旅大25-1区块深层复杂结构井异常压力下潜山钻井技术创新及其应用

耿立军，韩亮，朱玉磊，张天玮

1.中海石油（中国）有限公司天津分公司 工程技术作业中心（天津 300459）

2.中海油研究总院有限责任公司（北京 100028）

近几年,渤海区块潜山地层探井的数量不断增加，但由于潜山构造岩性复杂，埋藏较深，地层可钻性差，地层压力无法预测且漏、喷、塌等复杂情况多发，勘探难度和成本压力越来越大，严重制约了渤海油田勘探开发效率[1-2]。旅大25-1 区块是渤海油田为数不多的勘探新区，也是未来储层发现的潜力增长点，但该区块勘探上钻井率低，地层、潜山顶深及岩性认识存在多解性。经验认为潜山段是正常压力，但该区块A井在潜山段钻井时发生溢流，提高钻井液密度后又发生井下漏失，造成上溢下漏的复杂情况。因此，在异常压力条件下保证安全钻探作业成为了主要难点。

1 潜山钻井关键技术

针对旅大25-1 区块异常压力条件下潜山钻探难题，制定了一套完善的应对措施：钻前资料分析、现有技术调研、作业方案制定、钻后总结分析、新技术突破等，圆满完成了该区块勘探任务，并形成了3个创新性作业技术。

1.1 随钻异常压力双监测技术

1）随钻PreVue 压力监测技术。利用dc 指数、sigma指数、电阻率和声波时差等数据进行多元化分析监测，基于dc 指数经验法，PreVue 可实时监测各个井段、不同压力系统下压力变化情况，为现场优选钻井液密度提供技术支持。

2）精细控压钻井设备监测技术。精细控压钻井是在钻井过程中，根据密度窗口，通过调节井口回压，控制整个井眼环空压力体系，实现不同工况下井底压力略大于地层压力，安全快速钻井的一种工艺[3]。设备由旋转控制头、节流控制撬、质量流量计、回压泵、数据采集和控制系统组成。其中质量流量计安装在节流控制撬低压端，流体经过时，测量内部流量管共振频率计算振动时间延迟，从而计算出通过管的质量流量，实时监测返出流量，发现溢漏异常。

1.2 井场精细调控钻井技术

1）窄压力窗口控压钻井技术。通过“井底恒压+微流量”控压钻井技术，改变节流阀的开启程度，针对异常压力潜山地层能够有效降低井底压力波动，实现近平衡作业。通过井口回压微调，补偿环空循环压耗，使井底压力在不同工况下始终保持在允许工作窗口内。解决由于地层密度窗口窄引起的井漏、井涌等井下复杂情况、以及含硫地层、压力不确定高风险勘探井的安全钻井问题[4-6]。

2）钻井液精细调配技术。由于在A井潜山作业过程中发生溢流，B 井在潜山152.4 mm 井眼作业时选择密度为1.15 g/cm3钻井液开钻，同时备足密度为1.35 g/cm3钻井液备用，在发生溢流后直接替入，后续逐渐将钻井液密度降至1.32 g/cm3钻进至完钻。通过井筒溢流精确压力监测技术，找到平衡钻井过程中置换至井筒内的气柱上行规律，考虑多影响因子判断井筒内压力随时间的变化，进行钻井液密度的微调整[7-9]。

3）钻井综合提速技术。①钻井参数优化。中生界潜山地层多为火成岩，研磨性较强可钻性较差，实际钻进过程中可根据底部钻具及钻头的工作状态适当增加钻压及转速来提高潜山地层的机械钻速和作业效率。在满足环空返速携砂的条件下尽量控制泥浆泵排量走下线，较高的钻进排量会产生相应较高的环空压耗，从而增加井底压力，对于裂缝发育的潜山地层较高的井底压力容易引发漏失。②井身结构的优化。A 井152.4 mm 潜山井段上喷下漏，为了保证潜山地层地质资料的顺利录取，使用311.15 mm 井段揭开潜山地层，下入244.5 mm 套管封固上部地层，然后用215.9 mm 井眼完成潜山钻进，预留152.4 mm 井眼。③提效工具的使用。潜山地层钻井作业常规钻具组合使用的是光钻杆或马达配合镶齿牙轮钻头，由于地层的高抗研磨性，为提高作业效率，优选扭力冲击器配合忍者齿PDC钻头的提效钻具组合[10-11]。

1.3 异常压力有效封隔技术

1）火成岩界面卡取技术。旅大25-1 区块沙河街组异常压力储层披覆于中生界潜山顶面，形成混合压力的储层共轭体，由于潜山裂缝的发育，压力传导逐渐消失，存在异常压力封隔层。通过筛选钻速、扭矩、泵压、钻压等进潜山地层敏感的参数，通过钻井参数影响因素综合计算法，形成评价指数S=钻速×扭矩×泵压/钻压，进入潜山后S值呈明显低值（图1），而漏失段S值呈升高趋势，此评价指数可作为潜山漏点判识的依据。

图1 潜山综合指数评价

结合A 井岩性和钻时分析，上部井段安山质火山角砾岩、凝灰质砂岩为压力异常段，而底部流纹质火山角砾岩为正常压力段。准确识别流纹质火山角砾岩层位，是确定异常压力段中完优选位置的关键。通过元素录井，筛选(Na+K)和(Fe+Mg)元素作为压力异常封隔的特征指标，利用衍射录井主要矿物增多，次要矿物减少作为辅助指标。由不同权重的综合计算法进行综合指数评价，卡准潜山界面压力“隔层”，隔离不同压力系统，避免钻进过程中出现“上喷下漏”的复杂情况。

2）岩性微观属性分析技术。A井揭示中生界岩性为安山质火山角砾岩、凝灰质砂岩、流纹质火山角砾岩，B井发育流纹质火山角砾岩，而C井发育蚀变英安岩。通过元素录井及衍射录井特征参数筛选，形成了以(Na+K)和(Fe+Mg)元素综合指数的识别图版，以石英和黏土矿物综合指数的衍射识别图版（图2），二者相互补充完善，指导后续开发井的岩性识别。

图2 LD25-1构造潜山元素+衍射数据分布图

3）循环加压候凝井技术。①参数选取。根据电测的井径数据来确定缓凝尾浆和速凝尾浆的附加量，保证有效封固，根据电测的地层温度选取化验温度。根据最终通井到底循环的排量计算尾管到位后的最大循环排量，保证井底当量不压漏地层[12]。②固井措施。隔离液加入纤维作为堵漏材料，降低固井期间的漏失风险；在硅粉水泥中干混水力尖劈堵漏材料，使泥浆具有良好的堵漏能力；水泥浆采用胶乳聚合物体系，提高防气窜性能；固井期间实时监测返出情况，观察是否有漏失发生。③循环加压候凝。固井结束先不坐封顶部封隔器，对泥浆进行循环，适当提高井底当量密度，加压候凝，确保固井质量。阶梯型提高循环排量，逐渐增加井底当量密度，在保证压稳油气的同时防止过大的井底当量压漏地层。

2 应用效果

针对该区块地层特点，形成了一套异常压力潜山钻井关键技术体系，有效解决了复杂压力体系下潜山地层的钻探难题，保证作业安全，提高作业效率。旅大25-1 区块初步计算三级石油地质储量约4 780×104m3，证实了该区块是油质轻、产量高、储量大的优质油田。本技术在旅大25-1 区块应用3 口井，并在周边旅大19/26区块使用3口井，共节约钻井工期48 d，费用约4 300 万元，取得了良好的作业效果。

3 结论

异常压力井和潜山井均属于重难点钻井作业，单一情况下就易造成钻井安全风险，而旅大25-1区块首次在潜山中钻遇异常压力，打破了渤海油田潜山的传统认识。基于异常压力条件下潜山钻井技术创新性强、实用效果好，具有较好的推广应用价值，实现了将地质认识与钻井实施相结合，核心技术包括随钻异常压力双监测技术、井场精细调控钻井技术、异常压力有效封隔技术。该体系一举攻克渤海油田火成岩存在异常压力情况下安全钻井的技术困难，破解了影响新区新层位的勘探难题。技术共应用6 口井，实现了在安全作业前提下提质增效，为渤海油田储备钻井新技术。