控压钻井技术在漏涌同存地层的应用

于海叶，苗智瑜，陈永明，燕修良，王树江，李宗清，曹强

（中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东　东营　257017）

控压钻井技术在漏涌同存地层的应用

于海叶，苗智瑜，陈永明，燕修良，王树江，李宗清，曹强

（中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017）

为了解决某油田活跃沥青层造成钻井复杂情况的难题，在A井、C井分别应用了恒定井底压力控压钻井技术和加压泥浆帽控压钻井技术，对控压钻进、控压接立柱时的回压施加方式和井底压力变化、加压泥浆帽钻进的施工工艺进行了介绍。通过对施工工艺的描述，分析了气侵对钻井液密度和井底压力的影响，对加压泥浆帽施工过程中的参数变化、现象进行了分析和判断；根据施工参数分析和温度测井结果解释，分析了漏失层层位；结合地质研究成果和沥青层地层压力测试数据，分析了沥青层的成因和沥青层压力，总结了解决沥青侵造成复杂的3种方案。这为下一步的施工提供了经验，指出了需要研究的方向。

沥青侵；漏涌同存；恒定井底压力；加压泥浆帽；漏失压力

1　概述

某油田几乎每口井在K层都钻遇沥青，其中有些是固态，有些较软，有5口井钻遇软沥青后发生了卡钻事故［1］。前期钻探过程中形成如下认识：受油田地质构造运动的影响，K层为多褶皱分布，沥青层空间分布规律性差，井间分布差异大；沥青的连通通道以裂缝为主；温度对沥青黏度影响大，埋藏越深，流动性越好；井间沥青层地层压力差异性大，不能用统一的压力系数来描述；K层沥青发育程度的差异性是造成沥青危害程度不同的根本原因。

由于对沥青层地层压力认识不清，有的井用1.35 g/cm3的钻井液顺利钻穿，有的井用1.70 g/cm3的钻井液也没有压稳。为安全起见，也为调整钻井液密度留出空间，将密度调为1.60 g/cm3。在钻开沥青层前，对上部地层进行地层承压能力测试，使上部地层压力系数不低于1.70，尽可能提到1.85甚至更高，钻进中坚持随钻堵漏作业。使用旋转控制头密封井口，首先用常规钻井方式打开沥青层。若发生沥青污染钻井液，主要采取以下措施：钻井液消耗速度小于10 m3/h时，及时配浆补充钻井液，进行强穿作业；否则，调小钻井液密度（不可低于1.30g/cm3），在井口施加回压（5.0 MPa以内）以维持井底压力不变。采取后一种措施时，若及时补充钻井液可保证钻进，则转为控压钻进；否则，停止钻进，进行堵漏作业。堵漏无效时，则进行加压泥浆帽钻进。

2　控压钻井技术应用

2.1控压钻井设备

旋转控制头（SLXFD35/35）底座1套，额定压力（动/静态）为17.5/35.0 MPa，高度1.78 m。专用节流管汇1套，通径103 mm，压力35.0 MPa。

2.2控压钻进

C井于井深3 687.76 m处，气测全烃体积分数升至100%，转为控压钻进。控制目标为总池体积不变，在排放受污染的钻井液或循环罐倒浆无法准确计量总池体积时，以立压为控制目标。控压初期，入口钻井液密度为1.65 g/cm3（如无特殊说明，密度均指常压下密度，下同），高压下入口密度为1.67 g/cm3，黏度为78 s，出口密度为1.45 g/cm3，排量29 L/s，钻压80～100 kN，转速80 r/min，初始控制回压在1.0 MPa，火炬点火成功，火焰高1～2 m。

随着测得的出口密度不断减小至1.19 g/cm3，开始对钻井液进行加重，保证入口密度在1.66～1.68 g/cm3（但实际施工中由于流体侵入严重，为保证立压/总池体积不变，入口高压密度最高达到1.74 g/cm3），同时将回压调高，控制在4.0～4.5 MPa，防止地层漏失。由于地面返出钻井液受到沥青严重污染，出口黏度达到260 s，为减小循环压耗，开始向钻井液内混入柴油。控压钻进至井深3 697.70 m，总池体积迅速增加，上涨速度为5 m3/15 min，进一步提高回压至5.5～5.7 MPa，出口黏度一直在150～190 s，入口密度在1.67～1.68 g/cm3。C井控压钻进时，回压与井底ECD的变化如图1所示，其中ECD为当量循环密度［2］。在后续控压钻井过程中，C井调整钻井液密度和回压时发生了失返性漏失，转为加压泥浆帽钻进。

图1　C井控压钻进时回压与井底ECD的变化

在上述控压施工过程中，通过调整回压，流体溢流得到了有效控制。此时测量入口密度为1.68 g/cm3，出口密度为1.44 g/cm3，黏度为188 s，返出钻井液的流动性极差，表观上判断几乎全是沥青。但是，当取重油密度0.95 g/cm3、入口高压密度1.72 g/cm3、出口高压密度1.44 g/cm3时，可以计算出此时环空中沥青体积分数为36.4%，未到100%，由此可判断这是一种假象。

2.3控压接立柱

在A井作业中，使用一台钻井泵作为回压泵，进行了控压接立柱和地面控压循环（维修冲管，用时2.5 h）。钻进时控制回压在0.7～1.0 MPa，接立柱和地面循环时维持回压在2.1 MPa。

钻井泵作为回压泵使用，需要开关数个阀门，相应增加了接立柱的用时，回压泵减小井底压力波动的作用也受到很大影响；因此，在后面井的施工中，使用水泥车作为回压泵，水泥车与压井管汇之间装有单流阀，在各作业者多次练习配合后，可以实现接立柱过程中井底压力的近似恒定。图2是C井在井深3 690.42 m处进行控压接立柱时压力、排量、ECD的变化曲线。正常钻进时，控制回压在4.5 MPa，接立柱时使用回压泵控制回压在6.2 MPa。接立柱过程中，ECD波动最大差值0.12 g/cm3，若不控制回压，ECD波动最大将达0.21 g/cm3。

图2　C井接立柱过程中压力、排量、ECD的变化

2.4加压泥浆帽钻进

C井发生失返性漏失后，为处理井漏，进行了降低密度和堵漏等施工，但均在出口返出重油，无法建立循环，并且返出物中监测到高浓度H2S。在此涌漏同存的情况下，进行了加压泥浆帽钻进［3］。钻井参数如下：转速81 r/min，泵冲54冲/min（排量10.8 L/s），钻压30～80 kN，扭矩9.5～14.9 kN·m，立压10.3～13.1 MPa，回压1.6～2.4 MPa，入口密度1.10～1.20 g/cm3，黏度30～60 s。

在使用旋转控制头封闭井口、节流管汇控制回压的条件下，钻柱内注入牺牲液，排量可保证携岩，环空内推入泥浆帽，环空泥浆帽液柱压力和回压共同维持井底压力平衡。钻进过程中，牺牲液经过钻头，携带钻头破碎的岩屑在环空上返，并进入漏失层。为防止井下油气大量侵入环空并向上运移，泥浆帽需要经过加重和增黏处理。

施工过程中的重要措施有：1）使用简单钻具组合；2）牺牲液密度在钻进过程中逐渐由1.30 g/cm3调小至1.10 g/cm3；3）井口回压随着牺牲液密度的减少，逐渐增大至3.5 MPa，高黏（75～80 s）钻井液由开始的每钻进2～3 m打入10 m3改为每小时打入3 m3，以确保井底清洁和环空岩屑携带充分，避免沉砂卡钻；4）牺牲液中加入足够的除硫剂，保证井下钻具安全；5）由于牺牲液的供应量受现场钻井液循环罐的总体积限制，每次钻进5～7 h后，需要停钻等待牺牲液的配制。

加压泥浆帽钻进井段为3 698.19～3 800.00 m，进尺101.81 m，用时49.5 h，机械钻速2.06 m/h。从图3可以看出，在牺牲液注入排量不变的情况下，立压波动明显。立压波动与钻井液密度变化、黏度变化、漏失点漏失压力、环空中岩屑浓度变化等因素有关，需要进一步研究找出其变化规律。

图3　C井加压泥浆帽钻进过程中钻井参数的变化

3　钻后分析

3.1气侵对井底压力的影响

设α为气侵后钻井液密度与气侵前的比值，即使地面气侵钻井液密度降至原来密度的一半（α=0.5），井底压力的减少值也不超过0.75 MPa。因此，仅由于气侵减少的井底压力是非常有限的。采取有效的除气措施，保持泵入井内的钻井液为原有密度，就不会有井喷的危险［4］。

3.2C井漏失层位的判断

C井套管下深在1 863.60 m，钻开沥青层3 682.00 m时上部裸眼段长度为1 818.40 m。在裸眼段中存在低压层，沥青层上部地层压力系数只有1.20左右。虽然在钻开沥青层前进行了地层承压能力测试，折算井底（垂深3 568.00 m）当量钻井液密度（EMW）为1.95 g/cm3，套管鞋处2.22 g/cm3，达到了使用钻井液密度1.65 g/cm3、井口回压10.3 MPa的条件，但前提是井壁上糊满了堵漏材料。在正常井眼条件下，地层承压能力测试只做到井口回压3.5 MPa，据此折算井底EMW为1.75 g/cm3，套管鞋处1.84 g/cm3。

现象1：图4为C井发生漏失前不同回压对井筒各点处ECD的影响，正常钻进时循环压耗折算ECD为0.08 g/cm3。由图4可以看出，漏失前钻井液出口高压密度为1.65 g/cm3，回压5.5 MPa，在井底处ECD为1.88 g/cm3，在套管鞋处为2.03 g/cm3，均已大于地层承压能力测试所做的数值。因此，无法准确判断何处发生漏失［5］。

图4　不同回压对井筒各点处ECD的影响

现象2：温度测井曲线显示在深度1 863.60 m处（套管鞋下部），与开泵泵浆前温度曲线相比，温度出现转折点（在1 855.00～1 865.00 m，温度由13℃跃变到73℃，含水率由0.90锐减至0.20），说明泵入的钻井液在此处进入地层，导致此处井筒内温度降低，判断套管鞋下部为漏点。温度测井中，截面含水率在2 792.00～2 822.00 m处突然上升（温度变化趋势无异常，含水率由0.20突变到0.95），根据以往长时间关井井眼内为沥青的经验，推测2 800.00 m附近可能有一漏层［6-9］。

现象3：固井作业结束后，用声波变密度测井测量固井质量，1 765.00～2 065.00 m声幅曲线数值在50%以上，可判断为混浆带或无水钻井液，说明水泥浆上返至此处时漏入地层［10］。

综合以上各现象，判断至少有2个漏失层位：一个在1765.00～2065.00m井段，另一个在2792.00～2822.00 m井段。

3.3油藏生储盖组合

根据地层孔隙条件，将沥青层及上部地层分为3种类型：

1）上部地层低孔隙度，沥青层中孔隙度。该类型沥青层作为生油层，油气生成后，有上部盖层和生油层作为储油层，轻、重组分运移走的量少，钻探中一般有较好油气显示，沥青流动性好，易导致钻井复杂情况。

2）沥青层低孔隙度。该类型沥青层生油能力差，钻井过程中基本无油气显示，未钻遇沥青或钻遇少量干沥青。

3）上部地层中孔隙度，沥青层中孔隙度。该类型沥青层生油能力强，但上部地层孔隙性好，未形成有效盖层，生成的油气轻重组分大部分都运移走了，只留下少量重组分，油气显示较差，钻遇少量活跃沥青或干沥青，对钻井影响有限。

这一研究结果，对下一步认识地层压力、漏涌成因和制定钻井方案都有极大帮助［11］。

3.4沥青层地层压力

由地层压力测试曲线可以看出，沥青层地层压力系数较高（1.67），但在沥青少量产出后，地层压力恢复能力较弱，由此判断沥青层的储油空间相对较小，初始产量大，但供油能力有限。这一现象也验证了地质形成不同生储组合的认识，为认清沥青层成因和判断地层压力提供了强有力的证据。

3.5解决沥青侵入的方案

1）改变井身结构，增大一开钻头尺寸，三开套管下至沥青层上部，封隔上部的易漏失层段，增加一层套管用于专门封隔沥青层［12-13］。2）使用恒定井底压力的控压钻井技术，钻穿沥青层。3）在发生涌漏复杂情况时，使用加压泥浆帽钻井技术，可以节约处理复杂情况造成的大量非生产时间和钻井成本。3种方案中可采用1种，也可选择2～3种进行不同组合。

4　结论

1）实践表明，恒定井底压力控压钻井技术和加压泥浆帽控压钻井技术结合，可成功解决沥青侵入造成的漏涌同存地层的钻井难题。

2）漏失比单纯的侵入后果严重，因此，建议不要试图通过加重或增加回压的方法彻底消除沥青侵入。在有沥青侵入的前提下，适度控制井眼压力，尽快钻穿沥青层。

3）气侵钻井液地面密度不能反映真实的液柱压力，应使用加压测量得到的钻井液密度判断井底压力。

4）使用总池体积或立压不变控压，易使井底压力变化过大，控制井眼压力宜采取以回压为控制目标的方式钻进。

5）建议在钻具组合中加入可测压接头，实时上传或存储井下环空ECD，这样有助于判断井下压力环境。在出现涌漏复杂情况时，了解环空各点ECD也可以帮助判断漏点位置。

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（编辑赵卫红）

Application of MPD technique in loss and kick coexistence formation

Yu Haiye，Miao Zhiyu，Chen Yongming，Yan Xiuliang，Wang Shujiang，Li Zongqing，Cao Qiang
（Research Institute of Drilling Technology，Shengli Petroleum Engineering Co.Ltd.，SINOPEC，Dongying 257017，China）

In order to solve the drilling challenge caused by asphalt influx in X Oilfield，constant bottom hole pressure MPD and pressurized mud cap drilling are applied in Well A and Well C.Technologies—MPD operation process，backpressure generated method and bottom hole pressure change，operation procedure of pressured mud cap drilling—are introduced.The gas kick effect on the drilling fluid density and bottom hole pressure，the parameters and phenomenon of the pressured mud cap drilling operation are also analyzed.Based on the parameters and temperature logging，the depth of loss zone is evaluated.Using the geological research results and pressure test data，the genesis and pressure of asphalt formation are analyzed，three methods to solve the asphalt influx challenge are proposed，which offers an useful experience for the future drilling.

asphalt influx；loss and kick coexistence；constant bottom hole pressure；pressured mud cap drilling；loss pressure

TE249

A

10.6056/dkyqt201505025

2015-03-01；改回日期：2015-07-12。

于海叶，男，1982年生，工程师，硕士，2007年毕业于中国石油大学（北京）石油与天然气工程学院，现从事欠平衡、控压钻井方面研究。E-mail：lemon_yhy@126.com。

引用格式：于海叶，苗智瑜，陈永明，等.控压钻井技术在漏涌同存地层的应用［J］.断块油气田，2015，22（5）：660-663.

Yu Haiye，Miao Zhiyu，Chen Yongming，et al.Application of MPD technique in loss and kick coexistence formation［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：660-663.