精細(xì)控壓鉆井技術(shù)在通探1井應(yīng)用

劉永偉，胡 磊，于德成，孫明亮，楊方方

（1.西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.西部鉆探固井公司，新疆 克拉瑪依 834000；3.西部鉆探鉆井液分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

柴達(dá)木盆地冷湖構(gòu)造帶目的儲層為侏羅系小煤溝組（J1x）和湖西山組（J1h），孔隙度平均5.2%～8.7%，屬低—特低滲透儲層，巖性主要以粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。儲層上部下干柴溝組（E32、E31）至路樂河組（E1+2）地層發(fā)育高壓含氣水層，易發(fā)生鹽水侵、溢流及溢漏轉(zhuǎn)換，井控風(fēng)險極高，為減少溢流、井漏、卡鉆等復(fù)雜事故發(fā)生，提高鉆井時效，青海油田公司決定在該層段實施精細(xì)控壓鉆井技術(shù)。

控壓鉆井技術(shù)（簡稱MPD）通過閉環(huán)系統(tǒng)精確控制整個井眼環(huán)空壓力分布的自適應(yīng)鉆井工藝，通過使用小于地層孔隙壓力的鉆井液密度，應(yīng)用自動節(jié)流回壓控制技術(shù)，對整個井筒壓力進(jìn)行閉環(huán)壓力管理，實現(xiàn)鉆進(jìn)、停泵、接單根、起下鉆各個工況下井筒壓力控制在安全壓力窗口范圍內(nèi)，從而有效地解決在窄密度窗口、壓力敏感地層難以克服的漏涌同層和井壁坍塌等復(fù)雜鉆井問題[1]。其本質(zhì)特點是以對井底壓力的精確控制為基礎(chǔ)，快速發(fā)現(xiàn)和控制地層流體進(jìn)出，提高復(fù)雜條件下鉆井施工的安全。

1 通探1井基本概況

通探1 井是位于柴達(dá)木盆地冷湖地區(qū)冷湖五號構(gòu)造的一口風(fēng)險探井，冷湖五號構(gòu)造是柴達(dá)木盆地柴北坳陷冷湖構(gòu)造帶上的一個三級構(gòu)造，地面構(gòu)造由四個高點組成，從南向北依次為一、二、三、四高點，通探1井位于冷湖五號構(gòu)造帶二高點東斜坡，三開控壓設(shè)計井段1450~3930m，層段為下干柴溝組上段E32、下干柴溝組下段E31、路樂河組E1+2，主要巖性以褐灰色棕褐色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和含礫砂巖為主，設(shè)計鉆井液密度2.05~2.28g/cm3，為最大限度降低溢、漏復(fù)雜，保障三開安全鉆進(jìn)，通探1井三開采用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，鉆井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 通探1井井身結(jié)構(gòu)示意圖

通探1井三開三開井段發(fā)育高壓氣上部水層，且地層承壓能力有限，高密度鉆井液條件下易井漏，為此，制定本施工方案。

2 通探1井難點分析

（1）根據(jù)鄰井資料分析，冷湖五號構(gòu)造二高點區(qū)塊E32-E1+2地層鉆進(jìn)過程中井漏、溢流、卡鉆等事故頻發(fā)，復(fù)雜事故率居高不下，嚴(yán)重制約該片區(qū)鉆井提速提效。見表1。

表1 冷湖五號構(gòu)造二高點區(qū)塊E32-E1+2復(fù)雜統(tǒng)計表

（2）根據(jù)鄰井資料分析，通探1井在E32-E1+2地層井段發(fā)育高壓氣水層，且地層承壓能力較低，存在安全鉆井密度窗口窄或無安全鉆井密度密度窗口的難題。

（3）根據(jù)鄰井資料分析，通探1 井預(yù)計E1+2底部發(fā)育礫狀砂巖、含礫砂巖及礫巖等粗碎屑巖、侏羅系發(fā)育煤層和炭質(zhì)泥巖，有井漏、卡鉆等風(fēng)險。

3 通探1井精細(xì)控壓鉆井技術(shù)應(yīng)用情況

2021 年10 月29 日6:00 通探1 井三開精細(xì)控壓鉆進(jìn)，共進(jìn)行9 趟鉆進(jìn)和2 趟通井作業(yè)，其中井段1500～1713m鉆揭兩套高壓水層并根據(jù)水層能量釋放情況逐步降低井底控制當(dāng)量密度，盡量減少井底漏失量，在冷湖區(qū)塊實現(xiàn)E32-E1+2高低壓互層一個開次安全鉆穿，實現(xiàn)油田勘探開發(fā)目標(biāo)。

（1）精細(xì)控壓鉆進(jìn)作業(yè)。精細(xì)控壓鉆進(jìn)鉆井液密度2.01~2.05g/cm3，排量45~48L/s，模擬計算循環(huán)壓耗0.5~1.1MPa，井口套壓0.8~1.0MPa，停泵井口套壓2.0~2.7MPa，保持井底當(dāng)量循環(huán)密度在2.06~2.10g/cm3。

（2）溢漏監(jiān)測與處理。通探1井精細(xì)控壓鉆進(jìn)程中實時監(jiān)測出入口流量變化，快速判斷井漏、溢流，通過回壓調(diào)整快速控制，最大限度減少漏失量，進(jìn)一步準(zhǔn)確確定所鉆井段地層壓力窗口，從而確定合理的控壓值與鉆井液密度。圖2 為鉆進(jìn)至2680m 質(zhì)量流量計監(jiān)測到出口流量由48L/s下降至45L/s發(fā)生滲漏，降排量循環(huán)尋找漏失平衡點，通過主動堵漏承壓后恢復(fù)控壓鉆進(jìn)。

圖2 井深2680m井漏曲線

（3）精細(xì)控壓起下鉆作業(yè)。控壓提下鉆+重泥漿帽的方式壓穩(wěn)地層，維持井底壓力穩(wěn)定。①新鉆易漏地層注入封堵漿；②控壓起鉆至設(shè)定井深；③在鉆頭上部注入一定井段的重鉆井液；④常規(guī)起鉆。整個過程維持井底當(dāng)量循環(huán)密度在設(shè)定范圍內(nèi)，控壓起鉆和重漿帽示意圖如圖3所示。

圖3 控壓起鉆及重漿冒示意圖

（4）鉆井結(jié)束。2022 年1 月1 日21:00 控壓鉆進(jìn)至井深3890m 接甲方通知提前完鉆，精細(xì)控壓作業(yè)井段1450～3890m，進(jìn)尺2440m，1月2日鉆井公司項目部將鉆井液密度提高至2.04g/cm3，控壓起鉆進(jìn)行電測、控壓通井作業(yè)，1 月9 日控壓通井完進(jìn)行常規(guī)下套管和固井，精細(xì)控壓施工結(jié)束。

4 通探1井精細(xì)控壓鉆井效果分析

（1）實現(xiàn)工程地質(zhì)目標(biāo)：通探1 井三開井段應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，保障進(jìn)尺2440m，創(chuàng)青海區(qū)域單井控壓最長井段紀(jì)錄，實現(xiàn)冷湖區(qū)塊一個開次安全鉆穿E32、E31、E1+2三個復(fù)雜層段，完成甲方工程地質(zhì)目標(biāo)，為后續(xù)四開儲層專打奠定良好基礎(chǔ)。見圖4。

圖4 青海區(qū)域單井控壓進(jìn)尺對比圖

（2）解決溢漏同層鉆井難題：冷湖五號區(qū)塊普遍上部（E32）發(fā)育高壓水層，下部地層（E31-E1+2）承壓能力較低，常規(guī)鉆井易發(fā)生上溢下漏的鉆井復(fù)雜，難以一個開次實現(xiàn)鉆井工程目標(biāo)。通探1井通過應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，以較低鉆井液密度鉆揭上部高壓水層，減少下部井漏的發(fā)生，成功解決了溢漏同存的安全鉆井難題。

（3）減少井下復(fù)雜發(fā)生：冷湖五號構(gòu)造E32-E1+2層位復(fù)雜頻發(fā)，已鉆鄰井平均單井復(fù)雜20余次，通探1井三開精細(xì)控壓井段共發(fā)生復(fù)雜6次，損失時間119.46h（其中井漏處理54.96h，鉆頭斷刀翼處理64.5h），三開復(fù)雜占比6.45%，復(fù)雜次數(shù)較常規(guī)鉆井減少70%。

（4）精確刻畫施工井段壓力窗口：通過逐段進(jìn)行地層壓力窗口求取，通探1井精確掌握所鉆地層壓力和漏失壓力，為安全鉆進(jìn)、完井等作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持，控壓施工井段共進(jìn)行求壓次、承壓16 次。1450~2681m 窗口：2.05~2.21g/cm3，2681~3890m窗口：2.038~2.16g/cm3。見圖5。

圖5 通探1井三開壓力窗口刻畫圖

（5）井筒壓力控制穩(wěn)定、鉆井液污染少：利用精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)的設(shè)備及工藝優(yōu)勢維持鉆進(jìn)、接單根、起下鉆等工況轉(zhuǎn)換過程中井筒壓力穩(wěn)定，減少上部高壓水層（1500~1713m）對鉆井液的污染，同時通過排水降壓工藝，減少井漏的發(fā)生。

5 結(jié)論及認(rèn)識

（1）精細(xì)控壓鉆井技術(shù)經(jīng)過在國內(nèi)外的廣泛應(yīng)用，被證實是一種比較先進(jìn)的壓力控制鉆井技術(shù)，可有效解決目前各油田面臨的“卡、塌、漏、噴”等鉆井難題，這項技術(shù)的推廣應(yīng)用對于促進(jìn)中國石油鉆井技術(shù)進(jìn)步、降低油氣勘探開發(fā)成本具有非常重要的現(xiàn)實意義。

（2）通探1井通過應(yīng)用西鉆XZ-MPD精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，進(jìn)一步摸清了該區(qū)塊施工井段的地層壓力窗口，配合微流量監(jiān)測與自動節(jié)流控壓調(diào)節(jié)技術(shù)，有效解決了該區(qū)塊溢漏頻發(fā)的鉆井難題，保證三開鉆井作業(yè)的安全實施，同時減少了非生產(chǎn)時間，縮短鉆井周期，節(jié)約鉆井成本，值得在本區(qū)塊進(jìn)行大力推廣應(yīng)用。

（3）青海片區(qū)鉆井鉆井液密度選取存在偏高現(xiàn)象，導(dǎo)致漏失時有發(fā)生，同時導(dǎo)致地層壓力難以準(zhǔn)確求取，如本井2681m 之前地層壓力一直難以求取出來，同時漏失三次損失鉆井液26.6m3，損失時間29.26h，建議進(jìn)一步加強地層壓力窗口刻畫，合理選擇鉆井液密度。