深水鉆井窄密度窗口作業難點分析與對策

徐 文

（中海油能源發展股份有限公司工程技術海南公司，海南 海口 570100）

1 深水窄密度窗口的相關概念

針對我國鉆井裝備能力及鉆井技術水平，常規水深通常指水深500 m 以內，水深500～1 500 m 稱為深水，水深大于1 500 m 則稱為超深水。

在深水鉆井作業過程中，受水深的影響，深水地層上覆壓力低，地層破裂壓力梯度降低，地層孔隙壓力與破裂壓力之間的窗口逐漸變小，給鉆井工程帶來諸多挑戰。

2 南海某氣田超深水窄密度窗口概況

南海某深水井井位水深1 455 m，海底溫度3～4℃，采用某深水鉆井平臺鉆探。下面以該井為例進行說明，孔隙壓力在2 700 m 前為正常壓力系數1.00～1.03 g/cm3，進入目的層前壓力系數逐漸抬升至1.26 sg，目的層壓力系數為1.26～1.30 sg，鉆穿峽谷后壓力系數為1.37 sg 以上，該井鉆井作業密度窗口極窄。

3 南海某氣田深水窄密度窗口的主要對策

3.1 優化井身結構

優化井身結構，各井段均分壓力窗口，下入16＂非常規套管，擴大密度窗口，確保各井段作業順利。

優化后，各井段窗口：17.5*20＂井段泥漿密度1.12 g/cm3，地層漏失壓力1.21 sg，靜態作業窗口0.09 sg；14.75*17.5＂井段泥漿密度1.24 g/cm3，地層漏失壓力1.31 sg，靜態作業窗口0.07 sg；12.25＂井段泥漿密度1.37 g/cm3，地層漏失壓力1.45 sg，靜態作業窗口0.08 sg。

3.2 隨鉆擴眼技術

在超深水鉆井中，由于密度窗口十分窄，所需的套管柱層數，通常比有著相同鉆進深度的淺水區域的井或陸上的井多，而隨鉆擴眼器的使用可以盡可能地滿足多層次套管的選擇。

隨鉆擴眼器按照打開方式可分為兩種：液壓打開、投球打開，可滿足各尺寸井段作業要求，本次作業采用17-1/2＂擴眼成20＂、14-3/4＂擴眼成17-1/2＂方式，實現增加下入16＂套管措施，并增大環空間隙，保證固井質量，降低下套管壓力激動。

3.3 隨鉆壓力監測與預測技術

鉆進過程中根據實時的LWD 測井（電阻率、聲波等）數據，結合鄰井資料及現場其他信息，計算出一個較準確的地層壓力，對異常情況及時預警，從而作業過程中一定程度地避免井涌，延伸套管鞋深度，減少套管數目，優化井身結構。

隨鉆壓力監測應用實例：南海某深水井鉆17-1/2 ″井眼至2 677 m 處，隨鉆地層壓力預測模型顯示壓力有上漲趨勢，起鉆，擴眼至17-1/2 ″ X20 ″，下入16″應急套管。

目前隨鉆壓力監測的精度已達到較高水平，與電纜測井數據相對誤差在3%以內，如表1所示。

表1 某井隨鉆監測與電纜測井數據對比表

3.4 隨鉆地震技術

深水井鉆井作業中密度窗口窄，經常采用隨鉆地震工具，以準確預測下部異常壓力地層，實時更新地層層位劃分，降低作業風險，如圖1所示。

圖1 隨鉆地震實時內存波形

以某口井為例對隨鉆地震技術進行說明，如表2所示。

表2 隨鉆地震內存校驗數據

由表2 可知，鉆前模型預測層位T8 在5 030 m，隨鉆地震內存數據更新后的強反射層T8在海拔垂深4 990.6 m。

3.5 ECD控制技術

ECD 控制，按過程劃分為鉆進過程中ECD 控制及固井過程中ECD 控制。

鉆進過程中ECD 控制主要通過控制機械鉆速及排量來實現，鉆前模擬預測出ECD 曲線，實際作業過程中隨鉆錄井工具可提供實時ECD 數據，以便及時調整鉆井參數。

固井作業前須通過專業軟件對固井作業進行模擬，計算出作業過程中最大ECD，確認各處ECD 小于地層漏失壓力，確保設計滿足固井施工安全。

3.6 鉆井參數精確監測技術

深水井壓力窗口窄，對于井下事故應早發現、早處理，避免問題擴大，降低風險和損失。下面介紹三種比較精確的參數監測手段。

3.6.1 泥漿池體積精確監測方法

深水泥漿池采用雙傳感器監測，安裝在泥漿池的兩個對角，補償鉆井平臺搖擺帶來的影響。

3.6.2 EKD早期井涌、井漏預報系統

通過在返出管線安裝精度極高的質量流量傳感器對鉆井液返出流量進行實時監測，再與泵入鉆井液對比得出差值；如果差值超出設定門檻值則發出警報；將井涌、井漏扼殺在預警初期階段，如圖2，3所示。

圖2 EKD結構示意圖

圖3 EKD工作原理圖

三種警報：紅色、橙色、綠色；紅色警報：提醒司鉆需進入關井程序；橙色警報：需立即進行溢流檢查；綠色警報：正常返出量。

3.6.3 geoNEXT回流監測系統

geoNEXT 泥漿回流量監測系統（Flow back）可以實時自動監測每次停泵泥漿回流量；在泥漿溢流檢查時也可以用此軟件監測。

3.7 提高地層承壓能力措施

由于較大部分上覆地層被海水替代，上覆壓力大幅較低，深水地層強度較低，作業時需考慮采取措施，提高地層承壓能力保障作業安全。

目前通常采用的是根據地層滲透率篩選鉆井液中的封堵材料，提高井壁周圍的承壓能力，本井滲透率主要集中在128～256 mD。

由表3可知，對兩種鉆井液樣品在人造巖心上進行承壓試驗。依據試驗數據，添加復配顆粒封堵后，在靜壓600 psi 時發生漏失，相對原鉆井液可提高地層承壓能力300 psi。

表3 鉆井液封堵材料復配篩選表

3.8 連續循環鉆井技術

在鉆井過程接立柱或起下鉆作業中鉆柱上卸扣時，保持井內泥漿（循環介質）正常循環的技術稱連續循環鉆井技術。

系統的主要功用：

（1）保持連續循環狀態；

（2）保持穩定的井眼壓力；

（3）預防呼吸效應；

（4）保持井壁穩定和良好的井眼清洗效果；

（5）降低垮卡漏噴等復雜情況的風險。

3.9 低密高強固井液體系

由于深水密度窗口較窄，并且海底低溫，對于固井液也提出了不同于淺水的要求，需要具備低密度、高強度、低溫早強的技術特點。

目前國際上通常采用的深水固井液體系主要有兩種：固體減輕劑體系和液體減輕劑體系，兩種體系各有優缺點，見表4。

表4 固井液體系對比表

從操作簡便的角度，如果兩種體系都滿足要求，一般取用液體減輕劑體系。

3.10 國際其他技術措施

針對深水窄密度窗口安全鉆井問題，目前國際上還有以下技術措施：

（1）雙梯度鉆井技術；

（2）控壓鉆井技術；

（3）膨脹管技術；

（4）泡沫水泥漿體系。

4 結束語

1）深水鉆井密度窗口小，對與之相適應的工藝、手段和技術等條件限制較多，開展深水窄密度窗口鉆井應用技術研究至關重要。

2）優化井身結構、采用隨鉆擴眼技術擴大安全窗口、加強地層壓力監測/預測、做好ECD 控制、精確監測鉆井參數、提高地層承壓能力措施，以及低密高強固井液體系是解決深水窄密度窗口鉆井問題、改善深水窄密度窗口鉆井作業環境的最佳方案。

3）隨鉆地震技術、連續循環鉆井技術是適用于深水窄密度窗口安全鉆井的有效解決方案。

4）南海已完成多口深水窄密度窗口井鉆井作業，通過多種措施綜合應用，保證了鉆井作業的安全、順利進行，以上措施在深水窄密度窗口鉆井作業中發揮了良好的作用，具有推廣意義。