南海莺琼盆地地层压力预测技术现状及展望

莺琼盆地是世界海上三大含油气超压盆地之一。盆地内超压分布十分广泛,超压成因复杂多样,目前钻遇最高压力系数达2.36。钻井实践表明,地层压力异常严重影响了作业安全和时效,是长期制约盆地内高温高压及深水领域天然气勘探开发进程的关键因素。该文通过详细回顾地层压力预测技术发展脉络,系统梳理了中海油莺琼盆地地层压力预测技术面临的挑战,总结了制约地层压力预测技术精度的关键因素。在此基础上,面向未来勘探及钻井作业安全需求,指明了后续盆地内地层压力预测技术发展趋势及重点攻关方向,为海上低勘探地区的压力预测研究提供了重要参考。     

莺琼盆地高温高压井水基钻井液技术

中国南海莺琼盆地具有温度梯度高、地层压力高、安全密度窗口窄的特点,在高温高压状态下经常出现钻井液流变性控制困难、井漏、电测遇阻和储层污染等问题。根据该区块地层的特点,通过大量的室内研究,在聚磺体系的基础上,引入甲酸钾作为抑制剂,优选了磺化材料及抗温聚合物,在提高抑制性的同时,有效地降低了体系的活度,通过加重剂的优化,改善钻井液的流变性,同时使其具有低的高温高压失水,密度2.4 g/cm3的体系抗温可达200℃。现场应用结果表明,该钻井液体系具有良好的抗温性和流变性,高温高压失水低,泥饼质量好,电测结果显示,该钻井液体系具有良好的储层保护效果。     

南海莺琼盆地高温高压井测试液的研究与应用

南海莺琼盆地高温、高压、高含CO₂气体、低孔低渗等复杂地质条件要求测试液具有良好的抗温稳定性、沉降稳定性、抗CO₂污染能力及储层保护能力。由于前期无专用高温高压测试液,导致复杂情况频发,经过多年研究与实践,在完钻使用的钻井液中引入抗高温降滤失剂Calovis,适当提高测试液碱度,合理控制测试液的MBT,配合使用超细重晶石加重,同时提高测试液的返排性能,形成了一套高温高压井测试液技术。该测试液在莺琼盆地2口高温高压探井测试作业得到成功应用,其中一口井CO₂含量达到23%,井底温度超过200℃,测试液密度达到2.33 g/cm3,射孔压力及环空压力传递正常,静置7 d后,封隔器解封顺利,测试液性能未发生恶化,测试产量均超过预期产量,完成全部测试任务。      

南海西部海域高温高压天然气成藏机理与资源前景——以莺- 琼盆地为例

南海莺- 琼盆地已发现X1-1、Y13-1 等多个常压大气田,但受中深部地震资料品质差、高温高压地质条件复杂及钻完井工程难度大等限制,高温高压领域天然气成藏机理认识不清,严重制约了莺- 琼盆地高温高压领域天然气勘探发现。以破解莺- 琼盆地高温高压条件下成藏机理关键理论问题为核心,利用钻井地质、地震勘探资料,开展了高温高压条件下烃源岩生烃、天然气溶解实验、高温高压领域大型储集体沉积模式和盖层封盖机制研究。研究认为:莺- 琼盆地高温场促进有机质生气, 高压早期抑制、晚期促进有机质生气;高温高压条件下天然气能够出溶形成游离气;莺- 琼盆地发育大型非限制型重力流海底扇、限制型重力流水道砂储集体;超压封盖控制了莺- 琼盆地高压气田的成藏富集。构建了“陆源海相烃源岩生烃、重力流储集体聚气、断裂/ 超压裂隙输导、超压盖层封气”的高温高压天然气成藏模式。研究成果为莺- 琼盆地高温高压领域勘探突破提供了理论依据,指导了近年X13-1/X13-2、L25-1 等大中型高压气田的发现。莺- 琼盆地发育的一系列的深、大高压凹陷且中深层整体勘探程度较低,尚有规模巨大的天然气资源量待发现。     

琼东南盆地高温高压井强承压堵漏技术

XX23-1-1井是位于琼东南盆地的一口重点预探井,该井在钻进至井深4186.22 m时发生井漏。根据XX23-1-1井地层井漏情况及漏层高温高压工况特点,提出了一种新型高温高压强承压堵漏技术。该高温高压堵漏配方由颗粒、片状和纤维材料复合而成,基于“颗粒架桥+楔入承压+井壁泥饼加固”堵漏机理,在挤注压差下形成结构稳定、密实的封堵层,封堵漏失通道,提高堵漏层的强度和堵漏成功率。对高温高压堵漏材料粒径分布特点、抗高温老化能力、堵漏承压效果进行了评价。实验结果表明：该堵漏剂粒径分布范围广,可解决诱导性裂缝漏失问题;高温高压堵漏剂在180℃老化16h后,材料质量损失率低,具有优异的高温耐久性;对5～3 mm缝板进行封堵,承压能力达到20 MPa以上。高温高压强承压堵漏技术在XX23-1-1井进行了现场应用,最终承压至3 MPa,稳压30 min,压降为0,井底承压当量密度为1.90g/cm³,达到了预期效果。     

莺琼盆地高温高压条件下岩电参数变化规律研究

准确确定变温压条件下的a、m、b、n等岩电参数是提高含油气饱和度计算精度的关键。通过莺琼盆地30块岩心系列变温压电性实验,建立了该地区储层岩电参数m、n随温度及压力变化的温压岩电模型,对常温常压和地层温压条件下的含油气饱和度误差进行了分析,并用莺歌海盆地东方区最新的地层温压条件下的岩电实验结果对该模型进行了验证,结果表明地层温压条件下的实验结果比较合理地反映了该地区储层岩电参数随温度与压力的变化规律,说明了该模型的可靠性。     

莺－琼盆地高温高压环境及油气运移机制

莺－琼盆地快速沉降和沉积的地质背景，导致盆地具高温高压的特征。高温高压环境是盆地内油气生成、运移和聚集的重要地质因素，高温高压油气水以间歇式混相运移方式进行。当“深部高温高压包”增压到接近或超过上覆地层负荷压力时，地压流体（油气水）突发性地沿①号大断层上升，并在断层附近聚集成藏，形成了崖13－1气田。     

南海高温高压勘探钻井技术现状及展望

南海北部莺- 琼盆地高温高压区域具有巨大的天然气资源勘探潜力。但该区域具有温度高、压力高、压力台阶多、安全密度窗口窄等地质特性,对高温高压钻井工程设计和作业提出了巨大的挑战。经过三十余年的技术攻关和在该海域超过50 口高温高压井的作业实践,形成了适用于南海高温高压天然气勘探的钻井关键技术体系,包括多机制地层超压预测、抗高温钻井液、压稳防窜固井、窄压力窗口安全钻井、高温高压一体化钻井与提速等关键技术,克服了南海复杂高温高压环境下的勘探钻井技术难题,实现了南海高温高压勘探钻井作业的安全和高效。这一套较为成熟完善的海上高温高压探井安全高效钻井技术体系和管理模式,为石油工业海上高温高压钻探提供了借鉴。     

莺琼盆地高温高压窄安全密度窗口钻井关键技术

南海莺琼盆地高温高压井安全密度窗口极窄,部分井甚至无窗口,钻进过程中溢流、井漏、喷漏同层等复杂情况频发,多口井被迫提前完钻甚至报废。为解决窄安全密度窗口引起的钻井问题,经过多年的实践与摸索,通过优化套管下深拓宽安全密度窗口、薄弱地层挤水泥提高地层承压能力、使用小尺寸钻具显著降低循环压耗、优选抗高温弹性堵漏材料对诱导裂缝进行堵漏、使用纳米防漏隔离液及锰矿粉高密度水泥浆应对窄安全密度窗口固井漏失与压稳问题,形成一套针对高温高压窄安全密度窗口的钻井技术及配套工艺,详细探讨了各项技术原理及现场应用效果。南海西部莺琼盆地十几口高温高压探井的应用结果表明,该技术有效应对了井底温度高达212 ℃、地层压力系数超过2.30、窄安全密度窗口仅为0.04等恶劣井况,钻井复杂情况发生率得到显著降低,为类似窄安全密度窗口钻井提供借鉴。     

南海西部高温高压井堵漏技术

南海西部莺歌海盆地高温高压井储层段黄流组温度达到200 ℃,地层压力系数达到2.27,钻井过程中频繁出现井漏,其中高温高压井堵漏作业还存在着抗高温堵漏材料少、高温高压井控风险高、高密度堵漏浆流变性难以调控、堵漏作业经验少等诸多问题。在分析高温高压井前期堵漏经验及漏失原因的基础上,利用高温高压动态堵漏仪优选抗高温高压堵漏材料及堵漏配方,承压能力达到20 MPa。现场结合随钻堵漏以及承压堵漏,并使用抗高温弹性堵漏剂FLEX 配合刚性堵漏剂BLN 及承压堵漏剂STRH,成功实施高温高压井堵漏作业。     

南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术

针对南海莺歌海盆地中深层高温高压气藏水平井钻井中高密度钻井液流变性难以调控、大斜度井段套管磨损严重、摩阻扭矩大、钻具负荷大及大斜度井固井质量难以保证等问题,从保障钻井安全和提高钻井时效出发,进行了井身结构设计和抗高温高密度油基钻井液技术、钻井液微米级重晶石加重技术、高密度油基钻井液滤饼冲洗技术、高温高压含CO₂气井套管材质优选、高温高压水平井段安全钻进等方面的技术研究,形成了南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术。现场应用表明,该技术可以有效保障安全高效钻井和提高固井质量,应用井投产后清喷产能比预期高30%。水平井钻井关键技术为南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井提供了技术保障,也可在同类条件同类型井钻井中推广应用。      

南海西部油田高温高压气井套管磨损预测

为避免南海西部油田高温高压气井套管磨穿问题的发生,对套管磨损进行了预测。采用滑台式套管磨损试验机,在模拟工况下开展了系列磨损试验,得到了接触力、转速、钻井液密度等参数与套管磨损量之间的关系,求取了套管壁厚损失、抗内压强度、抗外挤强度及安全系数等参数。试验结果显示,接触力越大,转速越高,钻井液密度越大,则套管累计磨损量越大;不同耐磨带对应的套管磨损不同且差别较大,在设计工况下套管磨损系数小于2.0×10-14 Pa-1。以A7H井为例,造斜率为3°/30m,φ339.7 mm和φ244.5 mm套管磨损后壁厚分别减小8.5%和13.1%,抗内压强度分别降低8.0%和13.0%,抗外挤强度分别降低8.0%和13.0%,抗内压最小安全系数分别为1.41和1.47,抗外挤强度最小安全系数分别为1.22和1.20,强度满足相关标准的要求,现场作业中未出现套管磨损失效现象。研究表明,接触力、转速、钻井液密度相同的条件下,磨损量与磨损时间之间呈多项式关系;该预测方法可较为准确地预测套管磨损程度,从而决定是否采取防磨减磨措施,避免井下故障发生。      

南海C区块高温高压气井井控技术

为确保南海C区块高温高压气井钻井过程中的井控安全,针对存在的地层压力高且复杂、地层温度高、钻井液安全密度窗口窄、高密度钻井液性能维护困难等井控技术难点,制定了实时检测溢流、控制溢流量,压井时逐渐提高压井液密度,防止发生井漏,钻井液降温和性能维护,井下溢漏共存处理等技术措施。防止井漏的技术措施包括提高地层承压能力和钻井液的封堵性、优化井身结构、控制井底循环当量密度、阶梯开泵、简化钻具组合及控制下钻速度等。南海C区块30余口高温高压井在钻井过程中采取了制定的井控技术措施,未发生井控事故。这表明,采取所制定的井控技术措施可以确保南海C区块高温高压气井的钻井井控安全。      

南海西部高温高压探井随钻扩眼技术

南海西部海域莺- 琼盆地地温梯度大、压力系数高,在高温高压井段作业时往往需要维持较高的钻井液密度,导致安全密度窗口窄,钻井过程中易发生漏、喷同存的复杂情况。为提高高温高压井的钻井安全和效率,采用随钻扩眼技术,增加套管层次,进而为钻井作业提供良好安全窗口。以莺- 琼盆地某高温高压井钻井难点入手,分析了针对目标区域钻井难点的相应对策,并从扩眼技术适应性、扩眼工具选型、扩眼工具与领眼钻头尺寸优选、扩眼钻具振动分析、水力分析、现场技术关键等方面对随钻扩眼工艺进行分析,形成了相应的随钻扩眼工艺技术。     

南海西部高温高压小井眼钻井技术

莺歌海中深层地层地质情况复杂,地层压力高,温度梯度大,纵向上存在多套产层并且具有涌漏同层的特点,在保障现场作业安全的前提下,为防止出现复杂情况而无法到达勘探开发目的层,在设计时预留一层套管以应对复杂情况。DF13-1-A 井因地层复杂,出现涌漏同存的复杂情况,被迫提前下入?177.8 mm 套管封隔上部复杂井段,下部采用?149.225 mm 井眼,面对小井眼钻具组合限制、井控压力大、储层保护压力大等技术难点,通过优化钻具组合、钻井液,采用压力实时监测等多项措施高质量地完成了该井的小井眼作业,为今后南海西部海域高温高压井小井眼作业提供了技术借鉴。