土库曼斯坦阿姆河地区高压盐膏层定向钻进技术实践

靳东旭

(川庆国际工程公司,四川成都610051)

阿姆河右岸钻井区块地处土库曼斯坦东部与乌兹别克斯坦接壤的边境地区，开发目的层为巨厚盐膏层下的灰岩地层。该地区上部地层存在浅层气、水等层位；中上部地层为长段泥岩，灰绿色软泥岩地层造浆性强，易发生钻头泥包，硬质灰色、深灰色泥岩段浸泡时间过长易发生区域性严重垮塌；中下部地层为巨厚盐膏层，局部地区含有透镜体高压盐水层；下部地层为孔隙—裂缝性含硫气藏，局部地区具有喷漏同层、窄安全密度窗口的特点，井控风险极高。本文结合在该地区已取得的成功经验，总结了该地区的钻井难点及应对措施。

1 地层特点

土库曼斯坦阿姆河右岸区块的沉积盖层由侏罗系、白垩系、古近系、新近系组成，目的层为侏罗系上统牛津—卡洛夫阶。该区块地质情况复杂，含多套压力系统，地表分布有流砂层，上部地层常伴有出水、浅层气；中上部泥岩段易泥包、垮塌；中下部巨厚盐膏层易蠕变、缩径，局部地区含高压盐水层；产层为灰岩地层，储集类型主要为孔隙—溶洞型，局部构造裂缝相对发育，为裂缝—孔隙型[1]。

2 主要技术难点

2.1 表层套管下入难度大

表层岩性杂，夹层多，钻进时表现为憋跳严重、钻时时快时慢，需要反复调整参数。使用26″三牙轮钻头在非均质含夹层的地层中钻进时，由于憋跳导致的钻压、转数不稳定，下部钻具组合作用在钻头上的侧向力使井眼形成一定曲率，加之∅508mm套管串刚性强、接触地层比表面积大，即使采用三个稳定器的钻具组合采取划眼通井到井底的方式，也难以顺利下至预定井深。

2.2 泥岩段易泥包钻头、易垮塌

软泥岩地层有较强的造浆性，在钻井过程中的短程起下钻时钻头、稳定器对井壁的拉刮极易造成泥包。常常进行一次短程起下钻后继续钻进时钻时明显变慢，则正是由于钻头发生了严重泥包所引起的。

脆性的硬质灰色、深灰色泥岩段常常发生严重垮塌。井壁失稳是力学和化学共同作用的结果[2]，力学上表现为井内液柱压力低于地层坍塌压力时井壁周围岩石受应力发生剪切破坏；化学上表现为钻井液长时间浸泡地层时与泥岩发生水化膨胀，引起垮塌。

2.3 钻井液性能要求高

泥岩段长、井眼尺寸大，存在钻屑分散造浆、钻头泥包、井壁失稳、携砂效果差等一系列难题，钻井液必须具有强包被、强抑制防塌性能；基末利阶盐膏层，易出现盐析结晶、石膏缩径，钻井液必须要有抗盐析、抗钙侵的能力；螺杆动力钻具在水平井、大斜度井的广泛使用又对钻井液提出更高的要求，必须严格控制钻井液中劣质固相和优良的润滑性；固井时钻井液与水泥浆的交叉污染会引起接触污染稠化、顶替效率差，导致固井质量差、钻井液的污染难以处理等复杂问题。

2.4 定向井盐膏层造斜井段轨迹控制难、易卡钻

巨厚盐膏层段是水平井及大斜度井的轨迹控制的关键井段。定向增斜段往往选择在盐层进行，且选择有利于稳定工具面的牙轮钻头[3]。下盐层中常常夹有硬石膏层且难以精准预测夹石膏层的厚度，当使用三牙轮钻头穿过硬石膏夹层时，定向、复合钻进均进展慢、增斜效果差，也不利于轨迹的控制。部分盐膏层地层压力高、高压水活跃的地区限制了螺杆动力钻具的使用，为轨迹控制带来较大难度。

盐膏层易蠕变、缩径的特点，使其成为卡钻的高发井段[4]。定向井为实现轨迹着陆靶区，在地层异常时需要使用螺杆+尾部稳定器调整井眼轨迹以及螺杆使用受限时使用常规稳定器稳斜组合实现稳斜效果，不得不使用稳定器，而往往使用稳定器后钻进扭矩大，这就进一步增加了卡钻、钻具疲劳事故的风险。

2.5 环空带压

下入的套管串的气密性，固井水泥与套管、地层的胶结质量决定着井筒的完整性。水泥浆中存在的大量Ca2+易对钻井液产生钙侵，水泥水化反应产生的Fe3+、Al3+可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联成凝胶，凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥，造成水泥浆体多级絮凝网架结构加强、流动性急剧降低[5]，使得水泥浆在顶替的过程中对钻井液的驱替效果差，加之钻井液性能较差、顶替排量低时，极易发生“窜槽”，最终形成地层流体的通道；同时，水泥浆在顶替到位后候凝过程中由液态—胶凝态转变时发生“失重”，导致液柱压力降低，不足以平衡地层流体压力，引发地层流体上窜形成通道也会造成环空带压。

3 应对措施

3.1 表层钻进优化钻具组合

由于∅508mm套管串刚性强，因此下入时对井身质量要求较高。钟摆钻具组合特点在于纠斜，而满眼组合更有利于防斜。一开钻进采取刚性强的满眼钻具组合，下部钻具结构：∅660.4mm钻头+双母浮阀+稳定器+9″钻铤1根+稳定器+9″钻铤1根+稳定器，低钻压、低转速进入疏松地层并逐步加大排量保证携砂，保证井眼通畅，下套管前采取原钻具组合中三个扶正器各向上移一根钻铤的组合，由钻头进入地层后全程以划眼的方式通井到底，确保井壁得到修复，再进行一次起下钻验证，确保井眼通畅、井底无沉砂时，保证套管一次性下至预定井深。

3.2 长泥岩段的防泥包及防垮

上部地层钻进井眼尺寸大，对钻机设备要求高，做好设备维护。钻进过程中强化参数，特别是机泵能力，尽可能使用5-1/2″钻杆以保证排量；减少起下钻频次减少钻具对井壁的扰动，遇阻时不强拉硬拔；选取有防泥包特点的PDC钻头；送钻精心，提高行程钻速，减少裸露井壁在钻井液中的浸泡时间；优化钻井液性能，形成致密优质泥饼。可以大大降低上部泥岩段地层的钻头泥包、卡钻、地层垮塌的风险。

3.3 钻井液精细化维护

中上部泥岩段通过强化包被、强化抑制，抑制岩屑造浆，有效防止钻头泥包；加入封堵剂控制失水，加入防塌剂，防止井壁垮塌。钻井液的维护主要以降失水和防塌、防阻卡为主，胶液中大、小分子聚合物复配，辅助加入沥青类防塌剂作为补充，强化其抑制性、封堵性。加入少量三磺材料，使体系具有一定的分散性能。

盐膏层段强化钻井液的抗盐、抗钙污染能力，混入2%～3%乳化过的废机油或柴油，以保持其具有优良的润滑能力，确保达到定向滑动钻进要求。

产层段强化钻井液的降滤失、强封堵能力，控制有效失水，防止虚厚泥饼的形成，避免定向滑动钻进托压、钻具静止时粘附。

3.4 定向段井眼轨迹控制方法

针对每口井的工程设计，定向段轨迹在不同层位的分布情况。结合已钻邻井资料分析，优化轨迹，制定不同方案，当钻遇异常地层时，做到有的放矢。造斜率确定的首要原则应以保证轨迹平滑，尽快保证增斜到设计最大值，避免使用尾扶稳斜的方式钻进以及反复调整钻具结构，降低盐膏层划眼时的钻具疲劳事故风险。盐层中以定向钻进为主，石膏层采取复合钻进为主的方式。同时，选用使用成熟的PDC钻头，达到理想的井斜控制效果。

3.5 提高固井质量保证井筒完整性

保证井筒的完整性，套管内首先要保证入井的套管串的密封性。①入井套管丝扣清洁且涂抹均匀的套管密封脂，上扣扭矩严格执行标准，才能确保固井后套管的承压能力。②下套管时，根据轨迹特点在套管串中加足各类型的扶正器，弹性扶正器和刚性扶正器搭配使用。③注水泥施工保证稳定的大排量确保紊流顶替效果。④摸索钻井液与水泥接触污染实验。确保钻井液具有较强的抗水泥污染能力及良好的流动性，使用前置液或先导浆冲刷稀释套管外壁、井壁上粘稠的钻井液或泥饼，避免接触混合形成流动性差的混浆滞留于第Ⅰ、Ⅱ胶结面不能有效胶结，为地层流体上窜形成通道。⑤探索使用颗粒段塞的钻井液冲刷、清洗井壁。⑥防止水泥浆在凝结的过程中发生“失重”引起液柱压力降低，地层流体上窜，可采取微膨胀多凝水泥浆体系、憋压候凝等工艺。

4 结论与建议

（1）结合表层下入大尺寸套管难的特点，从钻柱力学角度出发，提出了有利于保证表层井身质量的钻具结构及通井措施。

（2）结合现场取得的经验，总结了泥岩段防垮措施，通过快速钻过易垮塌层的方式，减少钻井液浸泡井壁时间，提出了钻井液在防止垮塌方面维护处理及起下钻防垮措施。

（3）盐膏层是轨迹控制的关键，结合已钻邻井地质资料优化轨迹设计方案，尽可能避免反复改变钻具结构来达到轨迹控制目的，减少井下钻具事故的发生。

（4）从套管串密闭性、固井顶替、防窜水泥浆体系方面提出了提高井筒完整性的解决方案。