莺歌海盆地高温高压井窄压力窗口ECD精细控制应用

2024-01-22贾轲

石化技术 2024年1期

贾轲

中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司广东湛江

莺歌海盆地地层压力系数最高达2.49，地层温度超过200℃，最窄压力窗口小于0.01g/cm3，溢流、井漏等复杂情况多次发生，降低现场作业效率增加勘探成本。2016年前多口井进入目的层后由于窄压力窗口问题导致出现溢流、井漏等复杂情况，少部分井无法继续进行作业，被迫进入弃井程序。严重影响了南海气区的勘探步伐。

1 莺歌海盆地高温高压井窄压力窗口挑战

高温高压安全密度窗口窄，存在薄弱地层，极易发生井漏，堵漏成功率低，复漏风险高；同时，压井、起下钻、控压钻井等过程全井段ECD监测与控制手段不足，难以满足高温高压窄压力窗口要求。以上挑战影响了海上高温高压窄压力窗口井安全高效作业，使海上高温高压窄压力窗口井复杂情况频繁，钻井周期长，成本高，严重影响南海区域油气勘探进程。

通过对区域完成井进行系统分析总结，形成了针对莺歌海盆地高温高压井窄压力窗口ECD精细控制技术，主要有以下三个方面。

2 建立大数据环空压耗分配模型

基于现场的实际钻井参数包括井深、泵压、排量、钻井液密度、粘度等，建立了钻进及循环等不同工况下的ECD经验模型，联合ECD理论预测值与随钻的ECD实测值进行实时修正，减小预测误差，将修正后的ECD用于排量低、无信号等工况下的ECD精确预测，有效指导了现场作业决策。见图1。

图1 莺歌海盆地大数据ECD环空分配模型

图2 普通重晶石粒径分布

图3 优质普通重晶石粒径分布

通过对已经完成井进行大数据分析整合，建立了莺歌海盆地高温高压井钻井、循环工况下的压耗比数据库。指导现场在随钻工具失联、低排量下随钻工具无信号及其他特殊工况下进行井底ECD的精细控制。

表1 莺歌海盆地钻井循环工况环空压耗比数据库

3 高密度钻井液流变性高效控制

莺歌海盆地高温高压井目的层钻井液密度大部分在2.10-2.30g/cm3之间。使用常规4.2g/cm3的普通重晶石加重致使钻井液中固相含量高效果捉襟见肘。优选4.4-4.5g/cm3密度的优质重晶石，在相同密度情况下能有效降低钻井液的实际固相含量，如以2.25g/cm3的钻井液为例，使用优质重晶石与普通重晶石对比，可以将固相体积百分比下降2%，能起到更好的控制流变性目的。

表2 现场使用优质重晶石加重后钻井液性能情况

3.1 钻井液体系中活性固相含量及分散度控制

严格控制般土含量，般土作为钻井液的骨架，结合考虑般土在高温状态的细分散情况，根据实际的比重使用范围，控制与之匹配的般土含量，保证基本的重晶石悬浮即可。

根据排量情况，尽可能使用高目数筛布，做好一级固控，尽可能的清除钻屑，降低劣质固相进入钻井液。结合使用抗温抑制剂，能对钻屑进行较好的抑制，降低其水化分散对钻井液性能的影响，从而能更有效的控制流变性。

3.2 现场钻井液性能精细化维护

钻井液在井上作业时，即使不钻井的情况下，随着循环剪切也存在钻井液老化的趋势，而引起低端切力抬升，实际作业中需密切监控钻井液的性能变化情况，当性能出现变差时，分析具体原因，是泥浆老化引起，还是地层流体污染，还是钻屑污染等。因情施策，有针对性的优化新浆性能，然后用新浆适时置换处理，将钻井液性能控制在理想范围内；另维护钻井液性能时，务必以操作平稳为首要，比如比重调整、补充胶液等，专人监控跟踪作业环节，有问题也能及时发现并采取措施解决。

4 模拟优选最佳钻具结构

莺歌海盆地窄压力窗口原钻井组合为：8-3/8″P D C 钻头+浮阀（高温阀芯）+LWD+MWD+8-1/8″倒划眼扶正器+6-1/2″钻铤3根+ 6-3/4″震击器（带挠性接头）+配合接头+5-1/2″加重钻杆1根+投入式止回阀座接头+5-1/2″加重钻杆13根+5-1/2″钻杆。

以莺歌海盆地某井为例进行目的层井段环空压耗模拟：

4.1 井身体结构

井身体结构见表3所示。

表3 井身体结构

4.2 钻井液性能

钻井液性能见表4所示。

表4 钻井液性能

4.3 参数设置

排量800L/min，转速120rpm

4.4 循环压耗模拟

根据以上参数设置，分别进行莺歌海盆地窄压力窗口井段原钻具、复合500m、1000m、1500m、2000m小钻具进行钻进循环工况下环空压耗模拟，见图5～9所示。

图5 原钻具钻井工况循环压耗模拟

图6 复合500m小钻具钻井工况循环压耗模拟

图7 复合1000m小钻具钻井工况循环压耗模拟

图8 复合1500m小钻具钻井工况循环压耗模拟

图9 复合2000m小钻具钻井工况循环压耗模拟

模拟校核结果表明，复合4″钻杆可有效降低循环压耗，每复合500m约降低ECD当量0.006～0.015，排量越高、复合钻具越长降低循环压耗效果越好。实钻还应注意综合考虑复合钻杆抗扭强度及弯曲对钻进的影响，及复合小钻具后对井控装置的影响。

5 应用效果

莺歌海盆地高温高压井窄压力窗口ECD精细控制技术在XX-1-2/3/4/5/6/13/12/10、XX-1-7、XX-1-1、XX-2-1等10余口高温高压井中得到广泛应用。基于大数据环空压耗分配模型、高密度钻井液流变性高效控制以及优选最佳钻具，使高温高压井ECD循环当量附加值由0.04～0.1 g/cm3降至0.02～0.04 g/cm3，有效缓解了窄压力窗口问题，极大程度上降低了因环空压耗过大造成的复杂情况，同时节省作业工期和勘探成本。