韓 成, 羅 鳴, 劉忠寶, 楊玉豪, 鄧文彪, 周慶元

1中海石油(中國)有限公司湛江分公司 2中國石油集團渤海鉆探工程有限公司國際工程公司3中國石油集團渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司

0 引言

南海西部鶯瓊盆地為世界三大海上高溫高壓地區(qū)之一，近年鉆探的高溫高壓探井井底溫度超過200 ℃，壓力系數(shù)超過2.30，且目的層安全壓力窗口極窄，甚至部分井幾乎無安全壓力窗口，鉆進(jìn)過程中井漏、溢流、卡鉆等復(fù)雜情況頻發(fā)。雖然南海西部鶯瓊盆地超高溫高壓鉆探作業(yè)異常艱難，但同時通過鉆探發(fā)現(xiàn)了一些具有商業(yè)價值的超高溫高壓氣田。為了解鶯瓊盆地超高溫高壓儲層構(gòu)造參數(shù)，全面掌握地質(zhì)構(gòu)造變化機理，指導(dǎo)氣田開發(fā)方案制定及鉆井作業(yè)實施，急需進(jìn)行超高溫高壓鉆井取心。目前業(yè)界無超高溫高壓鉆井取心作業(yè)經(jīng)驗，面臨著安全壓力窗口極窄，取心過程極易發(fā)生復(fù)雜情況，地層巖性變化頻繁，取心易造成堵心，半潛式平臺取心作業(yè)參數(shù)難以控制等難題[1-5]。

1 鉆井取心技術(shù)難點

(1)鶯瓊盆地超高溫高壓地層砂泥交替頻繁，非均質(zhì)性較強，取心鉆進(jìn)時的機械鉆速很不穩(wěn)定，易發(fā)生堵心[6-7]。

(2)鶯瓊盆地超高溫高壓地層溫壓環(huán)境惡劣，鉆井取心過程中高密度鉆井液性能易發(fā)生惡化，性能維護困難。

(3)鶯瓊盆地超高溫高壓目的層油氣顯示活躍，且目的層安全壓力窗口多在0.1 g/cm3左右，鉆井過程中井漏、溢流頻發(fā)，部分井發(fā)生壓差卡鉆，取心鉆進(jìn)過程極易發(fā)生復(fù)雜情況，井控風(fēng)險高。

(4)半潛式鉆井平臺升沉對取心鉆進(jìn)參數(shù)帶來較大的挑戰(zhàn)，取心過程中巖心也極易因平臺升沉而被拔斷從而對取心進(jìn)尺造成影響。

2 鉆井取心技術(shù)措施

2.1 取心工具優(yōu)化設(shè)計

2.1.1 取心鉆頭

鶯瓊盆地超高溫高壓取心鉆頭采用雙圓弧設(shè)計，其中內(nèi)圓弧設(shè)計使得取心鉆頭具有一定的內(nèi)錐，提高鉆頭的穩(wěn)定性，利于形成完整的巖心。布齒方式采用等磨損布齒，充分利用每個PDC齒的切削能力，提高取心鉆頭的使用壽命。對取心鉆頭進(jìn)行流場分析，如圖1(a)所示，設(shè)計各刀翼流量分配比較均勻，進(jìn)一步提高取心鉆頭的穩(wěn)定性，同時由圖1(b)分析結(jié)果可知，取心鉆頭內(nèi)側(cè)流速為4.5～6.0 m/s，外側(cè)流速接近15.0 m/s，取心鉆頭內(nèi)側(cè)流速小于外側(cè)流速，有效減少鉆井液對取心的側(cè)向沖蝕。

圖1 取心鉆頭流場分析結(jié)果

2.1.2 取心工具抗溫防漏能力改造

為保護取心鉆進(jìn)內(nèi)筒的巖心，常規(guī)取心鉆具組合下鉆到底循環(huán)干凈后需要井口投球，開泵送球入球座，起到隔離內(nèi)筒、分流循環(huán)的目的。井口投球操作導(dǎo)致超高溫高壓取心鉆具組合中不能使用內(nèi)防噴工具，為降低超高溫高壓取心井控風(fēng)險，取心鉆具能夠使用防噴工具，通過改造取心工具，可實現(xiàn)免投球，既能降低鉆井液對巖心的沖刷作用，又能實現(xiàn)割心后能開泵循環(huán)起鉆，進(jìn)一步保證了井筒安全性。

工具由懸掛總成、旋轉(zhuǎn)總成、分水總成、內(nèi)筒、外筒等部件組成，懸掛總成可實現(xiàn)調(diào)接鉆頭與內(nèi)筒之間的間隙功能，分水總成包括擋板、鋼球、單流閥，內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，通過鋼球的自由運動平衡內(nèi)筒內(nèi)部壓力，有利于巖心進(jìn)入，同時也解決了原有取心工具需要在井口投球的問題。取心工具采用內(nèi)外筒雙層結(jié)構(gòu)，簡化了第三層鋁合金內(nèi)筒，避免了鋁合金內(nèi)筒因高溫變形而產(chǎn)生復(fù)雜情況，同時取心工具內(nèi)外筒環(huán)空間隙增大至7.5 mm，若取心作業(yè)中發(fā)生復(fù)雜情況時，可泵入小顆粒的堵漏材料進(jìn)行堵漏，有效避免因環(huán)空間隙過小導(dǎo)致蹩泵，增強復(fù)雜情況的處理能力。取心工具內(nèi)外壁厚增大，配件全為耐超高溫金屬件，內(nèi)部無橡膠件，在加強取心工具強度的同時極大提高了井下高溫穩(wěn)定性[8-9]。

圖2 分水總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 取心鉆具組合設(shè)計

現(xiàn)場采用以下鉆具組合進(jìn)行取心：?212.7 mm SCS306取心鉆頭+Y- 8100取心工具+浮閥+?165.1 mm鉆鋌×1根+?206.4 mm倒劃眼扶正器+?177.8mm堵漏短節(jié)+?165.1 mm鉆鋌×8根+?165.1 mm液壓震擊器+?139.7 mm加重鉆桿×14根+投入式止回閥接頭+?101.6 mm鉆桿。

因Y- 8100取心工具為免投球式工具，在鉆具組合中可組合防噴工具浮閥，加強井控能力；在取心過程中如發(fā)生井漏，需泵入大顆粒堵漏材料時，可通過加壓打開堵漏短節(jié)旁通孔，隔離堵漏短節(jié)以下鉆具循環(huán)通道，大顆粒堵漏材料可通過旁通孔達(dá)到地層進(jìn)行堵漏，進(jìn)一步增強取心鉆具的井控能力；同時液壓震擊器可為取心鉆具發(fā)生卡鉆提供解卡手段。

2.3 井眼準(zhǔn)備

為了保證取心時效和井筒安全，取心作業(yè)前的井眼必須進(jìn)行短起下，調(diào)整好鉆井液性能，保證井眼暢通，確認(rèn)井筒安全后方可起鉆。同時鉆井液需要保持良好抗高溫性能，防止鉆井液高溫稠化，在內(nèi)筒易憋壓，影響巖心進(jìn)入內(nèi)筒進(jìn)而發(fā)生堵心[10]。此外，必須準(zhǔn)備充足的重晶石及堵漏材料，根據(jù)井況需求，及時組織壓井及配制堵漏漿堵漏。

2.4 鉆井取心作業(yè)

2.4.1 下鉆

為防止下鉆到井底開泵，啟動泵壓較大而壓漏地層，取心鉆具在出套管前開泵頂通循環(huán)，進(jìn)裸眼后每隔200～300 m開泵頂通循環(huán)。下鉆到底后先小轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動再緩慢開泵，開泵正常后在距井底2 m左右上下活動循環(huán)，循環(huán)排量根據(jù)泵壓情況調(diào)整，循環(huán)期間調(diào)整鉆井液性能。鉆井液循環(huán)均勻后進(jìn)行低泵速試驗，為準(zhǔn)確獲取取心深度，要求測量并記錄潮差值。

2.4.2 取心鉆進(jìn)

鉆壓保持1～2 t進(jìn)行樹心，半潛式平臺升沉較大時，可適當(dāng)加大鉆壓，樹心0.3～0.5 m后，逐漸將參數(shù)調(diào)整至正常取心參數(shù)。半潛式平臺鉆井取心容易出現(xiàn)脫壓情況，要求司鉆送鉆均勻，勤跟鉆壓，在整個取心過程中要求不停泵、不停轉(zhuǎn)、不能上提鉆具。

2.4.3 割心

基于現(xiàn)場地質(zhì)師的預(yù)測并結(jié)合鉆時判斷，盡量在膠結(jié)良好的泥巖地層割心，防止在起鉆的過程中發(fā)生掉心，取心結(jié)束后進(jìn)行磨心，充分磨心后緩慢上提鉆具進(jìn)行割心，此時需停轉(zhuǎn)但不停泵。

2.4.4 起鉆

為保證井筒安全，割心后繼續(xù)循環(huán)，要求鉆具提出取心頂面，經(jīng)過充分循環(huán)確認(rèn)無異常后停泵模擬單根氣，根據(jù)單根氣情況調(diào)整鉆井液，決定是否具備起鉆條件。起鉆盡量減少鉆具旋轉(zhuǎn)，防止巖心落井。出心時取心筒正前、正后方60°扇形區(qū)域禁止站人，防止取心筒內(nèi)部存高壓致使巖心飛出傷人。

3 現(xiàn)場試驗

鶯瓊盆地兩口超高溫高壓LD-X井、LD-Y井成功應(yīng)用鉆井取心技術(shù)，兩口井取心數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，LD-Y井井況更為惡劣，LD-Y井計劃在?212.7 mm井段進(jìn)行取心，上層?244.5 mm套管鞋破裂壓力系數(shù)為2.38，下部井段通過后續(xù)MDT電測測壓顯示地層壓力系數(shù)為2.30，壓力窗口僅為0.08 g/cm3，同時井底溫度在203 ℃左右，鉆井液密度達(dá)2.30 g/cm3，鉆進(jìn)取心過程中井控風(fēng)險大，兩口井應(yīng)用超高溫高壓鉆井取心技術(shù)，取心作業(yè)順利，出心巖心完整，無復(fù)雜發(fā)生，收獲率均為100 %。

表1 地LD-X井、LD-Y井取心數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

(1)針對超高溫高壓井窄壓力窗口地層取心，應(yīng)盡量提高取心鉆頭的穩(wěn)定性，減小對巖心柱的沖蝕，同時通過改造取心工具及優(yōu)化取心鉆具組合，加強對高溫失效、漏失、卡鉆、井控等風(fēng)險的應(yīng)對能力。

(2)半潛式鉆井平臺增加超高溫高壓窄壓力窗口地層取心作業(yè)難度，做好取心前井眼準(zhǔn)備，充分調(diào)整鉆井液性能，嚴(yán)格控制下鉆、取心鉆進(jìn)、割心、起鉆、出心等操作。