順南區塊目的層安全鉆井技術

劉仕銀，羅劍波，毛 鑫

（1.中石化西北油田分公司石油工程監督中心，新疆輪臺841600；2.中石化東北油田分公司石油工程技術研究院，吉林長春130062）

1 區域地質概況

順托果勒南區塊構造位置位于塔里木盆地塔中Ⅰ號斷裂帶下盤，緊鄰滿加爾坳陷生烴區，位于油氣運移的有利指向區。該區發育多組NE向走滑斷裂帶，是儲層發育的有利區，同時也是晚期天然氣充注富集的有利部位。2013年完鉆的順南4井、順南5井分別在奧陶系鷹山組及蓬萊壩組獲高產天然氣，2014年順南5-1井在蓬萊壩組鉆遇異常高壓，2015年順南6井在蓬萊壩組鉆遇異常高壓，實鉆證實該區發育一間房組—鷹山組上段、鷹山組下段、蓬萊壩組三套儲層，具備油氣成藏的良好條件[1]。該區塊主要采用五級井身結構（見表1）。

表1 順南區塊井身結構表（以順南7井為例）

2 施工難點

2.1 固井質量難以保障

177.8 mm套管下深度在7000m左右，靜止溫度在170℃～185℃之間，對水泥漿外加劑、固井工具及附件抗高溫性能要求高。同時由于氣層活躍，裂縫性儲層壓力窗口窄，壓穩與防漏矛盾突出，完全壓穩地層難度較大，固井質量難以保障（見圖1）。

2.2 溢流早期監測難度大

區塊儲層為天然氣，呈現高產、高壓的特點。順南5井放噴初期目測無阻流量達300×104m3，順南4初期日產氣38×104m3，順南7井四開鉆進至至6651.6m中途測試，井口壓力最高達76MPa。A井2015年2月2日1：43鉆進至7874.01m發現懸重異常，立壓上升，出漿槽返漿量不斷增大，1:46關井成功，總溢流量15.12m3，關井立壓24.5MPa、套壓40MPa。

2.3 壓穩與漏失矛盾突出

取芯顯示，鷹山組開始地層立縫發育、溝通能力強。實鉆過程證明，越往下氣層越活躍，逐漸上提鉆井液密度后，往往因井漏無法鉆進。同時，對于高壓氣井，增大鉆井液密度反而增大氣相在液相中的運移速度[2-3]，密度越高，置換越強。順南7井采用密度1.50g/cm3的鉆井液鉆進至6545.42m鉆遇第一套氣層，氣測全烴值維持在80%～86%,至6651.6m共鉆遇四套氣層，鉆井液密度逐漸上提至1.97g/cm3發生井漏提密度、循環排氣循共耗時23d，因無法正常鉆進轉中途測試。

圖1 順南5井7″套管聲幅曲線

2.4 阻卡風險大

順托果勒南區塊目層儲集體地震波表現為“串珠”。該區塊鉆井液密度選擇在1.80～1.87g/cm3之間，漏失密度在1.95～2.02g/cm3，溢流關井后，采用密度2.20～2.30g/cm3的儲備加重鉆井液平推壓井，壓井結束上提鉆具遇阻卡風險較大。順南5井鉆進至7209m后發生溢流，關井套壓28MPa，采用2.24g/cm3鉆井液平推壓井，壓井完發生卡鉆，泡酸、泡解卡劑均無效最后側鉆；順南7井側鉆至6641m旋轉控制頭膠心刺漏，采用加重鉆井液節流循環壓井，壓井結束上提鉆具遇阻600kN，采用頂驅倒劃眼起至套管內。

3 施工措施及評價

3.1 提高生產尾管固井質量

3.1.1 優化固井施工工藝

采用控壓固井技術，進行壓穩與防漏模擬設計。在水泥漿候凝期間，由于膠凝失重造成環空液柱壓力降低，進而發生氣竄，當壓穩系數fsur≥1時，能有效地防止環空氣竄，否則，需要環空加壓等方式進行壓力補償（見圖2）。

圖2 控壓固井流程圖

3.1.2 優選水泥漿體系

采用雙凝抗高溫膠乳液硅防氣竄彈塑性水泥漿體系。該水泥漿在160℃高溫下性能穩定，流變性能、API失水、自由液、強度、沉降穩定性、稠化時間等性能較常規水泥漿體系更符合高溫、高壓氣井固井要求。

3.1.3 現場應用評價

順南5-2井利用控壓固井技術，采用雙凝抗高溫膠乳液硅防氣竄彈塑性水泥漿體系，該井井底、懸掛器處封固質量優良，測試回接筒處無后效顯示，表明基本達到防氣竄要求（見圖3）。

圖3 順南5-2井7″套管聲幅曲線（彈朔性膠乳水泥漿+液硅）

3.2 溢流監測

針對高壓氣井液鉆井中鉆井液氣侵嚴重、液面變化波動范圍大、溢流來勢洶涌等情況，通過優化坐崗、安裝2套出口流量傳感器、嘗試使用質量流量計等方法，高壓氣井溢流監測取得一定效果。2015年6月28日21:25順南6井控壓鉆進至7502.15m出口流量異常，21:34發現出口流量繼續上漲關井，21:36關井成功，溢流量4.4m3，關井套壓1.9↗19MPa，立壓11MPa，較順托1井有明顯改善。

3.3 控壓鉆井技術

3.3.1 控壓鉆井工藝特點

利用PWD工具實時監測井下壓力，通過對井筒壓力剖面的控制管理,大幅度降低鉆井過程中的井筒壓力波動，因而可較好地解決在窄密度窗口、壓力敏感地層鉆井，較難克服的漏與涌不能兼顧、井壁坍塌等復雜問題。同時在泥漿液面因氣泡影響波動較大時，可以參考出口流量和井底壓力變化判斷是否是發生溢流或漏失。能夠掌握真實井底情況，避免頻繁關井、節流循環等非生產時間，節約鉆井周期，提高鉆井效率[4-6]。

3.3.2 控壓鉆井主要設備

①旋轉控制頭：旋轉控制頭軸承總成靜密封工作壓力35MPa,100r/min的動密封工作壓力17.5MPa,200r/min的動密封工作壓力10.5MPa。②PWD：利用外接電池保持設備正常供電，通過MWD把信號輸送至控壓鉆井數據采集系統。③自動節流管匯：節流管匯額定工作壓力35MPa,節流閥具有自動控制和手動操作功能，控制系統還安裝有流量計，準確計量出口流量。

3.3.3 減少膠心刺漏措施

①對井口進行校正，避免膠心受力不均。②控制井口控壓值。③及時檢查更換。④降低轉盤轉速，在60～80r/min情況下，推薦使用80～100h。⑤選用小接箍鉆桿。

3.3.4 控壓鉆井實踐（以順南501井為例）

（1）控壓取芯施工情況。2014年8月29日23:00控壓鉆具下鉆至井底，30日0:30排后效時點火成功，2：00火勢減弱至3～4m時開始邊點火邊進行取芯鉆進，入口密度1.60g/cm3，出口密度1.57g/cm3，至30日9:00取芯鉆進至6414.82m割芯。井口補償回壓3MPa起鉆至套管鞋，泵入76m3密度1.80g/cm3的重漿，起鉆至井口正常（見圖4）。

圖4 順南501井控壓取芯井底壓力變化曲線

（2）控壓鉆進施工情況。2014年9月1日第二趟正常控壓鉆進，將鉆井液密度逐漸由1.60↓1.48g/cm3，保持井底當量密度1.57g/cm3控壓鉆進，接單根期間井口加回壓3.5MPa，保持井底壓力1.56g/cm3。鉆進期間液面波動較大，全烴基值維持在20%～30%，點火無火焰，出口流量和井底壓力平穩，9月7日2:30安全、快速鉆至6890m四開中完。

3.4 壓井施工操作

鷹山組下段可鉆性好，對參數要求不高，五開可選用4寸加重鉆桿。在井口壓力較低情況下，利用旋轉控制頭帶壓起鉆至套管內，若井口壓力快速上漲，應在可能的情況下上提一個立柱、立即關閉半封閘板，實行平推壓井，平推壓井應控制平推量，井口壓力回零后應先下壓鉆具。

4 結論與建議

（1）目前順托果勒南區塊地層存在異常高壓，常規溢流監測手段很難達到2m3關井的要求，需進一步調研配套溢流監測，可采用電磁流量計等新型工藝設備提高溢流監測精度。

（2）通過優選彈朔性膠乳+液硅水泥漿體系，能夠減緩水泥石高溫下強度衰減，對比數據顯示能夠起到穿鞋、戴帽的目的。但是目前順南區塊氣層固井關鍵技術未取得實質性圖突破，應繼續開展相應研究及現場應用評價分析。

（3）采用控壓鉆井技術能及時、準確掌握井底液柱壓力，通過邊點火邊鉆進的方式能夠實現順托果勒南區塊目的層正常鉆進，能夠有效提高生產時效。

[1] 張云智.塔里木盆地順托果勒—滿加爾地區寒武系、奧陶系沉積特征[J].礦物巖石，2000，20（2）：63-67.

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[3] 齊明明，李相方，等.氣藏水平井鉆井液密度附加值研究[J].鉆井液與完井液，2007,24（3）：10-11.

[4] 楊玻，左星，等.控壓鉆井技術在NP23-P2016井的應用[J].鉆采工藝，2014，37（1）：11-13.

[5] 石希天，肖鐵，等.塔里木奧陶系碳酸鹽巖敏感性儲層控壓鉆井技術應用[J].鉆采工藝,2010，33（6）：130-131.

[6] 楊雄文，周英操，等.控壓欠平衡鉆井工藝實現方法與現場實驗 [J].鉆井工藝，2012，32（1）：75-80.