墨西哥湾深水盐下复杂地层钻井技术研究及应用

赵 德

（中海油能源发展工程技术公司，广东 湛江 524057）

0 引言

全球海洋油气资源44%分布在深水区。2010年以来，全球重大油气发现70%来自深水，排名前50的超大油气开发项目中，75%是深水项目。走向具备巨大油气开发潜力的深水区，是海洋油气资源勘探开发发展的大趋势[1]。当前，世界深水油气勘探主要集中在墨西哥湾以及南大西洋两岸的巴西与西非沿海三大海域，被称为深水油气勘探的“金三角”，它们集中了当前世界大约84%的深水油气钻探活动，其中墨西哥湾最多，墨西哥湾排行前20位的高产油气田全部位于深水区。2000年底开始，墨西哥湾深水油气田的产量已超过浅水区的油气田[2-3]。中海油于2017年购买墨西哥湾2个区块的勘探权益，区块勘探目标均位于深水区域的盐层构造以下，属于墨西哥湾典型的深水盐下油藏。该文对中海油墨西哥湾深水区块盐下油藏勘探钻井面临的技术挑战进行分析，经过与区域邻井数据的统计对比，识别出主要钻井风险项，制定针对性的安全钻井技术措施，并在一口井的钻井作业中得到较好的应用。

1 盐下钻井技术挑战

1.1 盐下复杂地层风险

深水盐下油藏的勘探钻井作业面临两个典型的地质挑战：盐下破碎岩层带和盐下异常压力地层。盐下破碎岩层带的成因是该区域盐岩运移产生的边界拖动摩擦力。墨西哥湾深水盆地的盐岩非常发育，基本上覆盖整个深水区，盐岩活动也非常剧烈，盐底辟顶部甚至接近海底。盐岩的运移为上部新地层提供了极好的封隔层，也是墨西哥湾多个深水大型油藏的盖层。但是盐底劈在穿刺过程中，对上部地层产生强烈挤压，在盐层与新地层的交结面因拖动摩擦力产生几十米至几百米不等的破碎岩层带。破碎岩层带由于地应力复杂、构造裂缝发育，因此地层强度较低、井壁稳定性难度较大、漏失风险较高[4-5]。

另外，由于上覆盐层地震波速度远高于周围常规沉积岩且区域盐层构造复杂，常规钻前地震资料很难形成盐层底界构造的清晰地震图形，并且影响盐下地层压力的准确预测。

1.2 区域邻井盐下钻井复杂情况

区域邻井钻井数据显示，盐下钻井复杂情况多发，其中与地层压力和井壁稳定性相关的漏失、坍塌卡钻（钻具阻卡）、井控问题最严重，见表1。

表1 区域邻井盐下地层钻井复杂情况发生次数统计

2 盐下钻井技术方案

2.1 迭代式地震反演地层预测技术

准确度高的地层预测技术是解决盐下复杂地层不确定性带来的漏失、卡钻、井控问题的最有效手段，目前主要的钻前单项地震预测手段均无法满足盐下地层精准预测的要求。需要使用测井资料控制下的迭代地震反演技术分井段对目标井进行精细化地层压力预测：在出盐前对盐上地层和盐层的随钻测井数据和随钻地震数据进行分析，迭代更新盐下地层地震反演数据，一方面确定盐底边界，另一方面提高盐下地层压力预测准确度，迭代式地震反演地层预测技术路线如图1所示。

图1 迭代式地震反演地层预测技术

2.2 井身结构设计技术

即使在使用了迭代式地震反演地层预测技术后，由于墨西哥湾区域盐层构造复杂，而且存在盐下破碎岩层带，盐层和盐下地层之间往往没有完整的交结面，盐底边界的确认仍然存在不确定性。需要针对盐底边界的不确定性风险制定针对性的出盐井身结构优化，从工程技术方面防范地质不确定性风险。

常规盐层出盐井身结构设计原则：为避免盐层蠕变造成的卡钻风险，尽量钻穿盐层后将套管下至盐下稳定泥岩内，彻底封隔上部盐层，或者将盐内最后一层套管下至尽可能接近盐底边界深度，减少盐层裸露长度。由于墨西哥湾区域盐层蠕变性较强，盐内钻井液密度较高（接近盐内上覆岩层压力当量密度的80%，钻井液密度约1.8 g/cm³）且盐下岩层破碎带存在较高的严重漏失风险，不宜将盐层钻穿。而盐底边界不确定性特殊风险又导致盐底卡层困难，尽可能将盐内套管下至接近盐底边界深度的难度较大。

基于上述挑战，出盐前的套管下深设计在盐底边界以上100 m~150 m。设计原则有以下3点：1）在盐底边界不确定的情况下，避免钻穿盐层。根据地震解释资料的精确度（盐底越深，精确度越低），增加一定安全余量，在出盐前将套管安全下入，并保证固井质量，封固上部大套盐层。2）为下部破碎岩层带卡钻回填侧钻方案留出空间。盐下破碎岩层带井壁失稳垮塌风险较高，随时间推移垮塌量增多，加剧卡钻严重度，造成解卡时间窗口较窄。且深水钻井船作业日费高昂（综合日费在450万元/d），在确认解卡困难后，尽快回填侧钻是区域最佳实践经验。所以盐层内要为回填侧钻预留足够安全井段空间。3）出盐井眼轨迹：由于盐底边界地应力情况复杂，井壁稳定性预测困难，出盐井眼轨迹要尽可能减少井壁失稳风险，设计出盐方位垂直于盐底边界，或沿最大地应力方向。

2.3 钻井液优选技术

由于区域盐层较厚（平均＞1000 m），饱和盐水钻井液的稳定性控制风险较大且考虑区域内严格的环保要求，盐内钻进通常使用合成基钻井液，以有效维持盐层井壁稳定性。邻井资料显示，6口邻井中1口使用斯伦贝谢Rheliant深水合成基钻井液体系，5口使用哈里伯顿ENCORE深水合成基钻井液体系。

出盐钻遇盐下破碎岩层带时，存在严重漏失可能性（邻井最大漏失记录为100m3/h），由于地层漏失原因为破碎性地层的裂缝性漏失，常规堵漏材料封堵效果不佳，应考虑避免合成基钻井液大量漏失造成的经济成本风险。

盐下钻井液设计方案如下：1）出盐基础方案使用合成基钻井液继续钻进。盐内下入最后一层套管后，根据盐岩蠕变研究结果，适当降低合成基钻井液密度，在盐岩蠕变允许时间窗口内钻穿盐下可能存在的破碎岩层带，抢下封隔尾管，封隔裸露盐层和盐下不稳定地层。2）应急海水钻进方案。当盐下钻遇严重漏失层时，尽快采用段塞堵漏方案，如堵漏无效，替换井内合成基钻井液为海水，继续钻穿盐下破碎岩层带，在钻进过程中配合泵入般土浆稠塞携砂。抢下尾管封隔裸露盐层和破碎岩层带。3）钻穿盐底破碎岩层带并下入尾管封固后，下部地层继续使用合成基钻井液钻进，合理控制钻井液流变性及钻井速度，尽量降低环空循环当量密度，减少井底压力。

2.4 特殊钻井技术

在上述各项研究工作的基础上，为实现盐下复杂地层的安全钻井，仍需要使用配套的相关特殊钻井技术，以实现特殊的技术目标：1）控压钻井技术。控压钻井技术可以有效降低井内钻井液密度，从而降低井下漏失风险，在井下严重漏地层以及盐下压力不确定性较高地层钻进时，可有效防范漏失和井控风险，是盐下安全钻井的有效技术。2） 非常规尺寸扩眼技术。盐下地层压力体系不确定性高，基于钻前压力预测数据制定的井身结构存在较大的变更风险，需要在实钻过程中尽可能为下部应急井身结构留有空间。扩眼技术可以在常规钻头尺寸基础上增加井眼尺寸，以下入更大尺寸的套管并保证固井质量，有效扩展井身结构空间。3） 随钻堵漏技术。在随钻测井工具上方安装随钻堵漏工具，可以通过投球激活堵漏工具旁通，使大颗粒的堵漏材料通过旁通进入环空，避免堵漏材料堵塞测井工具，释放堵漏材料尺寸选择空间，提高堵漏成功率。

3 应用案例

以墨西哥湾深水区块盐下井A-1井为例。

A-1井水深1700 m，井身6200 m，在2500m~4300m钻遇一套1800 m厚盐层，井底最大地层压力153 MPa，最高温度102 ℃，属于超深水高压井。设计井身结构6开（备用2开），实际井身结构7开，盐下破碎岩层带未发生严重漏失，但发生井壁失稳，通过下入应急尾管进行封隔（图2）。盐下地层压力预测值与实钻结果匹配良好，未出现因异常压力导致的井控和井身结构调整。

图2 墨西哥湾A-1井实际井身结构

盐下地层整体压力预测准确，破裂压力误差＜5%（见表2），地层压力控制稳定，钻井液录井气测值稳定，未发生井控、严重漏失和严重垮塌复杂情况，仅在盐下破碎岩层带井段发生部分井壁失稳垮塌（图3），未发生卡钻事故，钻穿破碎岩层带后下套管封固。整体盐下钻井作业对盐下地质及地层压力的准确预测，有效规避了盐下地层不确定性风险。

图3 盐下破碎岩层带掉块

表2 盐下各开地层破裂压力对比

A-1整体盐下作业时效较高，未发生严重井下复杂事故，设计盐下井段钻井工期32 d，实际工期21 d，节省工期11 d，节约综合费用4950万，提高经济效益。

4 总结

墨西哥盐下地层面临盐下破碎带和地层异常压力双重挑战，针对性地在地层压力预测技术、井身结构设计技术、钻井液技术等方向进行了专项研究。

墨西哥湾盐下复杂地层地质挑战主要为盐下破碎岩层带和异常压力地层，主要钻井风险为严重漏失、坍塌卡钻和井控风险。

应对上述钻井技术风险的盐下安全钻井技术包括迭代式地震反演地层预测技术、井身结构优化、钻井液优选和配套特殊钻井工具装备，安全钻井技术在实际应用中有效解决了盐下复杂地层问题，带来较好的安全和经济效益。

墨西哥湾盐层构造复杂，盐下地层应力分布和岩性预测不确定性在目前技术条件下无法完全避免，应结合不同区块、不同井位、不同的盐下复杂地层进行针对性研究，结合作业区域可用的工程技术资源，最大限度降低盐下复杂地层不确定性风险，提高盐下安全钻井技术的适用性。