加蓬與墨西哥灣深水鹽下鉆井井身結(jié)構(gòu)對(duì)比研究

趙 德 盧先剛 冷雪霜 叢紅波

（中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

加蓬深水區(qū)塊位于非洲西海岸，區(qū)塊內(nèi)地層被下白堊系鹽巖劃分為鹽上、鹽下兩個(gè)區(qū)域，是一個(gè)典型的含鹽盆地。近年來(lái)墨西哥灣和巴西鹽下油藏陸續(xù)勘探獲得多個(gè)十億桶級(jí)可采儲(chǔ)量的大油氣田，自2012 年以來(lái)在西非一側(cè)的寬扎盆地也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了6 個(gè)大中型油氣田，可采儲(chǔ)量達(dá)21 億桶油當(dāng)量[1]。目前南大西洋兩岸深水鹽下已成為全球油氣儲(chǔ)量的主要增長(zhǎng)點(diǎn)之一，也成為油氣勘探的熱點(diǎn)地區(qū)。另外，在深水鹽下勘探中，由于鹽巖這一特殊巖性體的存在，對(duì)鉆井技術(shù)提出較大挑戰(zhàn)，如窄壓力窗口、鹽層井壁穩(wěn)定、鹽下地層壓力不確定性等[2]。由于深水鹽下鉆井費(fèi)用高，區(qū)域深水勘探活動(dòng)中鉆井?dāng)?shù)量普遍偏少，整體該地區(qū)勘探程度低、難度大、作業(yè)成本高，是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)與高潛力并存的勘探領(lǐng)域[3]。該文總結(jié)在加蓬區(qū)域鄰井深水鹽下勘探數(shù)據(jù)以及中海油在墨西哥灣鹽下地層勘探鉆井作業(yè)中形成的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，提出有效的加蓬鹽下地層鉆井設(shè)計(jì)方案。

1 加蓬與墨西哥灣鹽下鉆井井身結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

1.1 加蓬深水區(qū)塊地質(zhì)概述

加蓬深水區(qū)塊位于西非深水區(qū)域，平均水深大于1000米，勘探目標(biāo)儲(chǔ)層位于白堊統(tǒng)鹽巖之下，鹽下地層鄰井鉆探資料較少且鹽層本身由于對(duì)地震探測(cè)信號(hào)傳播干擾較強(qiáng)，造成鹽層本身巖性和鹽下地層鉆前預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度降低，地層不確定較高[4-5]。另外，加蓬區(qū)塊鹽巖有特殊挑戰(zhàn)，因?yàn)槠潲}巖巖性不純，為一套臟鹽，巖性以巖鹽為主，包括泥巖、光鹵石、硬石膏、雜鹵石等，部分井見(jiàn)灰?guī)r，其中巖鹽典型特點(diǎn)是低密高速，可鉆性良好，光鹵石、雜鹵石蠕動(dòng)性強(qiáng)，對(duì)鉆井作業(yè)影響大，硬石膏多出現(xiàn)在鹽層頂、底，可鉆性差。鹽層鉆井典型地質(zhì)挑戰(zhàn)見(jiàn)圖1。

圖1 鹽層鉆井典型地質(zhì)挑戰(zhàn)

中海油在墨西哥灣鹽下油藏鉆探過(guò)程中遇到鹽層各項(xiàng)復(fù)雜問(wèn)題，所以對(duì)墨西哥灣的鉆井經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入對(duì)比分析是對(duì)解決加蓬A(yù) 區(qū)塊地質(zhì)問(wèn)題有一定借鑒意義。

1.2 墨西哥灣鹽下鉆井技術(shù)對(duì)比分析

中海油于2020 年在墨西哥灣深水區(qū)域成功完成兩口鹽下初探井的鉆井作業(yè)，遭遇并解決了鹽下油藏勘探鉆井系列技術(shù)難題，包括鹽上地層封隔、鹽內(nèi)地層井壁穩(wěn)定性控制、鹽下地層井控風(fēng)險(xiǎn)控制，是典型的深水鹽下復(fù)雜井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，勘探成本較高。

墨西哥VS1 井水深2400 米，井深6600 米，中間3200米至4300 米鉆遇一套1100 米厚鹽層。設(shè)計(jì)井深結(jié)構(gòu)7 開(kāi)，實(shí)鉆8 開(kāi)（鹽下發(fā)生嚴(yán)重漏失，下入應(yīng)急尾管），由于井身結(jié)構(gòu)層次較多，下部地層使用鉆頭+擴(kuò)眼器的鉆具組合進(jìn)行擴(kuò)眼鉆進(jìn)，以最大程度增加井眼尺寸，為套管下入和固井留有足夠環(huán)空間隙，實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)如下：36″噴射井段+26″表層井段+17-1/2″X(qián) 22″擴(kuò)眼井段+16-3/8″X(qián) 20″擴(kuò)眼井段+14-1/2” X 17-1/2″擴(kuò)眼井段+12-1/4″X(qián) 14-3/4″擴(kuò)眼井段+10-5/8″X(qián) 12-1/4″擴(kuò)眼井段+8-1/2″井段。

分井段對(duì)墨西哥灣鹽下井和加蓬鹽下井鉆井技術(shù)和井身結(jié)構(gòu)匹配性進(jìn)行分析。鹽上地層封隔技術(shù)：鹽巖具有蠕變性，墨西哥灣的典型鹽巖泊松比接近0.4，鉆進(jìn)鹽層需要考慮鹽層井壁穩(wěn)定性的問(wèn)題，從而需要較高的泥漿比重。墨西哥灣鹽頂深度一般在海底泥線以下1000 米以內(nèi)，鹽上淺部地層強(qiáng)度較低，所以在基于對(duì)鹽巖蠕變規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，墨西哥灣通常選擇開(kāi)路鉆進(jìn)的方式，將表層井段鉆入鹽層內(nèi)部，將表層套管鞋下入鹽層頂部，以此隔絕鹽上淺層薄弱地層，該技術(shù)在墨西哥灣鉆井作業(yè)中得到良好實(shí)踐。

對(duì)比分析加蓬區(qū)域：加蓬深水區(qū)塊鹽巖頂部深度通常在海底泥線以下1500 米，這是因?yàn)榧优顓^(qū)域的鹽巖屬于白堊系原生鹽，上部地層沉積年代較久，沉積厚度較大。墨西哥灣鹽巖雖然年代更久，為侏羅系母鹽，但在后續(xù)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，侏羅紀(jì)母鹽發(fā)生二次運(yùn)移，鹽丘突破上部年輕地層，反轉(zhuǎn)覆蓋至古近系地層上，所以墨西哥灣鹽巖頂部深度一般較淺，將表層套管下入鹽內(nèi)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不適合加蓬區(qū)域。

鹽內(nèi)井壁穩(wěn)定性控制技術(shù)：墨西哥鹽內(nèi)鉆進(jìn)使用高比重油基泥漿，泥漿當(dāng)量比重約為上覆巖層壓力的80%，有效抑制了鹽層的蠕變特性，在鉆井實(shí)踐中取得良好效果。

對(duì)比分析加蓬區(qū)域：墨西哥鹽巖以氯化鈉巖鹽為主，蠕變周期較穩(wěn)定，鹽層井壁穩(wěn)定性可預(yù)測(cè)性良好。加蓬地區(qū)鹽巖為一套臟鹽，其巖性以巖鹽為主，包括泥巖、光鹵石、硬石膏、雜鹵石等，部分井見(jiàn)灰?guī)r，鹽內(nèi)井壁穩(wěn)定性問(wèn)題更為復(fù)雜，需要對(duì)鹽內(nèi)地層巖性進(jìn)行針對(duì)性分析，才能在墨西哥灣鉆井經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做好鹽內(nèi)井壁穩(wěn)定性控制。

鹽下地層井控風(fēng)險(xiǎn)控制：墨西哥鹽層由于發(fā)生運(yùn)移，所以其鹽下邊界判斷困難，由于鹽巖運(yùn)移的擠壓作用，鹽下地層往往會(huì)形成一定深度的破碎漏失地層以及地應(yīng)力集中帶，對(duì)鉆井提出特殊挑戰(zhàn)。墨西哥灣采用的出鹽鉆井技術(shù)包括隨鉆探邊測(cè)井工具進(jìn)行鹽底邊界預(yù)判，備用應(yīng)急封隔尾管等，成功應(yīng)對(duì)鹽下復(fù)雜地層的漏失和地層壓力不確定性導(dǎo)致的井控問(wèn)題。

對(duì)比分析加蓬區(qū)域：加蓬鹽層屬于原生鹽，鹽底與下部地層為自然沉積接觸，較墨西哥灣鹽底結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是加蓬深水區(qū)鹽巖地層巖性不純，發(fā)育泥巖、石膏夾層，加上鹽層本身對(duì)地震資料的干擾，建立合理的地震速度模型極為困難，鹽底邊界確定以及鹽下地層壓力確定有特殊挑戰(zhàn)，見(jiàn)圖2。

圖2 原生鹽與次生鹽構(gòu)造區(qū)別

綜上分析，由于墨西哥灣的鹽層構(gòu)造多屬于原生鹽在地質(zhì)構(gòu)造過(guò)程中產(chǎn)生運(yùn)移的次生鹽構(gòu)造，部分鹽下地層年代比上覆鹽層更新。加蓬屬于原生鹽，未發(fā)生大范圍運(yùn)移，鹽下地層年代比上覆鹽層更久。因此兩者造成的地質(zhì)構(gòu)造情況和鉆井風(fēng)險(xiǎn)是不完全相同的，墨西哥灣鹽下油藏鉆井技術(shù)在鹽內(nèi)井壁穩(wěn)定性控制方面對(duì)加蓬區(qū)域有較好的借鑒意義，在鹽頂鉆入技術(shù)和鹽下鉆出技術(shù)方面存在較大差異，需要有針對(duì)性地進(jìn)行分析。

1.3 加蓬區(qū)域已鉆深水鄰井分析

經(jīng)過(guò)與墨西哥灣已鉆地層的對(duì)比分析，加蓬區(qū)域地層由于鹽巖巖性不純、鹽巖為原生鹽等特點(diǎn)，有其自身的特殊性。鹽層本身對(duì)地震波反射的干擾作用造成鉆前地震勘測(cè)技術(shù)在鹽內(nèi)和鹽下地層預(yù)測(cè)中精度不足，對(duì)鹽層及鹽下地層的鉆前地震數(shù)據(jù)有較大修正價(jià)值的是區(qū)域鄰井資料分析。

區(qū)域最有參考價(jià)值的兩口鄰井是2014 年4—9 月殼牌公司在加蓬完成兩口深水鹽下探井作業(yè)，N_Komi 和Leopard，兩口井水深分別為1235 米和2110 米，井身分別為4159 米和4390 米，鉆遇鹽層厚度分別為1200 米和1100 米，屬于區(qū)域典型的深水鹽下井。

N_Komi 井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)5 開(kāi)，實(shí)鉆5 開(kāi)，其中：36″導(dǎo)管：噴射入泥80m，封固表層泥層，為下層套管提供支撐；20″套管：入泥915m，封固表層薄弱地層，為井口及防噴器提供支撐；13-5/8″套管：入鹽層15m（鹽頂有硬石膏蓋層55m），封隔鹽層與上部地層；9-7/8″套管：距離鹽底30m；8-1/2″井段：揭開(kāi)鹽下目的層。

Leopard 井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)5 開(kāi)，實(shí)鉆5 開(kāi)，其中：36″導(dǎo)管：噴射入泥85m，封固表層泥層，為下層套管提供支撐；20″套管：入泥895m，封固表層薄弱地層，為井口及防噴器提供支撐；13-5/8″套管：入鹽層35m，封隔鹽層與上部地層；9-7/8″套管：出鹽底20m；8-1/2″井段：揭開(kāi)鹽下目的層。

兩者的實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)主要差異在出鹽點(diǎn)，N_Komi 井按照設(shè)計(jì)在出鹽前下入一層套管，封隔鹽層。Leopard 由于鹽層下部泥巖夾層較多，在鉆穿多套鹽內(nèi)泥巖夾層后，確保鉆穿鹽巖的情況下下入套管封隔。后者進(jìn)一步證明了加蓬區(qū)域的鹽層構(gòu)造復(fù)雜性。

其中N_Komi 井和Leopard 井在鹽層內(nèi)鉆進(jìn)過(guò)程中，遭遇鹽層縮徑卡鉆復(fù)雜情況，通過(guò)反復(fù)劃眼、擴(kuò)充井壁，同時(shí)提高泥漿密度、搶下套管等技術(shù)措施，將縮徑段鹽層進(jìn)行封固。尤其是Leopard 井在出鹽過(guò)程中，鉆遇多套泥巖夾層，因泥巖和鹽巖混合帶巖性不均，發(fā)生部分井壁失穩(wěn)、掉塊復(fù)雜情況，造成工期和成本的增加，并增加了井下的不確定風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，加蓬深水區(qū)域最大的鉆井技術(shù)挑戰(zhàn)與臟鹽體的特殊巖性相關(guān)。

2 加蓬深水鹽下井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)綜合分析，結(jié)合加蓬目標(biāo)井的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)5 開(kāi)（見(jiàn)圖3）：36″導(dǎo)管：噴射入泥80m，封固表層泥層，為下層套管提供支撐；20″套管：入泥900m，封固表層薄弱地層，為井口及防噴器提供支撐；13-5/8″套管：入鹽層20m，封隔鹽層與上部地層；9-7/8″套管：距離鹽底30m；8-1/2″井段：揭開(kāi)鹽下目的層。其中在出鹽底井段備用一層尾管，預(yù)防鹽內(nèi)泥巖夾層造成的出鹽邊界地質(zhì)不確定性。

圖3 加蓬深水鹽下井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

由于鹽巖地震預(yù)測(cè)不確定性，需要在實(shí)際鉆井過(guò)程中增加隨鉆測(cè)井工具，通過(guò)實(shí)鉆收集地層數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)迭代校核鉆前地震預(yù)測(cè)模型，提高對(duì)地層的預(yù)測(cè)精度。建議在常規(guī)隨鉆測(cè)井工具的基礎(chǔ)上，增加隨鉆地震和地層壓力測(cè)試工具，如果條件允許建議增加隨鉆探邊工具，該工具是一種通過(guò)聲波反射提前探測(cè)下部地層界面的隨鉆工具，對(duì)鹽層下部泥頁(yè)巖夾層有較好的預(yù)判效果。

3 總結(jié)

加蓬深水區(qū)域和墨西哥灣深水區(qū)域都存在鹽巖地層，兩者巖性和相對(duì)應(yīng)的鉆井技術(shù)有類似性，有互相參考的價(jià)值。但是兩個(gè)區(qū)域的鹽巖又有其各自的特殊性，需要區(qū)別分析。1）加蓬深水鹽下“Pre-salt”油藏地質(zhì)特點(diǎn)與同一地質(zhì)年代、沉積環(huán)境的巴西深水鹽層類似，屬于鹽下生油層、儲(chǔ)層與“原生鹽”蓋層的組合，不同于墨西哥灣鹽下“Sub-salt”油藏較新的生油層、儲(chǔ)層與運(yùn)移的較老的“次生鹽”蓋層的組合。2）加蓬深水鹽下勘探面臨的主要問(wèn)題和墨西哥灣鹽下油藏一樣，主要是鹽內(nèi)結(jié)構(gòu)和鹽下圈閉的落實(shí)，因?yàn)橥瑯邮苤朴邴}巖對(duì)地震資料的擾亂，但是，二者又有區(qū)別：前者因鹽層底界具有區(qū)域可借鑒性，鹽底定邊難度相對(duì)降低。3）加蓬深水鹽巖巖性較混雜，鹽巖蠕動(dòng)變形問(wèn)題對(duì)鉆井作業(yè)影響較大，墨西哥灣深水鹽巖較純凈，整體較穩(wěn)定，該區(qū)別決定了兩區(qū)域井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路不同，但整體鹽層鉆井技術(shù)有較大的借鑒意義。4）該文結(jié)合墨西哥灣鹽下鉆井技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，分析加蓬區(qū)域地層特殊情況，設(shè)計(jì)了一套適用加蓬鹽下鉆井的井身結(jié)構(gòu)方案。