技术创新
23
随着南海西部油气勘探区域的扩大以及向深部地层的发展，窄密度窗口安全钻 丼的问题越来越突出，而高温超高压井面临的挑战更大，成为制约海上油气勘探开 发进程的瓶颈。通过持续的钻井实践和探索，形成了丼身结构优化设计、环空 E C D 预测、监测及有效控制、精细控压钻丼和挤水泥提高薄弱地层承压能力的配套 工艺技术对策，逐步克服了海上高温超压井窄安全密度窗口钻井的技术难题。以上 技术措施在莺歌海盆地L 区深层高温超高压勘探井中进行了应用，保障了密度窗口 仅为0~0.16g /cm 3的4000 m 以上深井的成功钻探，确保了地质目标的实现，取得了 本区域深层高温超压地层的勘探突破。窄安全密度窗口条件下钻丼对策的成功实施 为后续高温超高压、深水高温高压领域的勘探开发提供了宝贵了借鉴意义。
南海是公认的世界三大海上高温高压区粒一，近年高温高压区域一錢重点的勘 探方向之一m 。随着勘探区域的外延以及向深部地层发展，地质情况更加复杂，最主要 的表现为地层压力和温度越高，其中近些年莺歌海盆ttL 区气田已钻井最高地层压力系 数达2.26，地层最高温度接近200 t 。由于受强构造应力形成底辟破碎带影响，高温高
压区域普遍地层承压能力低、坍塌压力高，加之存在地层高压，导致安全密度窗口极 窄。钻井液密度窗口狭窄容易导致套管层次增多、套管余量不足、钻井期间易出现井 漏、井涌甚至井喷等井下故障，导致钻井周期长、作业成本高的问题，严重影响钻井施 工的顺利进行。为此需要针对高温高压窄压力窗口钻井技术难题，优化钻井设计方法、 发展相配套的工艺技术，以提高井底压力的控制精度，降低井下复杂情况发生风险，满 足深层高温高压地■撕发謎。
1钻井液密度窗口定义
井眼中有3个压力剖面，即地层孔隙压力、地层坍塌压力和地层破裂压力剖面。当 钻井液液柱压力大于破裂压力时会发生井漏；当钻井液液柱压力小于地层孔隙压力时会 发生井涌；当钻井液液柱压力大于地层坍塌压力时会发生井塌在窄安全密度窗口 环境中，由于地层孔隙压力接近破裂破裂压力，钻井作业时的井筒液柱压力易超出二者 所确定的范围，从而导致井漏、井涌等井下故障的产生。钻井液密度大小的设计，不仅 要求能维持井壁稳定，防i t #壁的张性■
(井漏）和剪切跨塌（井塌），还要能够维
持井内压力平衡，避免地层流体流入井内，造成地层流体对钻井液的污染及井漏、井 喷、压差卡钻等工程事故。所谓安全钻井液密度窗口是指钻井过程中不造成漏、喷、
卡、塌等钻井事故，能维持井壁稳定的钻井液密度范围。根据3个压力剖面的关系可得 到Ap 。
当卩破>卩泥>口地，(p *>p
»)时
Ap = p 破- p 地CD
当p ® >p 泥〉P 地，(
P P P 地）时
Ap = ptt -ps
(2)
A P 愈大，贝!]钻井t t #易；A P 愈小，贝!]钻井雜。若A P <p #环压耗，贝抚法正常
钻井。
L 区已钻高温超高压井目地层安全密度窗口范围0-0.16，密度窗口狭窄，甚至无作 业窗口，给钻井作业带来巨大挑战。
设计井深 4403m 3968m 4261m 4247m 地A 压力 2.24 2. 26 2. 26 2. 19井底温度 188T： 179C 194X： 1931C B 的层压力窗口
<0.10
< 0. 10
0. 05-0. 08
0. 10-0. 16
表1莺歌海盆地L
区高温超高压井钻井密度窗口统计
2高温超高压窄密度窗口钻井难点
海上高温超高的拽问题条件复杂，存隙压力高、
力
低、压力窗口窄、同一裸眼井段中存在多套压力层系等特征，常因为地层压力成因机制 复杂、且钻井资料少而难以准确预测地层压力。高密度钻井液因为循环压耗高，且受高 温影响井底和地表钻井液密度差别大影响水力参数设计'易导致窄密度窗口钻井易井 漏，井涌甚至井喷等井下故障，无法采用常规设计方法，需要综餘虑高温，高压，窄 密度窗口影响及钻井装置等诸多方面因素，提高井底压力控制精度。
◊中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司汪俊锋
--------地层钻井对策及实践
—海上高温超压窄密度窗口
-----
24丨為扛科技2018年•第6期
3窄密度窗口钻井对策
3.1安全钻井液密度窗口确定
窄安全密度窗口的确定包括准确预测监测地层真实孔隙压
力、破裂压力，然后合理设计钻井液密度。经过多年的技术攻 关，地层压力预监测技术方面主要采取两方面措施，一是通过 地震资料、工程测井资料以及邻井钻井资料预测，建立叠前深 度偏速度模型，由常规时间域地震剖面转化为深度域剖面，真 实客观地读取剖面上的深度和构造等地层信息；二是钻井过程 中实时监测，通过引入深度卡层和智能预警方法，根据实钻信 息更新关键层位深度，及时更新关键层位深度、地层压力、承
压能力等数据。在钻主要目的层前a a实施v s p电缆测井或随钻 v s m*，及时反演下部地层压力情况。随钻v s m*可通过随
衰变池
钻数据传输实时更新钻头在地面地震剖面中的位置和钻头前方
高压层的位置，为卡准套管下入深度、反演下部层位深度及压 力提供参考。通过分析温度和压力对钻井液密度影响规律，考 虑实际井身结构、钻具组合、排量#«设计钻井液密度值。
3.2扩大安全钻井液密度窗口技术
在保证井壁稳定的前提下，尽量降低地层漏失压力或提高 承压能力到井下安全的程度能够扩大窄密度窗口的安全作业区 间。通过使用液体聚胺增强钻井液抑制性，减少地层水化程 度，降低地层坍塌压力。钻进期间在钻井液中加入以不同粒径 碳酸钙、沥青和单封复配的堵漏材料，提高钻井液封堵性，
主 动提高薄弱地层的承压能力。对于发生井漏的井，采用新型堵 漏材料，如高效高强度堵漏剂（FORM-A-BLOK)、综合堵漏 剂（VANGUARD)，达到封堵漏失层的目标。在揭开高压目的 层前，根据地层承压实验，如果地层承压能力小于或接近下部 地层压力，判断安全密度窗口过窄，采用挤水泥方式提高地层 承压能力。以某高温超高压井为例，244.47 mm套管鞋处地层漏 失压力当量1.93 g/cm3，而VSP电测资料预测目的层压力当量2.13 g/cm3，密度窗口不满足安全钻进要求，向下钻进26m后进行挤 水泥作业，提高管鞋承压能力至1.93 g/cm3~1.99 g/cm3，钻进至 3915 m再次挤水泥，使管鞋承压达到1.99 g/cm3~2.15 g/cm3。
3.3环空ECD压力预测与监测
环空ECD压力控制是在已知密度窗口条件下改善钻井作业 环境的一种控制方法。由于钻井液密度受井筒温度和压力的影 响较大，必须考虑温度和压力的影响[5]。通过调研分析，总结出 了钻井液密度在高温高压环境下的分布模型，准确预测钻井液 密度分布规律。窄安全密度窗口钻进作业期间，根据实测钻井 液性能、井身结构、钻具组合，采用Drill bench等水力学软件，预测钻进、起下钻、起下套管等不同工况下的环空循环压耗，指导钻井液密度调整、参数控制，降低抽吸和激动压力过高引 起井漏问题发生风险。采用抗高温随钻测压工具，对井下 ECD进行实时监测，有效指导各项作业的平稳操作。对于井下 温度过高的情况，采用循环冷却系统，降低井下温度，保障随 钻工具的稳定性。
3.4钻井液流变性控制
为平衡裸目M lM压力，L区高温超高压撕井液密度普遍在 2.2 g/cm3以上，开栗状态下会产生较高的循环压耗。为改善高密 度钻井液流变性，使用粒度更加细小的优质重晶石加重，并在 室内探索采用锰矿粉加重的方式，进一步提高针对超高压地层 使用高密度钻井液的加重效率。同时，通过优化钻井液配方，改善超高密度钻井液的稳定性，具体措施有使用高温聚合物提 高高温稳定性，加入液体聚胺增强抑制性，钻遇高含CO典层时，加入足够量的碱性材料，保持钻井液pH值稳定在10~11.5。钻井液流变性方面在保证悬浮和清洁前提下控制中下限。根据 地层压力情况，控制钻井液密度靠下限，需要加重时逐步调整 钻井液密度。
检测结果
普通重晶石优廣重晶石 猛矿粉
密度/g/cm; 4.264. 37 4. 81
粒度um23.678.205 0.51硫酸领/黑锰好9199 98
表2不同加重剂性能参数
3.5井身结构优化技术
井身结构优化原则是通过增加表层套管和技术套管下入深 度，避免使用非常尺寸套管，减少后续高压井段窄安全密度窗 口作业压力。经过作业实践，在平台作业能力有保障及套管强 度满足作业余量的情况下，不断优化上层套管的下入深度。优 化后508 mm套管下深突破1200 m，最深下入深度达1293.5 m, 339.7 mm套管下深®i3000m，最深下深达3356.0 m，
大尺寸常规套管下入深度的优化，可以减少一层非常规套管，
撤节约作业工期。
井名20〃套管下深/m13-3/8〃套管下深/m
X-11225.83352.7
X-21208.63095.0
X-31293.53035.6
X-41263. 03356.0
表3乐东10区高温超高压井套管下入深度统计
3.6钻井装备保障技术
针对高温超压钻井工况，需要使用能力更强的钻井平台。
对原有能力不足或老化严重的半潜式钻井平台进行升级改造，
重点从提升能力、吊装能力、动力保障及定位稳定性方面升 级，某半潜式钻井平台升级前后关键性能对比见表4。同时，引入能力较强的自升式钻井平台，相较于半潜式钻井平台，自升 式平台在钻机提升能力、溢流、井漏监测以及甲板面积方面具 有优势。
项目 升级前 升级后
提升能力/T350450
吊装能力/T2850
动力保障能力/kw59207800
生活保陣能力/人数124130
沥青透水混凝土定位稳定性/出链功率kw120250
表4某半潜式平台升级改造前后性能对比
3.7 MPD控压钻井技术
MPD控压钻井技术是通过在井口施加连续回压，具体表现 形式有停泵时通过井口回压弥补循环压耗，实现憋压起钻，降 低抽吸压力，可实施井筒动态承压实验，欠平衡条件下评估地 层压力，溢流情况下实现憋压下钻，挤堵过程中实现钻具转 动，从而实现井底压力的恒定控制，达到安全钻井的目的。东 方某高温高压井使用威德福7875DS控压钻井装置，进行平台适 应性改造。在储层段钻井作业时完成井筒动态承压实验，调节 节流阀施加回压，动态提高当量，压力波动仅lpsi。钻进期间实 现控压接单根，弥补停泵当量损失，精确控制接单根期间井底 压力。钻进期间精确监测，确保井筒溢流早发现。多次进行愁压 起钻，避免起钻抽吸诱发井涌，井口回压120pS i，（下转55页）
技术创新55
提取效率，对提取多糖的纯度也有了一定 程度的提高。同时对于提取到的多糖进行 单因素实验分析，响应面优化’得到最佳 工艺雜，减小实验误差，最后经过结果 数据实验得到更加准确的数据。对实验数 据进行多次研究、雛，可提高实验的可
靠性，科学性，使其有意义可言。
4结论
通过比较提取仙人掌相关成分的研究 来看，超声1波辅助提取是目前最值得 提倡的，且到目前为止利用超声-微波辅 助法研究仙人掌花的报道尚少。本课题利
用U-MA两种方法综合提取，充分利用各 自的优点，避免高温等条件对多糖的影 响，使其得到完善，可更有利于仙人掌花
多糖工艺研究，避免造成不必要的浪费，同时利用响应曲面祐汝、有目的地对相关 因素实现水靴化，其提供工艺■真实可靠，较好体现出多糖提取条件，具有实 用价值；对实验结果还分别进行精密度实 验、方法检出限、加标回收率等准确度研
究，以保证实验数据科学性、可靠性。采 用合理科学的方法提取仙人掌花多糖是至 关重要的，可为仙人掌花多糖研究提供可 靠依据，预测本实验利用响应面优化U-MA提取仙人掌花多糖结果可观，为其
发展提供价值基础。对于应用响应面优化 U-MA提取法还需进一步地完善，深化，
使其以新型、高效的特点餘多提取方法中脱颖而出，有望成为热门技术。
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基金项目：1、2017年省级大学生创
新创业训练计划项目（201711100005);
2、海南热带海洋学院2017年度开放性实
验项目资助；3、2017年海南省自然科学
基金项目资助（217157)。
作者简介：郭琼琼（1997-)，女，
2015级化学专业本科在读。
通讯作者：陈文（1980-)，男，副
pgd678
教授，硕士，主要研究方向为天然产物化
学成分分析、提纯、鉴定。
(上接24页）提高井底当量0.02，抵消起钻抽吸。
4应用效果
2015年至今，南海西部实施的高温超高压井共有6口，其中 前3口井由于经验不足导致井漏等井下事故频发，使井眼提前报 废，没能实现地质目标。通过不断摸索、发展和实施窄密度窗 口钻井配套工艺技术，近两年实施的高温超高压井得以顺利完 钻，目的层段钻井时效平均提高了 12%，并且获得有价值的商业 发现，是本区域勘探获得历史性突破。乐东10区高温超高压井 目的层生产时效对比见表5。
作业年份作业井数平均井深
m
菜罩目地层钻井时
效，％
井下复杂情况
20152428787. 94溢流井漏
20161343481.49溢流井漏、卡钻
20174404596. 44正常
表5乐东10区高温超高压井目的层生产时效对比
5结论
(1)随着勘探区域扩大和深度加深，高温超高压钻井呈常 态化趋势，窄安全密度窗口钻井将是制约高温超压钻井的重要 瓶颈之一。由于地层情况复杂、安全窗口小，可适应的工艺、手段和技术等条件限制多，开展海上高温超高压窄窗口钻井技 术至关輕。
(2)通过采用表层及技术套管下深优化、优化高密度钻井 液性能、提高压力预测精度、环空压力预测和监测、挤水泥提
高薄弱地层承压能力、提升钻井装备能力、MPD控压钻井技术
等配套工艺，可降低高温超高压窄安全密度窗口钻井井下事故
发生风险。
(3)高温超高压深井窄安全密度窗口钻井技术仍然是世界 性难题，后续还应重点开展不扩眼非常规井身结构、压力控制
钻井技术、自动节流阀、ECD预测精度及控制技术研究。
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