李建，馮雷，和鵬飛，王烊，王濤，李洪磊

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 山西分公司（山西 晉中 030600）

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 監(jiān)督中心（天津 塘沽 300452）

由于淺層氣埋深淺，表層較為松軟薄弱，且淺層氣壓力高、壓力變化快，導(dǎo)致在鉆井過程中易發(fā)生井噴事故[1]。鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊在紫金山構(gòu)造儲藏著豐富的淺層氣，前期在鉆井過程中出現(xiàn)過多次溢流情況。綜合分析國內(nèi)淺層氣鉆井開發(fā)經(jīng)驗，總結(jié)制訂了一套高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)，在后續(xù)12口井的作業(yè)過程中得到了應(yīng)用，效果良好，未出現(xiàn)溢流、井涌和井噴情況，鉆井效率得到大幅提升，鉆井周期逐步縮短。臨興地區(qū)淺層氣井高效鉆井關(guān)鍵技術(shù)成功地解決了淺層氣難題，值得在國內(nèi)淺層氣開發(fā)中推廣應(yīng)用。

1 臨興區(qū)塊淺層氣藏基本情況

1）淺層氣井區(qū)位于鄂爾多斯盆地臨興區(qū)塊紫金山構(gòu)造帶北部，整體為北西—南東走向的背斜構(gòu)造。鄂爾多斯盆地東緣發(fā)育中上元古界、下古生界的海相碳酸鹽巖層、上古生界—中生界的濱海相、海陸過渡相及陸相碎屑巖層，新生界僅在局部地區(qū)分布。其中中生界紙坊組及和尚溝組為淺層氣井區(qū)主要油氣勘探開發(fā)層系，氣層孔隙度主要分布在10%～16%之間，滲透率主要分布在（0.6～11.08）×10-3μm3之間。紙坊組在巖性上表現(xiàn)為紫灰、黃綠色長石細(xì)砂巖與紫紅、暗紫色砂質(zhì)泥巖、頁巖組成。和尚溝組在巖性上表現(xiàn)為黃綠、灰綠、灰黃、肉紅色中厚層中細(xì)粒長石砂巖，夾灰綠、黃綠、灰黑、灰色砂質(zhì)泥巖和頁巖組成。

2）根據(jù)已鉆井的實測值以及地震資料進(jìn)行預(yù)測，紙坊組及和尚溝組氣層壓力系數(shù)分別為1.55和1.33，屬于異常高壓儲層。

3）為了降低開發(fā)成本，目前采用井臺規(guī)?；鳂I(yè)，由于儲層淺，儲量動用難度大，設(shè)計井斜在60°～80°之間。

2 技術(shù)難點與對策

2.1 技術(shù)難點

1）紙坊組地層壓力1.55 g/cm3，埋深200 m，紙坊組地層壓力1.33 g/cm3，埋深500 m，由于上部壓力高下部壓力低，作業(yè)過程中極易出現(xiàn)“上噴下漏”復(fù)雜情況。

2）淺層氣地層成巖性較差，可鉆性好，造漿性強，鉆進(jìn)過程中易發(fā)生憋漏現(xiàn)象，一旦鉆進(jìn)淺層氣井段，鉆井液性能將會受到淺層氣的影響，發(fā)生氣侵[2]。

3）上部高壓層埋藏淺，電纜測井和下套管作業(yè)井控風(fēng)險極高，如發(fā)生溢流、井涌和井噴，壓井作業(yè)難度大。

4）地層松軟、疏松、不成巖，水泥石無法與井壁形成有效膠結(jié)[3-7]。淺層氣井固井作業(yè)需要全封，井底壓力高，易發(fā)生漏失。另因淺層氣井溫度低(40℃左右)，水泥漿稠化時間不易控制，凝固期間易發(fā)生水泥漿失重導(dǎo)致氣竄。前期已完成井出現(xiàn)固井質(zhì)量呈現(xiàn)“糖葫蘆”形狀、環(huán)空帶壓等情況，使用環(huán)空加壓技術(shù)幾乎無效果。

5）淺層氣井井斜在60°～80°之間、鉆井液密度在1.65 g/cm3以上，致使井筒壓差較大，鉆具靜止、電測作業(yè)和下套管作業(yè)時易發(fā)生粘卡。

2.2 技術(shù)對策

針對以上開發(fā)難點，在總結(jié)分析國內(nèi)淺層氣井開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，制訂了一套淺層氣井高效鉆井技術(shù)：

1）一開導(dǎo)管封固技術(shù)。為防止一開鉆遇氣層不能有效封固，各井臺第一口井采用三開井身結(jié)構(gòu)，一開Φ406.4 mm井眼鉆進(jìn)至24 m左右下入導(dǎo)管封固上部易漏地層。二開Φ311.15 mm井眼鉆進(jìn)至氣層以上，進(jìn)入基巖20 m中完。三開Φ215.9 mm井眼鉆開氣層，鉆進(jìn)至完鉆井深。如第一口井作業(yè)期間在上部未發(fā)現(xiàn)氣層，則后續(xù)井取消一開作業(yè)，優(yōu)化為二開井身結(jié)構(gòu)，以提高鉆井效率。

2）強封堵高密度鉆井液技術(shù)。常規(guī)二開井在一開作業(yè)期間，采用膨潤土漿作業(yè)，密度控制在1.15 g/cm3以上，同時儲備30 m3高密度鉆井液。二開直接用1.65 g/cm3（地層壓力附加0.1 g/cm3）聚合物鉆井液鉆進(jìn)，同時鉆井液中保持單向壓力封堵劑的濃度以提高地層承壓能力，壓穩(wěn)地層。

3）隨鉆壓力控制技術(shù)。防噴防漏是淺層氣井的工作重點，通過總結(jié)國內(nèi)淺層氣井和高壓井的壓力控制經(jīng)驗，形成了一套隨鉆壓力控制技術(shù)，在大規(guī)模的淺層氣井的作業(yè)中得到了成功應(yīng)用。該套隨鉆壓力控制關(guān)鍵技術(shù)是“控時鉆進(jìn)、循環(huán)排氣、靜止考察、安全窗口”，通過精細(xì)化作業(yè)實現(xiàn)井筒壓力控制目標(biāo)。

4）防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術(shù)。采用防氣竄水泥漿體系提高對氣層的封固能力，使用低密度水泥漿替代部分前置液以減少對氣層的擾動，稠化時間控制在60 min并加入晶格膨脹劑以降低水泥漿失重時的氣浸影響，水泥漿中加入纖維提高地層的承壓能力，使用管外封隔器放置在上層套管內(nèi)以解決水泥漿失重而導(dǎo)致的氣體上竄環(huán)空帶壓問題。

5）使用鉆后隨鉆測井替代鉆桿傳輸測井，降低井控和粘卡風(fēng)險。

3 應(yīng)用效果

3.1 一開導(dǎo)管封固技術(shù)

在最近完成的11口淺層氣井的作業(yè)使用了一開導(dǎo)管封固技術(shù)，在3個井臺的作業(yè)中未出現(xiàn)表層套管外冒氣情況，成功解決了該項難題。

3.2 強封堵高密度鉆井液技術(shù)

在前期淺層氣井作業(yè)過程中出現(xiàn)的易氣浸、易漏失的情況，將鉆井液配方進(jìn)行優(yōu)化，增加隨鉆堵漏劑、提高鉆井液密度、增加潤滑劑濃度，形成了強封堵高密度鉆井液技術(shù)，經(jīng)過實驗和應(yīng)用，效果良好，未出現(xiàn)井漏、井涌、粘卡等復(fù)雜情況，但在作業(yè)過程中出現(xiàn)鉆井液靜止后稠化、開泵循環(huán)發(fā)生返漿管線跑冒的現(xiàn)象，需要進(jìn)一步解決。

配方：清水+4%土粉+0.25%Na0H+0.15%Na2CO3+0.6%CMC-LV+0.3%PAC-LV+0.2%XC+1%植物膠+1.5%瀝青+0.5%多元抑制劑+1%單向壓力封堵劑+2%隨鉆堵漏劑+3%潤滑劑+重晶石。

3.3 隨鉆壓力控制技術(shù)

通過應(yīng)用“控時鉆進(jìn)、循環(huán)排氣、靜止考察、安全窗口”的隨鉆壓力控制技術(shù)實現(xiàn)11口井的安全順利作業(yè)。具體措施如下：

1）在預(yù)測氣層以上30～50 m時開始控制鉆進(jìn)，控制鉆速在15 m/h。

2）鉆遇氣層立即停止鉆進(jìn)，循環(huán)排氣，待氣全量和返出正常后停泵觀察，確認(rèn)溢流或漏失情況進(jìn)而指導(dǎo)調(diào)整鉆井液密度。

3）完鉆后通過短起下鉆，確定氣體上竄速度，測算后續(xù)作業(yè)安全時間窗口。

4）鉆后隨鉆測井和下套管作業(yè)根據(jù)測算的安全時間窗口進(jìn)行分段循環(huán)，確保作業(yè)安全。

3.4 防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術(shù)

應(yīng)用防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術(shù)后固井質(zhì)量達(dá)到合格，固井后井口未出現(xiàn)漏氣情況，如圖1。領(lǐng)漿配方：G級水泥+1.5%防氣竄劑+0.6%減阻劑+43%現(xiàn)場水；尾漿配方：G級水泥+1%降失水劑+1.5%流型調(diào)變劑+1.5%防氣竄劑+0.5%減阻劑+晶格膨脹劑+纖維+42.5%現(xiàn)場水。

圖1 淺層氣固井質(zhì)量對比圖

3.5 整體應(yīng)用效果

臨興區(qū)塊淺層氣在鉆井作業(yè)過程中總結(jié)優(yōu)化，制訂出了一開導(dǎo)管封固技術(shù)、強封堵高密度鉆井液技術(shù)、隨鉆壓力控制技術(shù)和防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術(shù)的高效鉆井技術(shù)，成功解決了淺層氣井作業(yè)的難題，實現(xiàn)了淺層氣井安全順利作業(yè)，確保了淺層氣井井身質(zhì)量，鉆井作業(yè)效率大幅提升，鉆井周期縮短到7 d。

4 結(jié)論

1）強封堵高密度鉆井液技術(shù)可以提高淺部松軟地層的承壓能力，實現(xiàn)對高壓地層的過平衡控制，結(jié)合隨鉆壓力控制技術(shù)和一開導(dǎo)管封固技術(shù)，通過精細(xì)化作業(yè)，可以解決淺層氣井易噴易漏的難題。

2）防氣竄水泥漿體系+管外封隔器固井技術(shù)通過解決常規(guī)前置漿誘發(fā)氣層活躍、水泥漿稠化時失重引發(fā)氣浸的難題，實現(xiàn)了對淺層氣井筒的良好封固。

3）臨興區(qū)塊淺層氣井高效鉆井技術(shù)的應(yīng)用，成功地解決了淺層氣鉆井作業(yè)難題，實現(xiàn)了淺層井的安全、優(yōu)質(zhì)、高效開發(fā)，可以在淺層氣井鉆井作業(yè)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。