鄂爾多斯盆地LP14H井強(qiáng)抑制封堵鉆井液技術(shù)應(yīng)用

李希君，肖黨林，王海軍，馬 勇，郭宏亮，溫守云

(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司泥漿公司，山東 東營(yíng) 257064)

LP14H井位于寧夏回族自治區(qū)吳忠地區(qū)鹽池縣花馬池鎮(zhèn)，該井屬于鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田，構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地天環(huán)向斜中段。2014年下半年中石化華北分公司在該區(qū)塊部署了4口井，分別為L(zhǎng)P11H、LP12H、LP13H、LP14H。斜導(dǎo)眼完鉆層位為奧陶系的馬家溝組，水平井開發(fā)的目的層為二疊系石盒子組盒1段的油氣，在相繼開鉆的這些井中出現(xiàn)多次劃眼、填井側(cè)鉆等復(fù)雜情況。LP14H井以最快周期順利完鉆，完鉆周期為98 d。該井斜導(dǎo)眼完鉆井深:4 202 m，水平井著陸點(diǎn):3 973 m，二開裸眼段長(zhǎng)達(dá) 3 697 m，最后完鉆井深:5 173.00 m，井底井斜:90.28°，方位:344.97°，垂深:3 729.31 m，水平位移:1 621.85 m，水平段長(zhǎng):1 200 m。

1 地質(zhì)概況

LP14H井自上而下鉆遇地層依次為新生界第四系全新統(tǒng)(Q4);中生界白堊系下統(tǒng)志丹群(K1z)，侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)，直羅組(J2z)，延安組(J1-2y);三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)，中統(tǒng)二馬營(yíng)組(T2e)，下統(tǒng)和尚溝組(T1h)，劉家溝組(T1l);上古生界二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)，上石盒子組(P2s)，下統(tǒng)下石盒子組(P1x)，山西組(P1s);上古生界石炭系上統(tǒng)太原組(C3t2)，下古生界奧陶系下統(tǒng)馬家溝組(O1m)(未穿)。斜井段和水平段所鉆遇地層的厚度及巖性描述見表1。

表1 地質(zhì)分層及巖性描述

2 工程概況

LP14H井為三開井身設(shè)計(jì)。其井身結(jié)構(gòu)與套管程序數(shù)據(jù)見表2。

表2 井身結(jié)構(gòu)與套管程序數(shù)據(jù)表

3 鉆井液施工技術(shù)難點(diǎn)

導(dǎo)眼直井段鉆進(jìn)至石千峰組(3 300 m左右)，以上井段的施工采用聚合物防塌鉆井液體系，在保證排量足夠的情況下，維持鉆井液的低粘切，基本上能順利施工。該區(qū)塊的關(guān)鍵段(斜井段和水平段)施工難點(diǎn)分析如下。

1)斜井段和水平段，軌跡本身的原因，鉆屑在運(yùn)移阻力和重力作用下易在下井壁形成巖屑床，在停泵和排量不足的情況下，易堆積在下井壁，從而造成起下鉆受阻，甚至卡鉆，要求泥漿有足夠的懸浮攜帶能力。

2)盒1地層的砂巖層薄，只有4 m的厚度，再加上地層存在傾角，水平段鉆進(jìn)過程極易鉆進(jìn)至泥巖段，相比直井段，泥巖更易出現(xiàn)坍塌掉塊的現(xiàn)象，其次是山西組和太原組的煤層及碳質(zhì)泥巖，易出現(xiàn)坍塌掉塊。在保證泥漿密度能平衡地層應(yīng)力的情況下，要求鉆井液具有較好的抑制封堵防塌能力。

3)根據(jù)井身的特點(diǎn)，在斜井段和水平段鉆具與井壁的接觸面積更大，甚至平躺在下井壁，造成鉆具在井下的摩阻大、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扭矩大、定向鉆進(jìn)造成托壓現(xiàn)象。要求鉆井液具有良好的潤(rùn)滑防卡能力。

4 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)

施工井段:二開導(dǎo)眼斜井段(3 300 m～4 202 m)和三開水平段(3 973 m～5 173 m)。

導(dǎo)眼斜井段是二開的關(guān)鍵井段，其順利與否成為本區(qū)塊井施工的焦點(diǎn)，主要鉆遇地層為劉家溝組、石千峰組、石盒子組、山西組、太原組和馬家溝組。劉家溝組易漏，石盒子組的灰色泥巖、山西組和太原組的煤層和炭質(zhì)泥巖易塌。三開水平段在石盒子組1地層中施工，砂巖層薄，而且地層傾角存在，可能鉆遇大段泥巖，將大大增加了鉆井液的施工難度?？紤]到鉆井液必須具有較好的懸浮攜帶能力、抑制封堵防塌能力和潤(rùn)滑防卡能力，優(yōu)選采用胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系。鉆井液性能見表3所示。該體系的基本配方如下:原鉆井液、0.2% ～0.5%(質(zhì)量濃度，下同)PAM/KPAM、0.3% ～0.5%胺基硅醇、1% ～2%WFL-1、1% ～2%TC-KYG、2% ～3%SMP-1、2% ～3%FT-1、2% ～4%潤(rùn)滑劑、2% ～3%封堵材料、石粉視情況而定。

表3 鉆井液性能表(導(dǎo)眼斜井段和三開水平段)

1)導(dǎo)眼段鉆穿劉家溝組后，提高鉆井液密度至1.23～1.25 g/cm3，來平衡地層壓力，用徑向支撐應(yīng)力來保持井壁穩(wěn)定。水平段施工時(shí)，在套管里采用開啟離心機(jī)，補(bǔ)充膠液和優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土漿降低密度至1.15 g/cm3(設(shè)計(jì)要求為1.15 ～1.20 g/cm3)，后期鉆遇大段泥巖，又將密度逐漸提高至 1.23 g/cm3，由于起下鉆遇阻顯示嚴(yán)重，繼續(xù)提密度，最高提至1.29 g/cm3，井下正常，直到該井順利完井。

2)導(dǎo)眼鉆進(jìn)至劉家溝組后，及時(shí)補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，并加入PAM/KPAM膠液、胺基硅醇和提粘降失水處理劑，將粘度調(diào)整至50 s左右，保持動(dòng)塑比在0.3～0.4，保證鉆井液有較好的懸浮攜帶能力。水平段施工時(shí)，隨著水平位移的增加，巖屑的運(yùn)移阻力增大，自身的重力作用，容易在下井壁形成巖屑床。前期裸眼水平段較短，調(diào)節(jié)鉆井液流型，保持合適粘切，泥漿性能 FV:38～45 s，PV:15～20 mPa·s，YP:5 ～7 Pa，Gel:1 ～3/4 ～8 Pa/Pa，完全能滿足施工要求，返砂正常，井下摩阻為5 ～8 t。隨著水平段增加，而且鉆遇的泥巖段增加，出現(xiàn)了巖屑攜帶不及時(shí)，通過對(duì)性能的調(diào)整，稍微提高粘切，調(diào)整后的泥漿性能 FV:45 ～60 s，PV:18 ～25 mPa·s，YP:7 ～15 Pa，Gel:2～5/8 ～20 Pa/Pa，保證了順利施工。另外，施工過程中黏切不宜過高，黏切太高也會(huì)導(dǎo)致鉆屑滯留在下井壁。針對(duì)巖屑床的存在，可以間斷地替入滴流塞段液來清掃。其次，采取工程上的措施來破壞巖屑床，接單根時(shí)可以開泵倒劃2次，提升鉆屑返高，減少巖屑床;并配合短程起下鉆、倒劃等措施，破壞巖屑床，保持井眼暢通，現(xiàn)場(chǎng)效果比較明顯。

3)劉家溝組底易漏，鉆井過程以預(yù)防為主，下鉆時(shí)要控制下放速度，防止下鉆速度過快造成激動(dòng)壓力過大壓漏地層，降低漏失采用超細(xì)碳酸鈣和單向壓力封閉劑。超細(xì)碳酸鈣選用500～1 500目，加量2%～3%。若遇較大的漏失，則配制合理粒徑的堵漏漿進(jìn)行堵漏。

4)井底溫度接近125℃，所以進(jìn)入石千峰組后加入抗鹽抗高溫的降濾失劑WFL-1、TC-KYG和SMP-1以及瀝青類的防塌劑，來提高鉆井液的抗溫能力，同時(shí)控制鉆井液中壓失水小于5 mL，逐漸降低高溫高壓失水至10 mL。降低失水的同時(shí)改善了泥餅質(zhì)量，同時(shí)提高了鉆井液的抑制防塌能力。水平段針對(duì)石盒子組地層的灰色泥巖進(jìn)行防塌，首先提高密度，用液柱壓力來平衡地層的壓力;其次由于泥巖微裂縫、裂縫的存在，引起毛細(xì)管效應(yīng)吸水，顆粒間和層面間連結(jié)力削弱，并且水平段井斜約為90°，側(cè)向壓力大，鉆井液密度偏低時(shí)，產(chǎn)生物理崩解。在水平段鉆進(jìn)后期，為穩(wěn)定泥巖，鉆井液密度控制過大，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)表明鉆井液密度普遍高至1.25～1.30 g/cm3，鉆井液在正壓差作用下進(jìn)入地層，甚至發(fā)生漏失，由于水力尖劈作用，引發(fā)井壁坍塌[1-2］?，F(xiàn)場(chǎng)采取抑制封堵防塌措施，加入0.5% ～1.0%PAM/KPAM膠液和0.3% ～0.5%胺基硅醇，保持鉆井液中抑制劑含量在0.5%左右，提高濾液的抑制性，降低地層中泥巖的水化作用，抑制泥巖坍塌。封堵材料主要使用超細(xì)碳酸鈣、合適軟化點(diǎn)的瀝青類材料FT-1等。超細(xì)碳酸鈣加量為2% ～3%，瀝青類材料加量在2%以上，加強(qiáng)封堵，改善泥餅的質(zhì)量，使泥餅光滑、致密，防塌效果良好。

5)LP14H井二開導(dǎo)眼斜井段軌跡設(shè)計(jì)比較特殊，先增斜至73°左右，然后再降斜至井底(井底井深4 202 m，井斜45°)。然后進(jìn)行測(cè)井，根據(jù)測(cè)井結(jié)果，進(jìn)行回填側(cè)鉆，鉆進(jìn)至A靶(斜深:3 973 m)，二開完鉆，然后進(jìn)行三開水平段的鉆進(jìn)。針對(duì)這種情況，鉆井液以抑制防塌為主，同時(shí)需保證有足夠的潤(rùn)滑性。潤(rùn)滑劑采用勝利泥漿公司自主研制的全油基鉆井液潤(rùn)滑劑，首次加量為1.5%，效果明顯，以后根據(jù)進(jìn)尺及井下情況，及時(shí)補(bǔ)充，保持泥餅的摩阻系數(shù)＜0.06。而水平段的施工，首先是充分使用好固控設(shè)備，控制泥漿中的劣質(zhì)固相，適時(shí)開啟離心機(jī)，降低亞微米低密度固相顆粒，提高泥餅質(zhì)量和減小摩阻系數(shù);其次，就是保持潤(rùn)滑劑在泥漿中的含量。水平段施工的中后期，一直保持液體潤(rùn)滑劑含量在3%以上，并配合使用石墨類的固體潤(rùn)滑劑，來提高鉆井液的潤(rùn)滑性，完鉆時(shí)，鉆具在井下的動(dòng)摩阻為8～10 t，靜摩阻為 12 ～18 t。

5 現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況處理及施工效果

LP14H井鉆至3 919 m起鉆更換鉆頭，下鉆至3 100 m，下鉆過程中返漿困難，開泵時(shí)泵壓高時(shí)，出現(xiàn)井下漏失，小排量循環(huán)時(shí)把粘度適當(dāng)降低至50 s左右，考慮到帶螺桿的鉆具結(jié)構(gòu)劃眼會(huì)出現(xiàn)更為復(fù)雜的情況，現(xiàn)場(chǎng)決定，換常規(guī)鉆具進(jìn)行通井。下常規(guī)鉆具鉆至3 100 m遇阻，開始劃眼，劃眼下鉆至3 766 m，出現(xiàn)劃眼比較困難，此處井斜62°左右，方位變化略大，反復(fù)劃眼，上提不暢。劃眼過程中提高粘切，先提至65 s，劃眼情況有所好轉(zhuǎn)，繼續(xù)劃眼至3 830 m，出現(xiàn)了劃眼憋泵，上提遇阻現(xiàn)象嚴(yán)重，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，再次提粘切，粘度提到85 s，性能:密度1.24 g/cm3、粘度85 s、塑性粘度33 mPa·s、動(dòng)切力16 Pa、初/終切5/17.5 Pa/Pa、失水2.8 mL、pH 9。維持較高的粘切劃眼到底，劃眼過程中，滲透漏失比較嚴(yán)重，補(bǔ)充新漿的同時(shí)并及時(shí)補(bǔ)充聚合物和胺基硅醇來提高濾液的抑制性，加入單封、超細(xì)和瀝青類的材料進(jìn)行封堵防塌。充分循環(huán)后，進(jìn)行短起下鉆一次，然后起鉆，順暢。11月14日換動(dòng)力鉆具下鉆，由于上趟鉆處理劃眼復(fù)雜，泥漿粘切較高，下鉆過程中進(jìn)行多次頂通循環(huán)，斜井段每10柱一頂通，下至3 755 m，遇阻，小排量開泵劃眼通過后，順利下鉆至井底，循環(huán)時(shí)降低粘切，正常鉆進(jìn)，調(diào)整后的泥漿性能:密度 1.24 g/cm3、粘度 52 s、塑性粘度 22 mPa·s、動(dòng)切力 8 Pa、初/終切 3.5/9 Pa/Pa、失水 2.8 mL、pH 9，維持該性能至二開完鉆。

本次處理劃眼復(fù)雜情況損耗7.2 d，相對(duì)來說比較順利。出現(xiàn)復(fù)雜情況的原因?yàn)槭凶咏M的泥巖不穩(wěn)定，浸泡時(shí)間較長(zhǎng)，有部分垮塌現(xiàn)象，鉆井液通過調(diào)整粘切和密度，幫助攜帶巖屑，再及時(shí)補(bǔ)充聚合物和胺基硅醇來提高濾液的抑制性，補(bǔ)充單封、超細(xì)碳酸鈣和瀝青類的材料對(duì)地層進(jìn)行了有效的封堵防塌，效果比較明顯，確保施工比較順利，完井周期為98 d。鄰井LP11H井，二開采用聚磺鉆井液體系，施工過程中出現(xiàn)漏失，同時(shí)出現(xiàn)泥巖段縮徑和垮塌，下鉆過程中，在劉家溝組和石盒子組遇阻劃眼，在井段3 300 m～3 800 m劃眼艱難，越劃越淺，出現(xiàn)復(fù)雜導(dǎo)致填井，重新側(cè)鉆，使得鉆井周期延長(zhǎng)。鄰井LP10H井，鉆進(jìn)至劉家溝組以后，出現(xiàn)了多次較嚴(yán)重的漏失，累計(jì)漏失量達(dá)3 000 m3，鉆井液漏失的同時(shí)還出現(xiàn)井底垮塌，下鉆需劃眼，也使得鉆井周期延長(zhǎng)。

6 結(jié)論

1)在井內(nèi)沒有漏失的情況下，鉆進(jìn)時(shí)觀察巖屑返出情況，如果返出掉塊呈增大增多趨勢(shì)，將密度盡量提到設(shè)計(jì)上限。實(shí)踐證明:將密度維持在設(shè)計(jì)上限，能有效減少正壓差作用及水力尖劈作用造成井壁失穩(wěn)。

2)針對(duì)柳楊堡氣田石盒子組的泥巖不穩(wěn)定，采用纖維狀塑性粒子、粒徑不同的超細(xì)以及瀝青類材料對(duì)地層微裂縫進(jìn)行封堵，防止裂隙內(nèi)填充的土相水化膨脹導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)，能有效地提高防塌能力。本井在處理劃眼復(fù)雜時(shí)，封堵防塌效果比較明顯，縮短了處理復(fù)雜的時(shí)間。

3)胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系具有懸浮攜帶能力強(qiáng)、抑制封堵防塌效果好、潤(rùn)滑防卡能力強(qiáng)的特點(diǎn)，該體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，能較好地滿足鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田區(qū)塊的導(dǎo)眼斜井段和水平段的施工要求。

[1]張祥，侯萬(wàn)武，曹曉輝，等.蘇里格氣田53區(qū)塊長(zhǎng)水平段鉆井液防塌技術(shù)[J］.鉆井液與完井液，2013，30(5):46－49.

[2]李春霞，黃進(jìn)軍，催茂榮.評(píng)價(jià)鉆井液完井液對(duì)裂縫性地層封堵效果的新方法[J］.西南石油學(xué)報(bào)，2003，25(5):57－59.