南海東部深水高溫高壓井循環降溫隨鉆測井新技術

顧玉洋，夏竹君，謝瑞永，王勇，羅鵬，劉超

中海油能源發展股份有限公司 工程技術深圳分公司（廣東 深圳 518064）

0 引言

南海東部深水高溫高壓區塊油氣資源潛力巨大，目前勘探的不少油氣藏區塊地層溫度梯度4.8 ℃/100 m，目的層溫度超過200 ℃，地層壓力系數大于1.5，完鉆深度超過5 000 m，屬于高溫高壓油氣藏[1]。在高溫高壓井中測井需要面臨的主要問題是測井設備的選擇以及施工中需要注意的泥漿、井況、腐蝕性氣體等問題，電纜測井時通常選用高溫高壓測井工具并做好詳細周密的測前施工方案設計以提高測井成功率[2-4]，地層測試時通常采用井下存儲工具進行作業[5-7]，隨鉆測井時通常選用高溫高壓隨鉆測井工具作業[8-10]。高溫高壓隨鉆測井工具和高溫高壓電纜測井工具是不一樣的。

近年來南海東部加大了深水高溫高壓油氣藏的勘探力度，對高溫高壓隨鉆測井工具的需求逐漸上升，但高溫高壓隨鉆測井工具總量有限，供不應求，經常出現井等工具的情況，急需研究新的解決方案。本文以探井A 井為例，詳細介紹南海東部深水高溫高壓井循環降溫隨鉆測井新技術的研究過程及應用情況。

1 基本概況

A井是2019年1月16日完鉆的一口探井，主要目的層是珠江組下段ZJ490 層的構造+巖性圈閉。井身結構如圖 1 所示，152.4 mm（6″）井眼裸眼段4 424.3~5 129 m為本次研究的目的層段，完鉆深度5 129 m，鉆后測算得井底地層壓力系數約1.5，井底溫度約209 ℃、壓力約150 MPa，屬于典型的高溫高壓氣井。

圖1 A井井身結構示意圖

鉆開目的層段時，由于高溫高壓隨鉆測井工具短缺，需要等待1 周左右高溫高壓隨鉆測井工具才能到井，等待時間太長，成本太高，故研究采用常溫隨鉆測井工具，結合循環泥漿降溫測井新技術。

2 測井新方法研究

2.1 常溫隨鉆測井工具+循環泥漿降溫測井新技術

在南海東部常用的常溫隨鉆測井工具耐溫155 ℃，耐壓172 MPa，而該井的井底溫度約209 ℃、壓力約150 MPa，從儀器技術指標來看，壓力沒有超過常溫隨鉆測井工具的耐壓技術指標，只是溫度超過了耐溫技術指標，能否通過循環泥漿降低井內環境溫度滿足工具測井要求？能否采用隨鉆測井的作業方式補錄測井資料？即研究“常規隨鉆測井工具+循環泥漿降溫”的隨鉆測井新技術實現南海東部深水高溫高壓井完井測井的可行性。

2.2 測前循環泥漿溫度預測

循環泥漿降溫效果決定了該項測井新技術的成敗，在測井之前需要進行循環泥漿溫度預測，模擬循環降溫效果以及停泵后升溫速度，評估測井作業過程中異常停泵存在的風險。

2.2.1 循環泥漿溫度預測原理

測前循環泥漿溫度模擬軟件主要是參考努賽爾數關系建立傳熱模型[11]，循環泥漿時測井工具環境溫度即為與工具接觸的泥漿溫度，該溫度受泥漿運動熱對流影響、泥漿與地層（或隔水管等）之間熱傳導影響以及機械摩擦產生熱量等，假設鉆井液或泥漿在鉆柱內外混合良好，則可用T表示泥漿溫度。采用徑向網格建模的方法模擬鉆桿、地層和隔水管等固體表示徑向上固體溫度隨時間的變化。由Hendrik Suryadi 等人提出的公式（1）可計算溫度T：

式中：T為泥漿溫度，°F；ρ為泥漿密度，g/cm3；cp為泥漿比熱容，J/（kg·K）；Q為泥漿的體積流量，L/min；rin和rout分別為泥漿區域內外半徑，in分別為內外固體在與泥漿交界處的溫度，°F；hin、hout分別為是內外邊界的熱傳系數（無量綱）；q″為泥漿單位長度上附加熱源的總和，J。

固體區域溫度T由公式（2）計算：

式中：T′為固體溫度，°F；ρ′為固體密度，g/cm3；為固體比熱容，J（/kg·K）。

該模型的特點是已經考慮到以下因素的影響：扭矩摩擦影響、鉆頭切削影響、黏性損失影響、巖屑影響、井下泥漿性能隨壓力和溫度的變化、鉆柱材料特性的變化、地層熱性能的變化影響等。

2.2.2 循環泥漿溫度預測效果

利用軟件模擬鉆井過程中隨鉆工具溫度隨時間變化情況如圖2所示，黑色實線表示靜止地層溫度，灰色虛線表示隨鉆工具耐溫極限：150 ℃/302°F，紅色實線表示預測工具溫度，綠色虛線表示預測停泵工具溫度。從圖2 中可以看出，下鉆之前循環過程中，工具溫度較低且能保持穩定，下鉆過程中隨著井深增加，地層溫度和隨鉆工具溫度逐漸增加但不會超過靜止地層溫度，循環降溫效果明顯，循環時工具溫度遠低于靜止地層溫度，只有當起下鉆速度快時隨鉆工具溫度上升較快，接近靜止地層溫度；在第40 h 之后的鉆進過程中，鉆井液一直在循環，隨鉆工具溫度遠低于靜止地層溫度（根據地溫梯度估算的靜止地層溫度低于隨鉆工具耐溫極限），在第56 h停鉆，進行靜止測試，靜止2 h后隨鉆工具溫度上升較快（但低于井底靜止溫度），說明在鉆進過程中應盡量減少由于工具故障或者接立柱造成的停泵時間，開泵循環之后隨鉆工具溫度降低，降溫效果明顯。模擬預測結果證明可以使用常溫隨鉆工具補測數據。

圖2 A井循環泥漿測井工具溫度預測分析圖

2.3 循環降溫隨鉆測井下鉆程序方案設計

根據本井測井目的和要求選擇適合的常溫隨鉆測井工具，結合現場實際情況及地質特征，參考上述的循環泥漿溫度模擬預測結果，進行了詳細的循環降溫隨鉆測井下鉆程序方案設計，指導現場作業順利進行，具體如下：

1）隨鉆測井工具連接好，檢查一切正常，下鉆前檢查浮閥和濾網。

2）按照下鉆流程灌漿。于2 800 m 開始灌滿漿把排量開到工具工作排量（700～900 L/min），讀取工具循環溫度。并要注意以下幾點：①若溫度低于125 ℃，繼續下鉆，每下鉆100 m 接頂驅開泵讀取工具溫度；②若循環溫度超過125 ℃，則每柱開泵下鉆，排量不低于800 L/min；③若循環溫度超過135 ℃，需要繼續循環直到實時循環溫度穩定5 min或者溫度降至130 ℃以下，可恢復接立柱；④若循環溫度超過145 ℃，停止下鉆，循環降溫，直到溫度降低至140 ℃以下方可繼續循環下鉆，且下鉆速度不得超過60 m/h，其間可以上下活動鉆具，盡量減少旋轉。嚴禁不開泵旋轉工具。

3）在井深4 800 m 左右開始復測（下鉆復測），轉速30～35 r/min，下鉆速度不超過60 m/h，排量不低于800 L/min，溫度控制仍按上條執行。

4）盡量縮短接立柱的時間，同時在接立柱時晚停泵早開泵，盡量減少停泵時間。

5）如果需要停泵15 min 以上（除接立柱以外），或者泥漿泵出現問題，務必使用備用泥漿泵甚至注水泥系統保證循環降溫。如果該操作無法降溫至安全溫度。那么需要上提工具至2 800 m 以上。盡量減少井下工具震動。

2.4 循環降溫隨鉆測井起鉆程序方案設計

1）若工具溫度超過145 ℃，循環降溫至135 ℃以內或者循環20 min 內溫度仍未見降低，則繼續起鉆。

2）若工具溫度135～145 ℃，循環降溫，至溫度降低5 ℃或者溫度低于130 ℃方可卸立柱。

3）若工具溫度超過125 ℃，邊循環邊起鉆，排量不低于800 L/min 若連續兩柱循環溫度均未見超過125 ℃，可正常起鉆。

2.5 循環降溫測井作業實施

本次作業選用的測井工具是貝克休斯的On?Trak 儀器，工具出廠時額定耐溫155 ℃，耐壓172 MPa，工具直徑306.451 mm（12.065″），測井項目為自然伽馬、電阻率、中子、密度，測量井段4 780.0～5 069.1 m。A井152.4 mm（6″）井眼按上述的方案設計進行測井作業，具體實施情況見表1。

表1 A井152.4 mm（6″）井眼常規測井作業實施情況

3 測井結果評價

3.1 測井時井內環境溫度評價

本次實際測量井段4 790.0～5 073.0 m，在循環降溫的措施下工具監測到測井時工具環境溫度隨深度變化而變化，整個測井期間溫度在127.5～135.5 ℃，最高溫度為135.5 ℃，比地層的實際溫度208 ℃降低了72.5 ℃，比工具的額定溫度155 ℃低，能確保工具狀態穩定，滿足測井要求，成功實現小井眼以常溫隨鉆工具在超高溫高壓井中高效獲取優良的地層評價資料。

3.2 測井曲線質量評價

本次作業錄取的4條測井線自然伽馬、電阻率、中子、密度曲線如圖3所示。圖3中第一道為GR和ROP，第二道為深度，第三道為電阻率，第四道為中子和密度，第五道為氣測組分，第六道為測井解釋結論，第七道為含氣飽和度，第八道為有效孔隙度，第九道為巖性剖面。從圖3 中可以看出，隨鉆錄取的4條曲線沒有飽和平頭、尖跳等現象，各曲線之間的相關性較好，解釋的巖性剖面與地質錄井一致，符合地區特征。中子、密度曲線交會圖檢查時由于測量井段內沒有純砂巖水層段，故選取本井相對較線的4 950.0～4 970.0 m砂巖氣層做中子-密度交會圖，如圖4 所示，數據點落在藍色砂巖線上，說明中子、密度測井曲線質量較好，滿足測井解釋及儲層評價要求。根據結合區塊經驗參數，共解釋氣層13層159.4 m，差氣層4 層28.6 m，干層1 層14.3 m。完成了本井勘探的目的。

圖3 A井152.4 mm(6")井眼測井成果圖

圖4 A井4 950.0~4 970.0 m中子-密度交會圖

4 結論

針對南海東部高溫高壓測井工具供不應求的情況，研究出了常溫隨鉆測井工具在深水高溫高壓井中循環泥漿降溫測井的新技術，即當地層溫度大幅高于測井工具額定溫度時，先利用專業軟件對井筒進行循環泥漿降溫模擬，評價降溫效果及可行性，再根據模擬結果進行作業方案優化設計，能夠確保常溫測井工具在高溫甚至超高溫井中高效高質獲取地層評價資料。該技術在南海東部深水區探井作業中已成功測井8口井，測井成功率高，當高溫高壓隨鉆測井工具缺乏時，減少等待時間，實現降本增效，可以推廣應用。