旅大25-1區塊深層復雜結構井異常壓力下潛山鉆井技術創新及其應用

耿立軍，韓亮，朱玉磊，張天瑋

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司 工程技術作業中心（天津 300459）

2.中海油研究總院有限責任公司（北京 100028）

近幾年,渤海區塊潛山地層探井的數量不斷增加，但由于潛山構造巖性復雜，埋藏較深，地層可鉆性差，地層壓力無法預測且漏、噴、塌等復雜情況多發，勘探難度和成本壓力越來越大，嚴重制約了渤海油田勘探開發效率[1-2]。旅大25-1 區塊是渤海油田為數不多的勘探新區，也是未來儲層發現的潛力增長點，但該區塊勘探上鉆井率低，地層、潛山頂深及巖性認識存在多解性。經驗認為潛山段是正常壓力，但該區塊A井在潛山段鉆井時發生溢流，提高鉆井液密度后又發生井下漏失，造成上溢下漏的復雜情況。因此，在異常壓力條件下保證安全鉆探作業成為了主要難點。

1 潛山鉆井關鍵技術

針對旅大25-1 區塊異常壓力條件下潛山鉆探難題，制定了一套完善的應對措施：鉆前資料分析、現有技術調研、作業方案制定、鉆后總結分析、新技術突破等，圓滿完成了該區塊勘探任務，并形成了3個創新性作業技術。

1.1 隨鉆異常壓力雙監測技術

1）隨鉆PreVue 壓力監測技術。利用dc 指數、sigma指數、電阻率和聲波時差等數據進行多元化分析監測，基于dc 指數經驗法，PreVue 可實時監測各個井段、不同壓力系統下壓力變化情況，為現場優選鉆井液密度提供技術支持。

2）精細控壓鉆井設備監測技術。精細控壓鉆井是在鉆井過程中，根據密度窗口，通過調節井口回壓，控制整個井眼環空壓力體系，實現不同工況下井底壓力略大于地層壓力，安全快速鉆井的一種工藝[3]。設備由旋轉控制頭、節流控制撬、質量流量計、回壓泵、數據采集和控制系統組成。其中質量流量計安裝在節流控制撬低壓端，流體經過時，測量內部流量管共振頻率計算振動時間延遲，從而計算出通過管的質量流量，實時監測返出流量，發現溢漏異常。

1.2 井場精細調控鉆井技術

1）窄壓力窗口控壓鉆井技術。通過“井底恒壓+微流量”控壓鉆井技術，改變節流閥的開啟程度，針對異常壓力潛山地層能夠有效降低井底壓力波動，實現近平衡作業。通過井口回壓微調，補償環空循環壓耗，使井底壓力在不同工況下始終保持在允許工作窗口內。解決由于地層密度窗口窄引起的井漏、井涌等井下復雜情況、以及含硫地層、壓力不確定高風險勘探井的安全鉆井問題[4-6]。

2）鉆井液精細調配技術。由于在A井潛山作業過程中發生溢流，B 井在潛山152.4 mm 井眼作業時選擇密度為1.15 g/cm3鉆井液開鉆，同時備足密度為1.35 g/cm3鉆井液備用，在發生溢流后直接替入，后續逐漸將鉆井液密度降至1.32 g/cm3鉆進至完鉆。通過井筒溢流精確壓力監測技術，找到平衡鉆井過程中置換至井筒內的氣柱上行規律，考慮多影響因子判斷井筒內壓力隨時間的變化，進行鉆井液密度的微調整[7-9]。

3）鉆井綜合提速技術。①鉆井參數優化。中生界潛山地層多為火成巖，研磨性較強可鉆性較差，實際鉆進過程中可根據底部鉆具及鉆頭的工作狀態適當增加鉆壓及轉速來提高潛山地層的機械鉆速和作業效率。在滿足環空返速攜砂的條件下盡量控制泥漿泵排量走下線，較高的鉆進排量會產生相應較高的環空壓耗，從而增加井底壓力，對于裂縫發育的潛山地層較高的井底壓力容易引發漏失。②井身結構的優化。A 井152.4 mm 潛山井段上噴下漏，為了保證潛山地層地質資料的順利錄取，使用311.15 mm 井段揭開潛山地層，下入244.5 mm 套管封固上部地層，然后用215.9 mm 井眼完成潛山鉆進，預留152.4 mm 井眼。③提效工具的使用。潛山地層鉆井作業常規鉆具組合使用的是光鉆桿或馬達配合鑲齒牙輪鉆頭，由于地層的高抗研磨性，為提高作業效率，優選扭力沖擊器配合忍者齒PDC鉆頭的提效鉆具組合[10-11]。

1.3 異常壓力有效封隔技術

1）火成巖界面卡取技術。旅大25-1 區塊沙河街組異常壓力儲層披覆于中生界潛山頂面，形成混合壓力的儲層共軛體，由于潛山裂縫的發育，壓力傳導逐漸消失，存在異常壓力封隔層。通過篩選鉆速、扭矩、泵壓、鉆壓等進潛山地層敏感的參數，通過鉆井參數影響因素綜合計算法，形成評價指數S=鉆速×扭矩×泵壓/鉆壓，進入潛山后S值呈明顯低值（圖1），而漏失段S值呈升高趨勢，此評價指數可作為潛山漏點判識的依據。

圖1 潛山綜合指數評價

結合A 井巖性和鉆時分析，上部井段安山質火山角礫巖、凝灰質砂巖為壓力異常段，而底部流紋質火山角礫巖為正常壓力段。準確識別流紋質火山角礫巖層位，是確定異常壓力段中完優選位置的關鍵。通過元素錄井，篩選(Na+K)和(Fe+Mg)元素作為壓力異常封隔的特征指標，利用衍射錄井主要礦物增多，次要礦物減少作為輔助指標。由不同權重的綜合計算法進行綜合指數評價，卡準潛山界面壓力“隔層”，隔離不同壓力系統，避免鉆進過程中出現“上噴下漏”的復雜情況。

2）巖性微觀屬性分析技術。A井揭示中生界巖性為安山質火山角礫巖、凝灰質砂巖、流紋質火山角礫巖，B井發育流紋質火山角礫巖，而C井發育蝕變英安巖。通過元素錄井及衍射錄井特征參數篩選，形成了以(Na+K)和(Fe+Mg)元素綜合指數的識別圖版，以石英和黏土礦物綜合指數的衍射識別圖版（圖2），二者相互補充完善，指導后續開發井的巖性識別。

圖2 LD25-1構造潛山元素+衍射數據分布圖

3）循環加壓候凝井技術。①參數選取。根據電測的井徑數據來確定緩凝尾漿和速凝尾漿的附加量，保證有效封固，根據電測的地層溫度選取化驗溫度。根據最終通井到底循環的排量計算尾管到位后的最大循環排量，保證井底當量不壓漏地層[12]。②固井措施。隔離液加入纖維作為堵漏材料，降低固井期間的漏失風險；在硅粉水泥中干混水力尖劈堵漏材料，使泥漿具有良好的堵漏能力；水泥漿采用膠乳聚合物體系，提高防氣竄性能；固井期間實時監測返出情況，觀察是否有漏失發生。③循環加壓候凝。固井結束先不坐封頂部封隔器，對泥漿進行循環，適當提高井底當量密度，加壓候凝，確保固井質量。階梯型提高循環排量，逐漸增加井底當量密度，在保證壓穩油氣的同時防止過大的井底當量壓漏地層。

2 應用效果

針對該區塊地層特點，形成了一套異常壓力潛山鉆井關鍵技術體系，有效解決了復雜壓力體系下潛山地層的鉆探難題，保證作業安全，提高作業效率。旅大25-1 區塊初步計算三級石油地質儲量約4 780×104m3，證實了該區塊是油質輕、產量高、儲量大的優質油田。本技術在旅大25-1 區塊應用3 口井，并在周邊旅大19/26區塊使用3口井，共節約鉆井工期48 d，費用約4 300 萬元，取得了良好的作業效果。

3 結論

異常壓力井和潛山井均屬于重難點鉆井作業，單一情況下就易造成鉆井安全風險，而旅大25-1區塊首次在潛山中鉆遇異常壓力，打破了渤海油田潛山的傳統認識。基于異常壓力條件下潛山鉆井技術創新性強、實用效果好，具有較好的推廣應用價值，實現了將地質認識與鉆井實施相結合，核心技術包括隨鉆異常壓力雙監測技術、井場精細調控鉆井技術、異常壓力有效封隔技術。該體系一舉攻克渤海油田火成巖存在異常壓力情況下安全鉆井的技術困難，破解了影響新區新層位的勘探難題。技術共應用6 口井，實現了在安全作業前提下提質增效，為渤海油田儲備鉆井新技術。