徐 文

（中海油能源发展股份有限公司工程技术海南公司，海南 海口 570100）

1 深水窄密度窗口的相关概念

针对我国钻井装备能力及钻井技术水平，常规水深通常指水深500 m 以内，水深500～1 500 m 称为深水，水深大于1 500 m 则称为超深水。

在深水钻井作业过程中，受水深的影响，深水地层上覆压力低，地层破裂压力梯度降低，地层孔隙压力与破裂压力之间的窗口逐渐变小，给钻井工程带来诸多挑战。

2 南海某气田超深水窄密度窗口概况

南海某深水井井位水深1 455 m，海底温度3～4℃，采用某深水钻井平台钻探。下面以该井为例进行说明，孔隙压力在2 700 m 前为正常压力系数1.00～1.03 g/cm3，进入目的层前压力系数逐渐抬升至1.26 sg，目的层压力系数为1.26～1.30 sg，钻穿峡谷后压力系数为1.37 sg 以上，该井钻井作业密度窗口极窄。

3 南海某气田深水窄密度窗口的主要对策

3.1 优化井身结构

优化井身结构，各井段均分压力窗口，下入16＂非常规套管，扩大密度窗口，确保各井段作业顺利。

优化后，各井段窗口：17.5*20＂井段泥浆密度1.12 g/cm3，地层漏失压力1.21 sg，静态作业窗口0.09 sg；14.75*17.5＂井段泥浆密度1.24 g/cm3，地层漏失压力1.31 sg，静态作业窗口0.07 sg；12.25＂井段泥浆密度1.37 g/cm3，地层漏失压力1.45 sg，静态作业窗口0.08 sg。

3.2 随钻扩眼技术

在超深水钻井中，由于密度窗口十分窄，所需的套管柱层数，通常比有着相同钻进深度的浅水区域的井或陆上的井多，而随钻扩眼器的使用可以尽可能地满足多层次套管的选择。

随钻扩眼器按照打开方式可分为两种：液压打开、投球打开，可满足各尺寸井段作业要求，本次作业采用17-1/2＂扩眼成20＂、14-3/4＂扩眼成17-1/2＂方式，实现增加下入16＂套管措施，并增大环空间隙，保证固井质量，降低下套管压力激动。

3.3 随钻压力监测与预测技术

钻进过程中根据实时的LWD 测井（电阻率、声波等）数据，结合邻井资料及现场其他信息，计算出一个较准确的地层压力，对异常情况及时预警，从而作业过程中一定程度地避免井涌，延伸套管鞋深度，减少套管数目，优化井身结构。

随钻压力监测应用实例：南海某深水井钻17-1/2 ″井眼至2 677 m 处，随钻地层压力预测模型显示压力有上涨趋势，起钻，扩眼至17-1/2 ″ X20 ″，下入16″应急套管。

目前随钻压力监测的精度已达到较高水平，与电缆测井数据相对误差在3%以内，如表1所示。

表1 某井随钻监测与电缆测井数据对比表

3.4 随钻地震技术

深水井钻井作业中密度窗口窄，经常采用随钻地震工具，以准确预测下部异常压力地层，实时更新地层层位划分，降低作业风险，如图1所示。

图1 随钻地震实时内存波形

以某口井为例对随钻地震技术进行说明，如表2所示。

表2 随钻地震内存校验数据

由表2 可知，钻前模型预测层位T8 在5 030 m，随钻地震内存数据更新后的强反射层T8在海拔垂深4 990.6 m。

3.5 ECD控制技术

ECD 控制，按过程划分为钻进过程中ECD 控制及固井过程中ECD 控制。

钻进过程中ECD 控制主要通过控制机械钻速及排量来实现，钻前模拟预测出ECD 曲线，实际作业过程中随钻录井工具可提供实时ECD 数据，以便及时调整钻井参数。

固井作业前须通过专业软件对固井作业进行模拟，计算出作业过程中最大ECD，确认各处ECD 小于地层漏失压力，确保设计满足固井施工安全。

3.6 钻井参数精确监测技术

深水井压力窗口窄，对于井下事故应早发现、早处理，避免问题扩大，降低风险和损失。下面介绍三种比较精确的参数监测手段。

3.6.1 泥浆池体积精确监测方法

深水泥浆池采用双传感器监测，安装在泥浆池的两个对角，补偿钻井平台摇摆带来的影响。

3.6.2 EKD早期井涌、井漏预报系统

通过在返出管线安装精度极高的质量流量传感器对钻井液返出流量进行实时监测，再与泵入钻井液对比得出差值；如果差值超出设定门槛值则发出警报；将井涌、井漏扼杀在预警初期阶段，如图2，3所示。

图2 EKD结构示意图

图3 EKD工作原理图

三种警报：红色、橙色、绿色；红色警报：提醒司钻需进入关井程序；橙色警报：需立即进行溢流检查；绿色警报：正常返出量。

3.6.3 geoNEXT回流监测系统

geoNEXT 泥浆回流量监测系统（Flow back）可以实时自动监测每次停泵泥浆回流量；在泥浆溢流检查时也可以用此软件监测。

3.7 提高地层承压能力措施

由于较大部分上覆地层被海水替代，上覆压力大幅较低，深水地层强度较低，作业时需考虑采取措施，提高地层承压能力保障作业安全。

目前通常采用的是根据地层渗透率筛选钻井液中的封堵材料，提高井壁周围的承压能力，本井渗透率主要集中在128～256 mD。

由表3可知，对两种钻井液样品在人造岩心上进行承压试验。依据试验数据，添加复配颗粒封堵后，在静压600 psi 时发生漏失，相对原钻井液可提高地层承压能力300 psi。

表3 钻井液封堵材料复配筛选表

3.8 连续循环钻井技术

在钻井过程接立柱或起下钻作业中钻柱上卸扣时，保持井内泥浆（循环介质）正常循环的技术称连续循环钻井技术。

系统的主要功用：

（1）保持连续循环状态；

（2）保持稳定的井眼压力；

（3）预防呼吸效应；

（4）保持井壁稳定和良好的井眼清洗效果；

（5）降低垮卡漏喷等复杂情况的风险。

3.9 低密高强固井液体系

由于深水密度窗口较窄，并且海底低温，对于固井液也提出了不同于浅水的要求，需要具备低密度、高强度、低温早强的技术特点。

目前国际上通常采用的深水固井液体系主要有两种：固体减轻剂体系和液体减轻剂体系，两种体系各有优缺点，见表4。

表4 固井液体系对比表

从操作简便的角度，如果两种体系都满足要求，一般取用液体减轻剂体系。

3.10 国际其他技术措施

针对深水窄密度窗口安全钻井问题，目前国际上还有以下技术措施：

（1）双梯度钻井技术；

（2）控压钻井技术；

（3）膨胀管技术；

（4）泡沫水泥浆体系。

4 结束语

1）深水钻井密度窗口小，对与之相适应的工艺、手段和技术等条件限制较多，开展深水窄密度窗口钻井应用技术研究至关重要。

2）优化井身结构、采用随钻扩眼技术扩大安全窗口、加强地层压力监测/预测、做好ECD 控制、精确监测钻井参数、提高地层承压能力措施，以及低密高强固井液体系是解决深水窄密度窗口钻井问题、改善深水窄密度窗口钻井作业环境的最佳方案。

3）随钻地震技术、连续循环钻井技术是适用于深水窄密度窗口安全钻井的有效解决方案。

4）南海已完成多口深水窄密度窗口井钻井作业，通过多种措施综合应用，保证了钻井作业的安全、顺利进行，以上措施在深水窄密度窗口钻井作业中发挥了良好的作用，具有推广意义。