賈軻

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司 廣東 湛江 524000

近年來，隨著鶯歌海盆地勘探重心轉(zhuǎn)移到XX區(qū)，探井作業(yè)面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。2015年至今，XX區(qū)先后發(fā)現(xiàn)XX10-1、XX10-3、XX11-1等含氣構(gòu)造，證實(shí)了XX10區(qū)優(yōu)越的油氣成藏條件。由于該區(qū)探井地層壓力系數(shù)過高（高達(dá)2.3）、壓力窗口過窄（低至0.01g/cm3），2016年前部署的多口探井，在進(jìn)入目的層段后，溢流、井漏等復(fù)雜情況頻發(fā)，最終由于作業(yè)窗口過窄，未能完成鉆前設(shè)計(jì)地質(zhì)任務(wù)，嚴(yán)重影響探索高溫超高壓領(lǐng)域勘探信心和油氣勘探進(jìn)程。

1 鶯歌海盆地超高溫高壓探井面臨的問題及挑戰(zhàn)

2016年前，XX10區(qū)最初部署的3口超高溫高壓井相繼失利，使得該區(qū)超高溫高壓井作業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和空前的壓力。其中，XX10-A1井溫度187℃，泥漿比重2.25 g/cm3，該井8-3/8”井段目的層鉆進(jìn)時多次發(fā)生溢流和井漏，最終因目的層無作業(yè)窗口而無奈選擇棄井作業(yè)，僅獲得部分地質(zhì)資料。XX10-A2井溫度202℃，泥漿比重2.28 g/cm3，該井在8-3/8”井段目的層鉆遇異常高壓，多次發(fā)生溢流和井漏，堵漏期間發(fā)生鉆具遇卡，終因沒有窗口，且處理卡鉆代價太大而棄井；XX16-A1井，最高泥漿比重2.28 g/cm3，在7”尾管固井過程中發(fā)生溢流，水泥漿受高溫地層水影響出現(xiàn)早凝導(dǎo)致無法脫手，最終不得不棄井。

通過對已鉆井問題進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，本文系統(tǒng)梳理了超高溫高壓井作業(yè)面臨的具體問題，主要有以下四個方面。

1.1 井下地質(zhì)條件復(fù)雜

XX10區(qū)地層壓力系數(shù)高，目的層段壓力成因及壓力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致鉆前壓力預(yù)測誤差較大。此外，部分地層灰質(zhì)較為發(fā)育，降低了地層承壓能力，導(dǎo)致安全密度窗口進(jìn)一步收窄，對鉆井設(shè)計(jì)和作業(yè)安全造成了極大的影響。由表1可知，在今后很長一段時間內(nèi)，窄壓力窗口超高溫高壓井已成為XX區(qū)勘探鉆井新常態(tài)。

表1 2022年～2024年待鉆超高溫高壓井基本信息表

1.2 極窄壓力窗口作業(yè)能力有待提高

由于XX10區(qū)目的層安全密度窗口通常＜0.1 g/cm3，壓力窗口極窄，部分井段甚至出現(xiàn)負(fù)窗口，因此超高溫高壓井對現(xiàn)有作業(yè)能力的提升提出了很高的要求，特別是對鉆井平臺的設(shè)備能力，如井控裝置能力、泥漿池容積及提升系統(tǒng)能力等方面有嚴(yán)格的要求。

1.3 泥漿固井技術(shù)需優(yōu)化

XX10區(qū)最早的三口高溫超壓井，泥漿體系穩(wěn)定性欠缺，對工程安全作業(yè)造成了較大影響，主要存在以下問題：1）與實(shí)際作業(yè)相比，復(fù)查的稠化時間差異大；2）目前的水泥漿體系對溫度極其敏感。在120℃條件下，2.0sg水泥漿降5℃稠化時間增量7小時減少為3小時。井下溫度的不確定性對水泥凝固將造成極大影響，作業(yè)風(fēng)險極高；3）目前的水泥漿體系防氣竄能力有待提高。

1.4 海上超高溫高壓井測試難度極大

XX10區(qū)海上超高溫高壓井儲層壓力系數(shù)超2.2g/cm3，溫度超過200℃，測試主要面臨以下難題：1）井下溫度和壓力接近工具極限，極易導(dǎo)致入井管柱密封件和封隔器的功能和強(qiáng)度失效；2）高密度測試液長時間靜止極易產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致射孔失效及解封封隔器困難；3）受溫壓影響復(fù)雜，管柱伸縮量難以確定；4）井控風(fēng)險極高，對測試地面流程安全要求極高。

2 超高溫高壓勘探鉆井技術(shù)對策

為解決南海西部高溫高壓井勘探作業(yè)中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，經(jīng)過探索、攻關(guān)和實(shí)踐，從地質(zhì)預(yù)測識別能力、窄壓力窗口鉆井技術(shù)、泥漿固井技術(shù)以及測試工藝技術(shù)等五大方面著手，形成了適合鶯瓊盆地XX區(qū)超高溫高壓探井的鉆井技術(shù)方法。

2.1 加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測識別能力

2.1.1 開展深度卡層與壓力預(yù)警技術(shù)研究

通過地質(zhì)資料的收集和處理分析，建立疊前深度片速度模型，收集預(yù)處理的層速度、地層各項(xiàng)異性參數(shù)，經(jīng)過專業(yè)軟件處理和解釋，提供高精度成像數(shù)據(jù)，真實(shí)、直觀地反映地層構(gòu)造等信息，其基本原理（如圖1），有效指導(dǎo)了XX10-A3井、XX10-B1井等超高溫高壓井關(guān)鍵層段現(xiàn)場作業(yè)決策。

圖1 深度卡層與壓力預(yù)警技術(shù)流程圖

2.1.2 充分利用VSP測井

開展以工程需求為導(dǎo)向的VSP測井，加強(qiáng)對隨鉆過程地質(zhì)信息把控，精切卡層，反演下部層位深度及壓力預(yù)測，為超高溫高壓井作業(yè)決策提供重要信息，取得了良好的應(yīng)用效果，見表2。

表2 以工程需求為導(dǎo)向的VSP作業(yè)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

同時，引入隨鉆VSP技術(shù)，基本原理見圖2。與電纜VSP相比，該技術(shù)能夠隨鉆傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時性強(qiáng)，達(dá)到及時反演下部地層的效果。該技術(shù)在XX29-B1井中進(jìn)行了應(yīng)用，對9-5/8″套管下深，卡準(zhǔn)目的層T31-A1砂體深度起到關(guān)鍵作用。

圖2 隨鉆VSP應(yīng)用流程

2.2 開展窄壓力窗口作業(yè)技術(shù)研究

從井筒壓力精細(xì)控制、井身結(jié)構(gòu)調(diào)整、配套設(shè)備升級以及控壓鉆井技術(shù)引進(jìn)等方面入手，力求解決XX10區(qū)超高溫高壓井極窄壓力窗口問題，確保井筒作業(yè)安全，成功實(shí)現(xiàn)勘探目的。

2.2.1 井筒壓力精細(xì)控制技術(shù)

極窄的壓力窗口必然要求對井筒壓力進(jìn)行精細(xì)控制。經(jīng)過不斷的總結(jié)摸索，對于該區(qū)井筒壓力，采取了針對性地措施進(jìn)行精細(xì)控制，具體原則為：基于各層段地質(zhì)特征，分井段采取不同壓力控制策略，即“常溫常壓井段，優(yōu)快作業(yè)；高溫超壓井段，精細(xì)化作業(yè)”。

對于上部常壓地層及壓力過度段泥巖地層，即17-1/2”、12-1/4”井段，優(yōu)快作業(yè)，及時發(fā)現(xiàn)及應(yīng)對淺部高壓層。其主要關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)包括：建立穩(wěn)定井口、降低高溫風(fēng)險、應(yīng)對預(yù)測外高壓砂體、適當(dāng)采用欠平衡鉆井進(jìn)行提速以及有效封固9-5/8”套管。

對目的層8-3/8”井段，細(xì)分三種工況，不同工況下采用不同壓力控制策略。正常鉆進(jìn)條件下、井漏及溢流等復(fù)雜情況發(fā)生條件下以及配備控壓鉆井裝置條件下，采取不同的精細(xì)控壓措施。

以上技術(shù)方法的使用，使得鉆開高壓層工藝系統(tǒng)化、精細(xì)操作標(biāo)準(zhǔn)化，從井筒壓力精細(xì)控制角度來應(yīng)對目的層超壓段極窄壓力窗口問題，并在XX10區(qū)新鉆高溫超壓探井中廣泛使用，取得了良好的效果。

2.2.2 增加大尺寸套管下入深度

通過增加大尺寸套管下深，可以增加上部套管管鞋處的承壓能力，極大增加后續(xù)高壓井段的作業(yè)窗口。在該區(qū)作業(yè)過程中，20″套管均突破1200m，13-3/8″套管均超過3000m，接連刷新海油紀(jì)錄。同時，針對部分非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井，通過該措施可以減少一層非常規(guī)套管，達(dá)到優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和節(jié)省了工期費(fèi)用的雙重效果。

2.2.3 引入控壓鉆井技術(shù)

控壓鉆井是應(yīng)對窄壓力窗口的有效技術(shù)之一，其核心是鉆井過程中通過在井口連續(xù)施加一定回壓，維持整個井筒環(huán)空壓力相對恒定，實(shí)現(xiàn)了不同工況下平衡地層壓力的目標(biāo)，有效應(yīng)對了該井安全密度窗口窄、壓力不確定性高的鉆完井難題，作業(yè)過程中未發(fā)生溢流及井漏等復(fù)雜情況，成功取全勘探地質(zhì)資料。

2.2.4 提高管鞋及薄弱地層承壓能力

由于XX10區(qū)黃流組和梅山組地層含灰，常出現(xiàn)管鞋處承壓能力不足的問題。技術(shù)套管固井作業(yè)時創(chuàng)新采用“擠入式”固井工藝，提升管鞋承壓能力，技術(shù)套管管鞋承壓能力大大提高，在XX9-2-1、XX10-6-1等井10余口井中應(yīng)用效果良好。

2.3 優(yōu)化泥漿固井技術(shù)

2.3.1 加重材料評價及優(yōu)選

XX10區(qū)地層壓力系數(shù)最高達(dá)2.30，鉆井液比重高，如何優(yōu)選合適的加重材料保持良好的泥漿性能是鉆井成功的關(guān)鍵。目前常用重晶石為加重材料，整對區(qū)域特點(diǎn)，探索了錳鐵粉及鈦鐵粉的性能，并評價了其加重效果：就鉆井液流變性及高溫高壓失水而言，重晶石＞錳礦粉＞鈦鐵粉；而在沉降穩(wěn)定性方面，錳礦粉＞鈦鐵礦＞重晶石。錳礦粉沉降系數(shù)最低僅為0.504，作為加重劑有優(yōu)勢，但是價格是重晶石的15倍，可后續(xù)高溫超壓井中根據(jù)情況使用。

2.3.2 超高比重泥漿體系優(yōu)化

鶯歌海區(qū)域的泥漿配方經(jīng)過不斷的優(yōu)化，已形成一套成熟穩(wěn)定的超高溫高壓泥漿體系。主要材料包括：使用高溫聚合物（如Calovis HT）提高水泥漿高溫穩(wěn)定性；優(yōu)選液體聚胺（如KLAHIB）增強(qiáng)抑制性；采用不同粒徑碳酸鈣、瀝青和G-Seal等復(fù)配，提高封堵性；鉆進(jìn)及循環(huán)期間少量持續(xù)加水，保障水泥漿中的自由水；保持泥漿高PH值，防止CO2污染水泥漿。

2.3.3 超高比重泥漿堵漏技術(shù)改進(jìn)

針對XX10區(qū)窄壓力窗口現(xiàn)狀，結(jié)合堵漏配方，優(yōu)選了FORM-A-BLOKTM高強(qiáng)度堵漏劑、VANGUARD綜合堵漏劑以及膠凝堵漏劑，并在XX10-C1井進(jìn)行了嘗試應(yīng)用，防漏效果顯著。應(yīng)對不同漏失類型制定堵漏預(yù)案，目前常用的堵漏處理方案為：防漏及隨鉆承壓普遍采用井漿+3～5%細(xì)粒徑堵漏材料；小型漏失采用井漿+3～5%細(xì)粒徑堵漏材料+3-5%中粒徑堵漏材料；中型漏失采用井漿+5%細(xì)粒徑堵漏材料+5%中粒徑堵漏材料；大型漏失往往采用堵漏段塞，即井漿+10%較粗粒徑堵漏材料復(fù)配，針對失返性漏失情況下可使用FORM-A-SQUEEZE效果較理想。

2.3.4 水泥漿體系穩(wěn)定性研究

首先從泥漿材料入手，通過試驗(yàn)從水泥漿的主要成分入手，逐項(xiàng)分析硅酸三鈣、鋁硅酸鈣、硫酸鈣等成分對泥漿性能的影響；其次，結(jié)合區(qū)塊特點(diǎn)，優(yōu)選緩凝劑、降失水劑，降低其對溫度的敏感度；最后，沖洗液采用加重清洗液+粗砂顆粒組合，具有清洗井壁和平衡壓力雙重作用，控制首尾漿稠化時間及頂替進(jìn)度，確保壓穩(wěn)地層前提下有效解決氣竄問題。

2.4 升級超高溫高壓氣井測試工藝技術(shù)

對現(xiàn)有測試工藝進(jìn)行了全面升級，優(yōu)化施工管柱配置，精確計(jì)算管柱伸縮量，優(yōu)化高密度測試液沉降穩(wěn)定性，合理設(shè)計(jì)測試地面流程，形成了一套海上高溫超壓氣井測試技術(shù)。

2.4.1 優(yōu)化高密度測試液

超高溫高壓井對測試液的沉降穩(wěn)定性要求苛刻，高溫長時間凈值不產(chǎn)生沉淀，以便測試后實(shí)現(xiàn)封隔器的順利解封。通過優(yōu)選超細(xì)重晶石作為加重材料，分別在195℃、205℃溫度條件下在室內(nèi)測試液性能，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。經(jīng)過高溫靜置，沒有出現(xiàn)高溫減稠現(xiàn)象，測試液上下密度差均不超過0.02 g/cm3，超細(xì)重晶石作為測試液的加重材料沉降穩(wěn)定性較理想。

表3 高密度測試液高溫靜置前后性能測試結(jié)果

由于XX10區(qū)高溫超壓井地層氣中通常CO2含量高，對測試液要求有較高的抗CO2污染能力。高堿度高石灰含量封閉測試液可有效提高抗CO2污染的能力，防止因污染出現(xiàn)稠化，確保管柱有效傳壓，降低開啟工具的壓力。

在實(shí)際作業(yè)過程中，比重2.33SG，測試溫度200℃，靜止100小時無沉降，射孔、開關(guān)井傳壓正常，解封正常最大過提27.8T，返出測試液比重穩(wěn)定，流變性弱增稠，刷新了中國海上最高測試液比重紀(jì)錄。

2.4.2 升級測試工具性能

高溫高壓井對測試管柱中的閥門（如RD循環(huán)閥及旁通試壓閥等）的性能要求極高，通過對管柱關(guān)鍵部分性能升級，工具抗外擠強(qiáng)度由16k增加至24k，密封材質(zhì)由耐堿≤PH9升級至耐堿≥11，LPR-N測試閥升級為雙氮室，操作更為可靠，插入密封由V型成升級為耐固相子彈型。通過以上措施有效增加了測試期間的安全性和可靠性。

2.4.3 優(yōu)化地面管匯，增強(qiáng)可靠性

集成地面安全閥與動力油嘴，形成雙級油嘴管匯，實(shí)現(xiàn)了上游高壓流程模塊化，安裝便捷可靠；采用高耐沖蝕動力油嘴，提高井口操作安全性，有效完成高固相（超過40%）泥漿清噴、高壓差（超過6000psi）二級節(jié)流降壓以及遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)開度；特制15k測試專用高壓立管，從鉆臺到油嘴管匯全部采用3-1/16”壁厚22mm、耐壓15000 psi的定制高壓立管，提高高壓段可靠性。

3 應(yīng)用效果

南海西部海域近5年共實(shí)施27口超高溫高壓井，隨著勘探力度逐步向超高溫高壓區(qū)域拓展，作業(yè)井?dāng)?shù)和難度均逐年上升，依托鶯歌海盆地超高溫高壓探井鉆井關(guān)鍵技術(shù)，目前實(shí)施的高溫高壓井QHSE各項(xiàng)指標(biāo)控制優(yōu)良，有效控制了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，鉆井周期也逐年下降，有效控制了高溫高壓井的勘探成本。

4 結(jié)論及展望

中國南海高溫高壓勘探經(jīng)過長期技術(shù)沉淀，目前高溫高壓領(lǐng)域已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)由勘探向油氣開發(fā)轉(zhuǎn)換，XX10-3氣田開發(fā)后續(xù)將作為南海海域新的油氣接替主力。通過技術(shù)攻關(guān)與實(shí)踐，優(yōu)質(zhì)高效地完成了多口高溫超壓井作業(yè)，形成了一套適應(yīng)于該區(qū)域地質(zhì)特征的鉆完井技術(shù)。

（1）地質(zhì)不確定性及極窄壓力窗口是超高溫高壓井面臨的重要挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)及作業(yè)過程中，需強(qiáng)化工程為導(dǎo)向的地質(zhì)資料獲取，切實(shí)加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測識別能力，精準(zhǔn)關(guān)注各井段地質(zhì)風(fēng)險點(diǎn)。

（2）極窄壓力窗口是XX10區(qū)必須面對的客觀條件。通過技術(shù)攻關(guān)及總結(jié)，已形成了一套有效應(yīng)對該區(qū)極窄壓力窗口的技術(shù)流程及作業(yè)方法，包括井筒壓力精細(xì)控制、井身結(jié)構(gòu)調(diào)整、配套設(shè)備升級以及控壓鉆井技術(shù)等。

（3）通過加重材料評價及優(yōu)選、超高比重泥漿體系優(yōu)化、超高比重泥漿堵漏技術(shù)改進(jìn)、水泥漿體系穩(wěn)定性研究，不斷優(yōu)化高溫高壓泥漿固井技術(shù)。

（4）全面升級現(xiàn)有測試工藝，優(yōu)化管柱配置，精確計(jì)算管柱伸縮量，優(yōu)化高密度測試液沉降穩(wěn)定性，合理設(shè)計(jì)測試地面流程，形成了一套海上超高溫高壓氣井測試技術(shù)，攻克極限工況挑戰(zhàn)，多項(xiàng)作業(yè)刷新紀(jì)錄。