Missan油田鹽膏層鉆井技術

李軍偉，趙景芳，楊鴻波

馬德新，桑 華 （中海油田服務股份有限公司天津分公司，天津300452）

Missan油田位于伊拉克東南部Missan省，毗鄰伊朗邊界，構造上處于美索不達米亞地區。地層自上而下分別是第三系的Upper Fars，Lower Fars，Jeribe組和白堊系，其中Lower Fars組為鹽膏地層，厚約800m，埋藏深度2000～3000m，巖性包含大段的硬石膏、軟石膏、軟泥巖、純鹽層等，層間夾有高壓鹽水。20世紀70年代，該油田進行了第一批井鉆井作業，受鹽膏層蠕變的影響，井下事故多發。由于開發難度大，油田后續開發計劃一再延后。2009年油田恢復鉆井，運用鹽膏層蠕變機理，應用高密度鉆井液成功抑制了鹽膏層的蠕變，但由于地層壓力窗口窄，鹽膏層中含有異常活躍的高壓鹽水層，鉆井過程中又出現了井漏、溢流、井眼縮徑現象，卡鉆、卡套管等井下事故頻發，部分井甚至報廢。在認真分析、總結的基礎上，針對高壓鹽水的影響，從鉆井液密度、鉆井液體系、鉆具組合及固井方面進行了改進，通過作業實踐，有效解決了上述問題。

1 鉆井作業難點

1.1 鹽水層壓力高

受構造運動的影響水平方向存在擠壓，大水平地應力作用使鹽膏層具有很高的壓力。鹽水層的最大壓力系數高達2.04，流動性強，一旦壓力失衡，極易侵入井筒，且速度很快；另一方面，平衡地層壓力需要高比重鉆井液平衡，高密度鉆井液抗污染能力弱，高壓鹽水流動性很強，易侵入井筒，污染鉆井液，破壞其流變性。

1.2 作業壓力窗口窄，蠕變速度快

為平衡高壓鹽水、抑制地層蠕變，鉆井液密度已經接近地層承壓的極限，很容易壓漏地層。在發生漏失的情況下，井筒內液柱壓力下降，引發高壓鹽水侵入或溢流，這將進一步降低井筒內液柱壓力且不能抑制地層蠕變，鹽膏層在很短的時間內發生蠕變。此前已有多口井漏失后出現溢流，并導致卡鉆、卡套管等井下事故，井徑測量顯示部分井段嚴重縮徑，固井質量不合格。

1.3 鹽水層分布井段長

高壓鹽水分多層夾于鹽膏層中，埋藏深度2300～2800m，垂向分布厚度達500m。高密度條件下，鉆井液和水泥漿中的加重劑易出現下沉，使上部井段的液柱壓力降低，不能平衡上部高壓鹽水。此前的作業過程中已經有多口井在測井期間因為重晶石下沉發生溢流，絕大部分井固井候凝期間由于鐵礦粉在水泥漿凝固前下沉，水泥漿柱出現上部密度高、下部密度低的情況，導致上部層段的高壓鹽水流上竄，固井后套管環空出現壓力升高的現象。

2 技術對策

2.1 選擇合理的鉆井液密度

常規鹽膏層作業要重點確定最低鉆井液密度，以平衡地層壓力、抑制地層蠕變［1－11］。該區域鹽膏層鉆井液密度窗口窄，除了要確定鉆井液密度的下限外，為防止漏失，鉆井液密度要盡可能低。利用電測資料對鹽膏層蠕變速率與鉆井液密度的關系進行了研究，結果表明密度保持在2.23g／cm3鹽膏層蠕變速率為0.001mm／h，滿足該井段鉆井作業工期的要求，且大于高壓鹽水層的壓力系數，是鉆井液密度的下限。為確定鉆井液密度的上限，在鹽膏層頂部進行了地層破裂壓力試驗，確定了地層破裂壓力系數2.40，根據和鉆井液的環空沿程損失壓力推算鉆井液密度上限為2.30g／cm3。最終確定鉆井液密度范圍（2.23～2.30）g／cm3，實際應用過程中成功抑制地層蠕變，實現了不溢不漏。

2.2 優選鉆井液體系

高密度鉆井液密度高、固相含量大，抗污染能力弱。前期在該地區采用的飽和鹽水氯化鉀聚合物體系，受高壓鹽水的污染鉆井液流動性急劇變差，甚至失去流動性。為利于流變性能控制，在總結已鉆井經驗的基礎上，經充分論證選用具有較高的膨潤土容量限的復合有機鹽鉆井液體系。Cl－含量保持在180000mg／L左右可應對高壓鹽水侵入導致的鹽巖溶解、鹽重結晶等影響。根據地層巖性預測高壓鹽水鈣離子含量較高，通過抗鈣侵實驗，鉆井液流變性能保持穩定。通過加重劑的懸浮能力試驗，48h和72h上下鉆井液密度差均為0.05g／cm3，滿足上部鉆井液柱壓力平衡高壓鹽水的要求。

2.3 鉆具組合調整

國內鹽膏層鉆進要求盡量簡化鉆具組合，目的在于預防地層隨時間的蠕變。該油田鹽膏層具有蠕變速度快的特點，鉆具組合設計理念從預防轉向對蠕變縮徑的處理。為利于井壁修整，采用了欠尺寸雙扶正器鉆具組合。為應對蠕變縮徑可能出現的卡鉆，使用隨鉆震擊器、倒劃眼齒的扶正器和抗拉強度更高的鉆桿，以利于井下處理。具體如下：鉆頭＋雙母接頭 （帶浮閥）＋8in無磁鉆鋌1根＋扶正器鉆鋌1根扶正器＋8in鉆鋌12根＋8in隨鉆震擊器＋8in鉆鋌2根＋轉換接頭鋌3根＋轉換接頭鉆桿。

2.4 固井作業應對方案及措施

1）應用雙級固井壓穩高壓鹽水層 該區域鹽膏層底界接近3000m，為防止固井過程中水泥漿中的加重劑——鐵礦粉下沉引起溢流，采用雙級固井縮短每一級的固井井段。一級水泥漿上返至鹽膏層以上150m，長約950m，封固鹽膏層井段。高壓鹽水含鹽量高，對水泥漿有緩凝作業，在水泥漿中加入促凝劑使水泥漿快速稠化，以保證二級固井前水泥漿初凝。二級水泥漿封固鹽膏層以上井段，長約1800m，為防止二級固井水泥漿中的加重劑下沉至一級固井井段，待一級固井水泥漿初凝后方可進行二級固井作業，以保證壓穩高壓鹽水層。針對一級固井可能出現的漏失、溢流地層蠕變縮徑造成水泥漿堵塞分級箍循環孔，一級固井侯凝期間，采用循環加壓法候凝。二級固井完成后，環空蹩壓候凝，防止地層蠕變形成微裂縫為高壓鹽水提供溢流通道。

2）加強固井防漏 為了壓穩高壓鹽水層、防止地層蠕變，全井段使用密度高達2.30g／cm3的水泥漿固井。針對固井期間可能造成的漏失，固井期間控制井底壓力始終處于地層破裂壓力以下，具體措施有：①嚴格進行地層承壓試驗，落實地層承壓能力；②加強井底循環壓力控制。固井前降低泥漿的屈服值，使其保持良好的觸變性，避免引起壓力激動；③由于套管與井壁之間的環空間隙小于鉆桿，井底循環壓力增加很大，應用專業軟件預測下套管后的井底循環壓力，并結合實測泵效，嚴格控制排量；④設計合理的水泥漿柱結構，在確保壓穩高壓鹽水的基礎上，準確評估固井期間的井底循環壓力，嚴格控制水泥與加重材料的混合比例使水泥漿密度保持合理的變化范圍，避免壓漏地層。

3 應用效果

在Missan油田首批復產井應用了上述技術對策，具體效果如下：①控制鉆井液密度在2.23～2.30g／cm3范圍內、井底ECD （當量循環密度）保持低于2.40g／cm3，在首批井中均沒有發生漏失和溢流，成功抑制了地層蠕變，壓穩了高壓鹽水。與漏失井相比 （見圖1和圖2），井眼縮徑現象得到明顯改善，表明選定的鉆井液密度適應該油田窄壓力窗口作業的要求。②復合有機鹽鉆井液體系有效預防了高壓鹽水造成的污染，鉆井液保持了良好的流變性。在測井時間超過60h的情況下，沒有出現溢流，驗證了鉆井液沉降穩定性滿足作業要求。③鉆具組合調整后，去除了鹽膏層井段擴眼作業，起下鉆作業顯示井眼保持通暢。④消除了此前固井作業出現的漏失、溢流或環空帶壓現象。鹽膏層頂部和底部井段CBL聲波幅度測井相對聲幅保持在25%以下，保證了對高壓鹽水層的封固。⑤由于井下事故和復雜情況的大幅減少，該井段的鉆井時間由最高100.4d降低至15.5d。

圖1 漏失后易蠕變井段井徑圖

圖2 未漏失易蠕變井段井徑圖

4 幾點認識

（1）高密度鉆井液壓漏地層，導致井筒壓力降低是造成高壓鹽水溢流、地層迅速蠕變、鉆井事故頻發的主要原因。

（2）應根據鹽膏層蠕變速率、地層破裂壓力嚴格確定鉆井液密度上限，防止井底循環壓力過高，壓漏地層。

（3）高密度復合有機鹽鉆井液體系具有較強的抗污染能力，沉降穩定性好，可有效應對Missan油田含高壓鹽水的鹽膏層鉆井作業。

（4）應用具有井壁修正和倒劃眼功能的鉆具組合，可以應對井筒壓力失衡引起的地層快速蠕變縮徑。

（5）應用雙級固井，加強固井期間的防漏，能有效應對地層壓力窗口窄、水泥漿加重劑下沉等問題，有效隔離高壓鹽水層。