鶯瓊盆地高溫高壓窄安全密度窗口鉆井關鍵技術

韓成 羅鳴, 楊玉豪 劉賢玉 李文拓

1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司；2. 中國石油大學(北京)

鶯瓊盆地為世界三大海上高溫高壓地區之一，高溫高壓天然氣資源豐富，是南海西部天然氣勘探的主戰場。鶯瓊盆地地層復雜，安全密度窗口極窄，部分井甚至無安全密度窗口，前期多口井因頻繁發生溢流、井漏等復雜情況被迫提前完鉆，無法完成既定地質目標。極端的溫壓條件和極窄的安全密度窗口，讓鶯瓊盆地高溫高壓鉆井作業舉步維艱，極大阻礙了該區域勘探進程［1-3］。在總結前期鉆井失利的基礎上，經過現場工程技術人員數年的摸索與實踐，形成了一套適用于鶯瓊盆地高溫高壓窄安全密度窗口鉆井關鍵技術及配套工藝，近年來在十幾口高溫高壓井進行了實踐，鉆井復雜情況發生率得到顯著降低，成功應對了高溫高壓窄安全密度窗口鉆井技術難題。

1 井身結構優化

鶯瓊盆地高溫高壓井井身結構多為?914.4 mm+?660.4 mm+?444.5 mm+?311.2 mm+?212.7 mm井段，對應下入?762.0 mm+?508.0 mm+?339.7 mm+?244.5 mm+?177.8 mm套管。其中?311.2 mm及?212.7 mm井段為高溫高壓窄安全密度窗口井段，同時這2個井段將鉆遇T29A異常高壓砂體及黃流組二段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等5個高溫高壓氣層，其中黃流組Ⅱ砂層壓力系數最高，超過2.30。異常高壓層T29A砂體埋深在3 300 m左右，壓力系數為1.95～2.00，鉆進過程中要做到精確卡層，為盡量拓寬?311.2 mm井段窗口，?444.5 mm井段盡量鉆到異常高壓層T29A砂體頂部，?339.7 mm套管深下至異常高壓層T29A砂體頂部，保證?311.2 mm井段具備足夠的作業窗口揭開異常高壓層T29A砂體及黃流組二段Ⅰ氣組，相應地?244.5 mm套管深下至黃流組二段Ⅰ氣組與Ⅱ氣組之間的泥巖，為?212.7 mm井段揭開后續Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ氣組創造基本的作業窗口和鉆進條件。表1為鶯瓊盆地高溫高壓井井身結構優化前后對比情況，可以看出，?339.7 mm及?244.5 mm套管下深加深后，管鞋破裂壓力相對加深前得到提高，使得對應井段的安全密度窗口得到一定程度的拓寬，從現場實鉆情況，套管深下后鉆進過程中井漏、溢流次數得到顯著降低。

2 鉆具組合優化

對于窄安全密度窗口地層，需精確控制井下當量循環密度，以降低或避免井下發生漏失。鶯瓊盆地高溫高壓井?212.7 mm井段鉆進作業鉆具多采用?139.7 mm鉆桿，為盡量降低?139.7 mm鉆桿與?212.7 mm井眼之間環空壓耗，現場嘗試在鉆具中加入一定長度的?101.6 mm鉆桿，在不影響攜巖的前提下，可增大環空面積，在一定程度上降低循環壓耗。表2為現場高溫高壓井，在使用相同鉆井液體系，且井深、鉆井液密度、排量等相同的井況下，?212.7 mm井段加入?101.6 mm鉆桿及不加?101.6 mm鉆桿鉆進過程中，ECD附加值及環空壓耗占比分析結果，可以看出，復合一定長度的小鉆具后，ECD附加值由0.07 g/cm3降低到0.04 g/cm3，鉆井液環空壓耗占比由35%～39%降低到16%～17%，對窄安全密度窗口鉆井降低井漏、溢流等復雜情況具有重要作用。

表1 鶯瓊盆地高溫高壓井井身結構優化前后對比Table 1 Comparison of the casing program of HTHP wells in the Yingqiong Basin before and after the optimization

表2 不同鉆具組合實測井底ECD統計Table 2 Statistics of measured bottom hole ECD under different BHAs

3 薄弱地層擠水泥

鶯瓊盆地高溫高壓目的層砂巖承壓能力薄弱，實鉆時薄弱砂層地層承壓能力達不到下部鉆進需求，需要多次擠水泥提高地層承壓能力［4］。LDJ井鉆進至3 371 m進行地層承壓試驗，鉆井液密度為1.46 g/cm3，最高地面泵壓為13.51 MPa，地層發生破裂，折算鉆井液當量密度1.87 g/cm3，地層承壓能力達不到下部井段作業的要求。由于此時鉆遇的井底為灰白色含灰粉砂巖、細砂巖與灰色泥巖薄互層，在此位置進行擠水泥達不到效果，因此繼續鉆進至3 382 m，出現了11 m的泥巖，起鉆，下入光桿，在此位置進行擠水泥，累計擠入水泥漿10.57 m3，最高擠入壓力22.75 MPa。鉆水泥塞至3 376 m進行承壓試驗，折算鉆井液當量密度2.10 g/cm3。繼續鉆新地層27 m后再次進行地漏試驗，折算鉆井液當量密度1.96 g/cm3，地層發生破裂。表3為鶯瓊盆地高溫高壓井擠水泥情況統計結果，可以看出，通過在薄弱砂層擠水泥，可以在一定程度上提高薄弱層的承壓能力，拓寬該井段鉆井安全密度窗口。

4 抗高溫高密度鉆井液及堵漏體系

表3 高溫高壓井擠水泥情況統計Table 3 Statistics of cement injection situations in HTHP wells

南海鶯瓊盆地高溫高壓目的層安全密度窗口極窄，高密度鉆井液在高溫高壓條件下流變性難以控制，性能容易惡化，一旦控制不好將產生較高的循環壓耗，導致井漏等復雜情況發生。通過研發抗高溫降濾失劑、流性調節劑、高溫穩定劑等關鍵處理劑，形成了抗高溫高密度水基鉆井液［5-6］。現場鉆井液配方為1.0%～2.0%膨潤土+0.4%～0.6%燒堿+3.0%～5.0%有機樹脂Resinex+0.3%～0.4%高溫降濾失劑Calovis+3.5%～4.5%褐煤樹脂 XP-20K+2.0%～3.5%磺化瀝青Soltex+3%～5%碳酸鈣QWY，同時使用高純度超細重晶石加重鉆井液。表4為現場部分高溫高壓井鉆井液性能監測，可以看出，高密度鉆井液流變性能穩定，濾失量低，抗溫能力超過200 ℃，現場鉆進過程中能保持較低的循環壓耗。

表4 高溫高壓井目的層鉆井液及堵漏漿性能Table 4 Performance of drilling fluid and plugging fluid in the targets layers of HTHP wells

現場鉆井作業過程中，循環排量大小、起下鉆速度、轉速變化等產生的激動壓力易造成井漏，且大量成像測井顯示，鉆井過程中目的層井壁多發育誘導裂縫，誘導裂縫長且寬，鉆井液極易漏失。常規堵漏材料易碳化，無法有效封堵誘導裂縫，極易復漏，經過現場多口井實踐摸索，配合使用抗溫能力超過200 ℃的彈性堵漏材料TXD及剛性堵漏材料DXD進行堵漏，同時堵漏材料對高密度井漿流變性、濾失性影響不大，如表4所示，LD-F井堵漏漿為現場井漿中加入5%DXD及3%TXD，經過200 ℃老化16 h后，堵漏漿的流變性、濾失性與井漿基本一致。該井?212.7 mm井段電測溫度198 ℃，鉆進至4 105 m發生井漏后停泵靜止觀察期間又發生溢流，發生井漏時鉆井液密度為2.24 g/cm3，隨鉆顯示井底ECD為2.34 g/cm3，可見該井在4 105 m處安全密度窗口不到0.1 g/cm3。現場在井漿中加入DXD及TXD配置堵漏漿并調整性能滿足要求后，向井底泵入2.30 g/cm3堵漏鉆井液，關防噴器，從環空擠堵至地面最高泵壓4.48 MPa，并且泵壓穩定，折算鉆井液當量密度2.40 g/cm3，安全密度窗口提高至0.16 g/cm3，為后續繼續鉆進創造了條件。

高密度堵漏漿現場應用效果較好，顯著提高了堵漏一次性成功率。這是由于剛性堵漏材料DXD在誘導縫進行架橋，彈性堵漏材料TXD為略有凹凸的平滑體材料，內部具有壁厚為0.2 μm左右的壁隔開的小空間，具有很大的壓縮率和恢復率，可以適應誘導裂縫的大小，在壓差作用下有效充填于誘導裂縫的根部與端部剩余孔隙中，防止誘導縫進一步開啟與擴大，防止復漏發生［7］。形成的高密度堵漏漿配方為1.0%～2.0%膨潤土+0.4%～0.6%燒堿+3.0%～5.0%有機樹脂Resinex+0.3%～0.4%高溫降濾失劑Calovis+3.5%～4.5%褐煤樹脂 XP-20K +2.0%～3.5%磺化瀝青Soltex+3%～5%碳酸鈣QWY +3%～5%剛性堵漏材料DXD+3%～4%彈性堵漏材料TXD，超細重晶石加重至2.20～2.3 g/cm3。

5 抗高溫固井液體系

為防止固井過程發生漏失，現場采用高密度防漏隔離液，主要處理劑為抗溫能力超過200 ℃的納米材料Sealbond，其納米極性基團在漏失地層立即形成親水性堵漏膜，提高漏失地層承壓，降低固井液漏失量，且與鉆井液及水泥漿有較好的相容性。

固井水泥漿采用粒徑較小的球形顆粒的錳礦粉作為加重材料，由于粒徑小，高密度水泥漿的漿體穩定性高，同時水泥漿在流動過程中，固相顆粒之間的摩擦表現為滾動摩擦［8］，這使得錳礦粉加重的高密度水泥漿在固井過程中ECD較鐵礦粉高密度水泥漿低，在窄安全密度窗口固井作業中更具有優勢。表5為近年高溫高壓井段使用納米防漏隔離液及錳礦粉高密度水泥漿固井作業情況統計結果，整體固井質量評價較好，固井作業過程中無漏失，有效降低了固井作業過程中復雜情況的發生。

表5 高溫高壓井段抗高溫固井液體系作業情況統計Table 5 Statistical operation situation of high-temperature cementing fluid system in HTHP hole sections

6 現場應用效果

上述關鍵技術在鶯瓊盆地數十口高溫高壓探井鉆井作業中得到應用，地層溫度最高212 ℃，地層壓力系數超過2.30，安全密度窗口最窄0.04 g/cm3，經過數年摸索與實踐，高溫高壓井建井生產時效持續提升，建井時效由82%～89%提高到92%～98%，井漏、溢流等復雜情況發生率顯著降低。

7 結論

(1)針對鶯瓊盆地高溫高壓窄安全密度窗口鉆井作業，通過優化井身結構、使用一定長度的小鉆桿降低環空壓耗、薄弱地層擠水泥提高地層承壓能力、優化高密度堵漏漿及使用錳礦粉高密度水泥漿等一系列措施，形成了高溫高壓窄安全密度窗口鉆井關鍵技術。

(2)現場應用表明，高溫高壓窄安全密度窗口鉆井技術解決了南海西部鶯瓊盆地的鉆井難題，提高了高溫高壓窄安全密度窗口井的鉆井效率。