立柱期間施加背壓。

固井期間利用MPD控壓鉆井系統(tǒng)實時控制井底壓力，保證了全過程過平衡于井底壓力的基礎(chǔ)上，滿足了固井水泥漿環(huán)空返高及對高壓層段的封固要求。具體過程如下：

1) 啟用MPD控壓鉆井系統(tǒng)，施加MPD背壓；

2) 泵入固井水泥漿期間保持MPD背壓值不變；

3) 頂替期間逐步降低MPD背壓，通過井底當(dāng)量循環(huán)壓力平衡地層壓力；

4) 固井水泥漿進(jìn)入套管外環(huán)空期間，逐步降低MPD背壓至0；

5) 固井水泥漿頂替結(jié)束后，恢復(fù)固井前MPD背壓值；

6) 坐封尾管掛，對尾管掛密封性進(jìn)行驗封；

7) 逐步泄掉MPD背壓至0，溢流檢查，井眼穩(wěn)定，完成帶壓情況下的固井以及尾管掛坐封作業(yè)。

使用MPD控壓鉆井技術(shù)，實時監(jiān)測了鉆進(jìn)、停泵、起下鉆、下套管期間井下井眼狀況，精細(xì)控制了井底壓力。實時提高背壓，快速解決了鹽下鉆進(jìn)時的井壁失穩(wěn)；流量計精細(xì)監(jiān)測返出，快速判斷了鹽下井段出現(xiàn)的井下溢流；停泵期間施加背壓，避免了因井底出現(xiàn)欠平衡導(dǎo)致單根氣以及井眼失穩(wěn)；起下鉆期間帶背壓使井下保持微過平衡狀態(tài)，在鹽下窄窗口地層降低了井下漏失量；帶背壓下固φ301.6 mm和φ244.5 mm尾管，封固了多個復(fù)雜層段地層；φ311.2 mm×φ374.7 mm井段井控期間，下部鉆具組合卡鉆且環(huán)空堵死無法建立壓井循環(huán)通道，帶背壓打開防噴器組利用震擊器對鉆具完成了解卡，避免了井控事件的惡化。

2.5 下套管自動灌漿兼激動壓力控制技術(shù)在下套管中的應(yīng)用

下套管期間，因環(huán)空返出流道變小、下入速度過快，造成激動壓力過大，在薄弱地層處容易形成漏失。下送套管過程中，通過增大返出流道的方式減少環(huán)空摩阻，是降低激動壓力的有效做法。在套管串中使用自動灌漿附件不僅可以節(jié)省常規(guī)下套管期間的灌漿時間，還能使管串內(nèi)部通道變成返出流道以降低激動壓力；在送入管柱中使用激動壓力控制工具，使送入管柱帶有旁通孔，可以形成更多的返出的流道，能進(jìn)一步降低激動壓力。自動灌漿技術(shù)以及激動壓力控制技術(shù)能有效地降低激動壓力，減輕激動壓力對薄弱地層的影響，是應(yīng)對窄窗口地層漏失，提高后續(xù)固井成功率的關(guān)鍵技術(shù)。

本項目在φ355.6 mm技術(shù)套管下入過程中，使用自動灌漿技術(shù)提高了整體下套管的速度，綜合平均速率約240 m/h，最大速率達(dá)到320 m/h，極大地提高了長管串的下入速率。以某4井為例，φ301.6 mm尾管下入過程使用自動灌漿附件結(jié)合激動壓力控制工具的方式，克服了環(huán)空間隙窄的問題，最大程度地減小了激動壓力對鹽下不穩(wěn)定地層以及薄弱地層的影響，整個過程未發(fā)生漏失。

下套管自動灌漿兼激動壓力控制技術(shù)提高了技術(shù)套管以及鉆進(jìn)尾管的下入效率，降低了下入套管期間對井底造成的激動壓力，減少了激動壓力對地層造成的漏失。

2.6 可旋轉(zhuǎn)式尾管掛技術(shù)在應(yīng)對下套管遇阻中的應(yīng)用

下套管遇阻在每個井段都有可能發(fā)生，且處理遇阻的手段十分有限。如果無法通過遇阻點，有時需要起出整個管串進(jìn)行通井作業(yè)，保證井眼順暢后再次下入套管，將會增加井眼暴露時間，進(jìn)一步增加套管再次遇阻以及下不到位的風(fēng)險。如果套管下不到位，無法實現(xiàn)套管掛在井口的坐封，在惡劣情況下，甚至發(fā)生卡套管的情況，無法起出套管只能進(jìn)行側(cè)鉆。如果已經(jīng)建立技術(shù)套管，采用下尾管的方式能夠有效地應(yīng)對下套管遇阻以及下不到位的情況，緊急情況下可就地固井完成尾管掛坐封，以最大程度地封固裸眼段。配合使用可旋轉(zhuǎn)式尾管掛，在遇阻情況下，不僅可以滿足管柱在垂向上的運動，還可以實現(xiàn)管柱在軸向上的運動，能提高處理套管遇阻的能力。

本項目在φ301.6 mm尾管和φ244.5 mm尾管下入過程中均使用到了可旋轉(zhuǎn)式尾管掛，利用其旋轉(zhuǎn)性能順利通過遇阻點，避免了卡套管的發(fā)生。以某4井為例，設(shè)計下入φ301.6 mm尾管封固鹽層底部蠕變段以及鹽下井眼不穩(wěn)定段，為應(yīng)對井下復(fù)雜的情況，采用了復(fù)雜的管串組合，從下至上分別為：

1) 帶旋轉(zhuǎn)刀翼及PDC齒的可鉆式浮鞋，可在管串旋轉(zhuǎn)時具備破巖、修整井壁的能力；無浮閥裝置，配合自動灌漿浮箍實現(xiàn)自動灌漿；

2) 帶扶正翼的套管扶正器短節(jié)，可以提高套管附件段居中度，提高固井質(zhì)量；

3) 自動灌漿浮箍，轉(zhuǎn)換前實現(xiàn)自動灌漿；轉(zhuǎn)換后啟動雙浮閥裝置，實現(xiàn)常規(guī)浮箍功能；

4) 帶扶正翼的套管扶正器短節(jié)，可以提高套管居中度，提高固井質(zhì)量；

5) 套管段；

6) 可旋轉(zhuǎn)式尾管掛，套管遇阻時可旋轉(zhuǎn)套管，提高管串通過遇阻點概率；

7) 鉆桿，套管串送入管柱；

8) 激動壓力控制短節(jié)，降低下套管期間激動壓力；

9) 鉆桿，套管串送入管柱；

10) 可旋轉(zhuǎn)式固井水泥頭，固井期間保持井下管串旋轉(zhuǎn)，提高固井質(zhì)量。

某4井下φ301.6 mm尾管至4 588.5 m處開始出現(xiàn)遇阻(鹽底深度4 814 m)，上下活動套管無法通過。開啟頂驅(qū)，使管串保持5～10 r/min的低轉(zhuǎn)速，全程不開泵劃眼下套管至4 821 m(期間未見明顯遇阻點，鹽底深度4 814 m)，開始遇阻并且出現(xiàn)憋扭矩的現(xiàn)象。嘗試開泵無法獲得返出，多次活動管串并獲得返出后，上下活動管串通過遇阻點。提高轉(zhuǎn)速至20 r/min，全程開泵劃眼下套管至井底，期間井下發(fā)生部分漏失，隨后獲得全部返出。整個下入期間頻繁遇阻、憋泵以及憋扭矩，最大扭矩達(dá)27 116 N·m，最大遇阻27.2 t。接固井水泥頭，固井前循環(huán)期間使管串保持2 r/min的低轉(zhuǎn)速，井下未出現(xiàn)漏失。

使用可旋轉(zhuǎn)式尾管掛技術(shù)，下送φ301.6 mm尾管通過鹽下不穩(wěn)定地層段遇阻時，接入頂驅(qū)使管串保持軸向運動，順利通過遇阻點，避免了套管提前坐封，增加了下套管遇阻時的處理手段，提高了下套管封固不穩(wěn)定地層成功率。

2.7 一次性長效棄井技術(shù)在裸眼段棄井中的應(yīng)用

在裸眼段中注入棄井水泥塞對地層永久封固，單個水泥塞長度不超過250 m。若對全裸眼段進(jìn)行永久棄井，需要分段注入多個水泥塞。完成單個水泥塞注入后，需拆固井水泥頭并起鉆至塞頂上方?jīng)_洗干凈鉆桿中附著的水泥，再接回固井水泥頭進(jìn)行下一個棄井水泥塞作業(yè)。多次拆甩固井水泥頭、起鉆以及沖洗鉆桿作業(yè)，將延長裸眼棄井時間，容易在水泥塞頂形成混漿段進(jìn)而影響棄井水泥塞對地層的屏障效果。

本項目永久棄井過程中，使用一次性長效棄井技術(shù)，實現(xiàn)了單個棄井水泥塞對全裸眼段的永久棄井。一次性長效棄井技術(shù)的關(guān)鍵是在棄井光鉆桿中連接一個井下脫手短節(jié)，該短節(jié)位于棄井水泥塞頂附近。向井下泵入設(shè)計量水泥漿后，從鉆桿中投入脫手介質(zhì)，隨后頂替水泥漿至脫手介質(zhì)坐于脫手短節(jié)，通過打壓的方式對該工具進(jìn)行脫手，脫手成功后，該短節(jié)以下管串留于井底。

使用一次性長效棄井技術(shù)，創(chuàng)新了棄井工藝，利用棄井管串脫手短節(jié)優(yōu)化了棄井管串組合，實現(xiàn)了在裸眼段一次性注入單個超1 000 m的超長棄井水泥塞對多個目的層位的永久封固，極大地提高了棄井效率，提升了井筒屏障效果。

3 應(yīng)用成效

墨西哥灣地區(qū)進(jìn)行深水鹽下井的鉆探作業(yè)準(zhǔn)備周期較長，通常需要2～3a的準(zhǔn)備時間才能達(dá)到開鉆條件。本文所述超深水鹽下項目，在準(zhǔn)備期間受到了區(qū)域疫情等多種不可抗因素的影響，但仍然在一年半內(nèi)的時間內(nèi)便完成了準(zhǔn)備，較同類型高風(fēng)險國際性鉆探項目準(zhǔn)備周期縮短了25%～50%。

本文所述墨西哥項目使用了多項特殊的超深水鹽下鉆井技術(shù)，克服了雙鹽層鉆井困難的難題，解決了鉆探過程中出現(xiàn)的井眼失穩(wěn)、井下漏失、鉆具卡鉆、下套管遇阻、井下壓力異常、井控等一系列井下復(fù)雜情況，實現(xiàn)了安全、高效的鉆探超深水、超深井鹽下油氣藏。作業(yè)期間依然受不可抗因素影響，但仍然在計劃工期和成本內(nèi)完成了地質(zhì)目標(biāo)的鉆探，較計劃整體時效提高約13%，作業(yè)成本節(jié)約近23%，作業(yè)效率以及作業(yè)成本在行業(yè)內(nèi)具有十分明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

墨西哥超深水鹽下油氣藏構(gòu)造是一個甜點，但也是一個鉆探難點。隨鉆地震技術(shù)能有效解決鹽下地震成像模糊的問題，實時解釋地質(zhì)信息，降低鹽下地質(zhì)不確定給鉆井工程帶來的風(fēng)險和難度；MPD精細(xì)控壓鉆井技術(shù)能有效解決鹽下地層安全密度窗口窄的問題，是應(yīng)對漏失、減少井控事件發(fā)生、提高作業(yè)效率的關(guān)鍵技術(shù)；結(jié)合使用Pump & Dump動態(tài)壓井技術(shù)、氮氣泡沫固井技術(shù)、下套管自動灌漿兼激動壓力控制技術(shù)、可旋轉(zhuǎn)式尾管掛技術(shù)以及一次性長效棄井等鹽下鉆井技術(shù)，不僅可以降低鹽下鉆探的風(fēng)險，還能提高井下復(fù)雜情況的處理效率，降低綜合勘探成本，可為墨西哥灣乃至全球深水熱點區(qū)域深水鉆井工程提供借鑒。