杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)鉆井液技術(shù)實踐與認識

石秉忠， 解 超， 李 勝， 劉金華， 陳曉飛

(1.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中石化華北石油工程有限公司，河南鄭州 450006)

杭錦旗區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊盟北部隆起帶，是鄂爾多斯盆地東勝氣田的重點開發(fā)區(qū)域。該氣田自勘探開發(fā)以來，由于構(gòu)造復(fù)雜、斷層局部發(fā)育、地層破碎和裂縫發(fā)育，遇到了井漏、井壁失穩(wěn)和鉆井周期長等問題[1]。如錦58井區(qū)的J66P5H 井曾發(fā)生惡性漏失，浪費時間近100 d；該井區(qū)2016年所鉆井水平段鉆遇泥巖時的井壁失穩(wěn)率高達30%，因井壁失穩(wěn)耗費時間增加3.59倍，嚴重影響了該井區(qū)主力開發(fā)區(qū)塊鉆探開發(fā)的順利進行[2]。由于漏失區(qū)域廣、層位多、井段長和機理復(fù)雜，并且地層承壓能力低、井壁穩(wěn)定性差，盡管近年來借鑒了不同鉆井液體系的優(yōu)點，針對不同地層特點開展了多種堵漏防塌技術(shù)研究與應(yīng)用，但水平井鉆井過程中存在的“上漏、下塌、漏塌并存”問題仍未根治，需要進一步研究解決。

為此，筆者系統(tǒng)分析了大量完井資料，明確了杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)的施工難點，優(yōu)化了鉆井液體系配方與性能，形成了隨鉆承壓防漏堵漏和穩(wěn)定井壁技術(shù)，在JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井進行了現(xiàn)場應(yīng)用并取得顯著效果，為該井區(qū)安全高效鉆井提供了可借鑒的方法和經(jīng)驗。

1 技術(shù)難點及解決思路

1.1 技術(shù)難點

杭錦旗區(qū)塊是典型的致密巖性氣藏，水平井主要采用三開長水平段井身結(jié)構(gòu)，錦58井區(qū)也是如此。其中，二開包括斜導(dǎo)眼和主井眼，三開為長水平段，主要鉆遇延安組、延長組、劉家溝組、石千峰組和石盒子組等地層，施工過程中技術(shù)難點主要有防漏堵漏、井壁失穩(wěn)和水平段潤滑防卡與攜巖問題。

1) 防漏堵漏問題。井漏是錦58井區(qū)出現(xiàn)井下復(fù)雜情況的主要原因，劉家溝組地層的惡性漏失及其相關(guān)聯(lián)的阻卡問題嚴重制約了該井區(qū)的鉆井提速效果。天然裂縫是導(dǎo)致井漏及產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫的主要原因，誘導(dǎo)裂縫又會使井漏速度大，且極易復(fù)漏。漏失井段的承壓能力偏低，劉家溝組與石千峰組之間存在窄或負的安全密度窗口[3]，同一裸眼井段內(nèi)壓力體系不同，極大地增加了低壓層的井漏風(fēng)險與預(yù)防處理難度，上部井段鉆井液密度低形成的封堵層薄弱，下部井段提高鉆井液密度時易引起裂縫擴展及破壞上部原有的封堵層。

2) 井壁失穩(wěn)問題。杭錦旗區(qū)塊斷層局部發(fā)育[4]，構(gòu)造復(fù)雜，石千峰組和石盒子組發(fā)育大段泥巖，且?guī)r性、表現(xiàn)特征與阻卡特征不盡相同，上石盒子組棕紅、棕褐色的塑性泥巖水化膨脹造漿嚴重，易出現(xiàn)遇阻卡；下石盒子組灰褐色脆性與塑性泥巖整體表現(xiàn)為硬脆性剝落掉塊坍塌，且易吸水膨脹變軟，受循環(huán)沖刷作用極易形成大肚子或鍵槽井段；裂縫發(fā)育及地層破碎也是容易失穩(wěn)的一個因素。另外，防漏防塌難以有效兼顧，井下故障處理難度大。

3) 水平井潤滑防卡與攜巖問題。為了提高單井產(chǎn)量與采收率，一般裸眼水平段設(shè)計長度達1 000.00 m以上，施工過程中因鉆具與井壁接觸面積大、時間長和容易形成巖屑床等原因，會產(chǎn)生嚴重的托壓問題，必須采取潤滑防卡技術(shù)，同時，還需確保鉆井液的攜巖性能良好，以及時清除巖屑，防止巖屑床的形成。另外，水平段鉆遇泥巖后的井壁失穩(wěn)問題極易引發(fā)井下故障，例如，JPH354井水平段7次鉆遇泥巖(長度108.00 m)，鉆至井深3 276.80 m時出現(xiàn)嚴重阻卡。

1.2 解決思路

1) 采用隨鉆封堵技術(shù)，提高上部地層的承壓能力，防漏為主、堵漏為輔，并通過堵漏措施減小對裂縫破碎性地層的壓入張裂式破壞，兼顧防塌。

2) 適時提高鉆井液密度，防止井壁失穩(wěn)，同時提高鉆井液的抑制性以防止泥巖水化分散膨脹和掉塊，加入封堵劑提高鉆井液的封堵能力和造壁性，采用合理的流變性防止沖刷破壞等，預(yù)防為主配合及時鞏固的現(xiàn)場處理工藝，從整體上提高鉆井液的綜合防塌能力。

3) 優(yōu)化鉆井液的流變參數(shù)，保持良好的剪切稀釋性，提高鉆井液的動塑比，提升鉆井液的攜巖能力，并結(jié)合短起下鉆作業(yè)，及時清除巖屑床、凈化井眼，同時加入高效潤滑劑降低摩阻扭矩，防止卡鉆。

2 鉆井液技術(shù)研究

根據(jù)錦58井區(qū)已完鉆井的施工情況，在總結(jié)分析經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)鉆井液配方和性能優(yōu)化試驗，研究制定了各井段的鉆井液配方及隨鉆承壓堵漏漿配方。

一開井段采用聚合物鉆井液，以滿足攜巖、護壁的要求為主?；九浞綖椋呵逅?5.0%～7.0%鈉膨潤土+0.2%～0.3%Na2CO3+0.1%～0.2%K-PAM+0.1%～0.2%LV-CMC。

二開井段采用低固相強抑制封堵防塌鉆井液，通過提高抑制性、增強鉆井液封堵能力，并采取隨鉆承壓、擴大鉆井液密度窗口等技術(shù)措施，避免井漏和坍塌，控制好黏切和密度，以利于快速鉆進。二開直井段的鉆井液基本配方為：一開所用鉆井液+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%K-PAM+0.1%～0.3%聚胺+1.0%～2.0%快鉆劑+0.5%～1.0%NH4-PAN+0.5%～1.0%LV-CMC；二開導(dǎo)眼段側(cè)鉆點至入靶點的鉆井液基本配方為：二開直井段所用鉆井液+1.0%～2.0%防塌降濾失劑+1.0%～2.0%低熒光封堵防塌劑+1.0%～2.0%超細碳酸鈣+1.0%～2.0%納米封堵劑+1.0%～2.0%潤滑劑。

裂縫破碎性地層本身存在缺陷，綜合壓力低時不漏失，當(dāng)鉆井液形成的動態(tài)壓力(包括激動壓力)大于地應(yīng)力作用在裂縫法向的應(yīng)力之和時，裂縫就會開始擴大、延伸并連通，導(dǎo)致鉆井液漏失。地層骨架也受到輕微破壞，穩(wěn)定性變差。針對這種壓入張裂式破壞，主要采用多尺度粒徑的綜合性封堵劑進行隨鉆封堵，形成的封隔墻抗壓差強度大于井筒壓力與地層壓力之差，且其抗圍壓的強度也應(yīng)大于地層法向切應(yīng)力與巖石壓縮變形而產(chǎn)生的附加誘導(dǎo)應(yīng)力之和，即隨鉆封堵材料要承受橫向壓力和縱向壓力，及時封堵微裂縫，防止裂縫持續(xù)擴展，形成致密封堵層[5]，提高地層承壓能力，預(yù)防井漏的同時，達到穩(wěn)定井壁的作用。

堵漏材料必須支撐裂縫以維持周向誘導(dǎo)應(yīng)力，應(yīng)同時具有封堵性能和機械強度[6]。因此，對使用的隨鉆承壓封堵劑從球度、圓度、浸泡前后的強度等方面進行優(yōu)化，優(yōu)選出GQJ-1、GQJ-2、GQJ-3、碳酸鈣和礦物纖維，利用SAN-2工程分布理論確定合理的顆粒材料粒徑級配，形成了適用于裂縫破碎性地層的高強度長效隨鉆封堵劑配方。隨鉆承壓堵漏漿的基本配方為：井漿+隨鉆承壓封堵劑(1.0%GQJ-1+1.0%GQJ-2+2.0%GQJ-3+2.0%GQJ-4+1.0%φ2.0 mm核桃殼+2.0%φ1.0 mm核桃殼+1.0%～2.0%PB-1+3.0%QS-2+1.0%長石棉絨+0.5%短石棉絨+0.5%棉籽殼+1.0%鋸末)。

上部直井段鉆井液性能以抑制造漿、攜帶巖屑為主，適當(dāng)控制濾失量，鉆井液密度控制在1.05～1.10 kg/L，漏斗黏度30～50 s，保證快速穿過，減少井壁浸泡和沖刷時間。鉆進劉家溝組地層前加入5%～10%隨鉆承壓封堵劑，嚴格控制鉆井液密度小

于1.10 kg/L，同時劉家溝組地層底部存在破碎帶，需控制鉆井液濾失量小于6 mL，以提高濾餅質(zhì)量。鉆進期間若發(fā)生漏失，降低排量或靜堵4～6 h，不漏后繼續(xù)鉆進。

導(dǎo)眼斜井段和側(cè)鉆斜井段，進入石千峰組地層前50 m將鉆井液中劣質(zhì)固相徹底清除，補充LV-CMC、SMP-1和SPNH等降濾失劑，濾失量控制在6 mL以內(nèi)，鉆井過程中持續(xù)補充K-PAM等配制的膠液，提高鉆井液的抑制性，適當(dāng)緩慢提高鉆井液密度，平衡地層壓力，保持井壁穩(wěn)定；同時，調(diào)整好流變參數(shù)，提高鉆井液的黏度、切力和動塑比，保持動塑比在0.36～0.60 Pa/(mPa·s)，減輕鉆井液對井壁的沖刷，提高懸浮和攜帶巖屑的能力；進入石盒子組地層前調(diào)整好鉆井液性能，提高鉆井液抑制性的同時加入低熒光磺化瀝青、超細碳酸鈣等封堵防塌材料，增強鉆井液的封堵性，控制鉆井液密度小于1.18 kg/L。

三開水平段由于可能鉆遇易失穩(wěn)的泥巖地層，仍采用低固相強抑制封堵防塌鉆井液，在保證鉆井液攜巖能力的同時，鉆井液需具有良好的潤滑性能及懸浮攜巖能力，嚴格控制固相含量處于較低比例，減少鉆井液對儲層的傷害。鉆井液基本配方為：二開導(dǎo)眼段側(cè)鉆點至入靶點所用鉆井液+1.0%～2.0%低熒光封堵防塌劑+1.0%～2.0%改性防塌淀粉+1.0%～2.0%SMP-1+1.0%～2.0%SPNH+1.0%～2.0%超細碳酸鈣+1.0%～2.0%聚合物降濾失劑+2.0%～3.0%潤滑劑。

鉆井液要保持較高的動切力和動塑比，保證鉆井液具有良好的懸浮和攜巖能力，防止巖屑床的形成；加足潤滑劑，使其保持良好的潤滑性能。由于該井段鉆遇泥巖段的可能性大，因此在控制鉆井液濾失量在5 mL以內(nèi)、提高鉆井液的封堵和抑制能力、加強預(yù)防井壁失穩(wěn)的同時，若發(fā)現(xiàn)有泥巖掉塊，應(yīng)加大防塌劑用量并適當(dāng)提高鉆井液密度，以保持較高的黏切將垮塌掉塊及時攜帶出來。各井段鉆井液的主要性能見表1。

表1 各井段鉆井液的主要性能

3 現(xiàn)場應(yīng)用

隨鉆承壓防漏堵漏和井壁穩(wěn)定技術(shù)在JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井進行了現(xiàn)場應(yīng)用，均取得了顯著效果。其中，JPH393井、JPH404井在鉆井過程中均未出現(xiàn)漏失和井眼坍塌掉塊問題，且2口井與各自的鄰井相比機械鉆速分別提高16.7%和15.3%；JPH351井鉆進中遇到的問題更多、更為復(fù)雜，但應(yīng)用該技術(shù)后也取得了明顯效果。下面以JPH351井為例詳細介紹技術(shù)應(yīng)用情況。

3.1 技術(shù)措施

JPH351井是一口三級井身結(jié)構(gòu)帶導(dǎo)眼的開發(fā)水平井，設(shè)計井深4 372.68 m，水平段長1 200.00 m，需穿過高漏失風(fēng)險區(qū)。

3.1.1 隨鉆封堵防漏與堵漏

鉆穿延長組地層、進入劉家溝組地層前進行一次短起下鉆，確保環(huán)空通暢，提前混入預(yù)配好的隨鉆堵漏漿，排量及時降低至28 L/s左右，嚴格控制起下鉆速度，防止抽汲或激動壓力造成井漏，下鉆過程中堅持分段循環(huán)鉆井液，循環(huán)前要先轉(zhuǎn)動鉆具5～10 min破壞鉆井液結(jié)構(gòu)，再緩慢開泵逐漸提升排量；加強監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)井漏及時降低排量，控時鉆進，測量漏速，實施正確的堵漏方法和程序。

二開導(dǎo)眼段進入劉家溝組中下部易漏地層，正式定向鉆進前，因特殊情況未按照制定的技術(shù)方案和計劃及時混入備好的封堵漿進行隨鉆封堵防漏的情況下，自井深2 484.00 m快速復(fù)合鉆進至井深2 490.04 m，鉆井液密度1.13 kg/L，發(fā)生失返性漏失，立即泵入儲備的封堵漿95.0 m3，全井循環(huán)不漏，堵漏成功后恢復(fù)正常鉆進，其間井下正常無漏失，隨鉆封堵承壓防漏效果良好，提高鉆井液密度至1.15～1.17 kg/L，一次性鉆穿了劉家溝組易漏地層。后因定向儀器故障及為了滿足地質(zhì)錄井要求，被迫篩除井漿中的隨鉆封堵材料，導(dǎo)致隨鉆防漏效果變差，以及為了防止下部泥巖地層的垮塌提高鉆井液密度至1.22 kg/L等原因，在井深2 611.50，2 718.58和3 066.00 m處(石千峰組地層)鉆遇漏層發(fā)生漏失，及時采用橋堵和可控膨脹堵漏劑堵漏成功。另外，改變了常用的關(guān)井憋壓間歇式擠堵工藝，采用優(yōu)化的堵漏漿配方結(jié)合液柱壓差的作用實施有效封堵，將井壁裂隙性巖石緊緊壓住，防止其脫落，提高井眼對鉆井液密度的適應(yīng)范圍[7]，避免了對裂縫破碎性地層穩(wěn)定性的擠壓破壞。

3.1.2 鉆井液密度控制

泥巖地層力學(xué)穩(wěn)定性差，加劇了井壁垮塌的可能性[8]。為了防止石盒子組泥巖地層的應(yīng)力性垮塌掉塊，在加足封堵防塌材料強化鉆井液的封堵能力及提高抑制性的基礎(chǔ)上，二開堅持“導(dǎo)眼防漏、主眼防塌、漏塌兼顧分治”的技術(shù)思路，按照循環(huán)周混入加重材料，并清除鉆井液中的有害固相，補充潤滑劑，分井段精細控制鉆井液密度，降低井漏井塌風(fēng)險。三開水平段地層為下石盒子組盒3段，鉆至井深3 211.00 m時鉆遇泥巖后，及時將鉆井液密度提高至1.25 kg/L，并加入環(huán)保防塌型改性淀粉、磺化瀝青、納米封堵劑等來提高鉆井液的封堵能力，確保了井壁穩(wěn)定。

3.1.3 鉆井液抑制性控制

針對水敏性泥巖地層存在的水化膨脹分散易失穩(wěn)的問題，鉆井過程中主要采用K-PAM、聚胺、防塌降濾失劑和改性防塌淀粉等處理劑來提高鉆井液的化學(xué)抑制性，降低井壁巖石水化程度，并提高濾餅質(zhì)量，嚴控濾失量，增強鉆井液的造壁性，提高薄弱地層的抗張強度，返出的巖屑完整，棱角分明。

3.1.4 鉆井液濾失造壁性控制

鉆井液濾液進入地層層理和裂縫中容易引起強度降低，黏土礦物水化膨脹和分散，加劇井壁坍塌。為了提高地層承壓能力、減少濾液侵入[9-10]，要求鉆井液具有良好的好的封堵能力，鉆井過程中采用聚合物降濾失劑KJ-1、環(huán)保改性防塌淀粉和封堵防塌材料磺化瀝青、超細碳酸鈣、納米封堵劑、PB-1及磺化處理劑(SMP、SPNH)等相互配合改善濾餅質(zhì)量；加強固相控制，高效清除有害固相，固相含量控制在10%以下，保持良好的造壁性和封堵性；API濾失量控制在5 mL以下，在易失穩(wěn)泥巖層段濾失量控制在3 mL以下，同時適當(dāng)提高濾液黏度[11]，降低井壁滲透壓力，保持井壁穩(wěn)定性。

3.1.5 鉆井液流變性控制

根據(jù)地層和巖性，利用聚合物的優(yōu)良特性及時調(diào)整鉆井液的流變性能，控制六速旋轉(zhuǎn)黏度計6轉(zhuǎn)讀數(shù)為12～18，動切力10～20 Pa，動塑比0.25～0.50 Pa/(mPa·s)，在裂縫破碎性層段鉆井液維持較好的流變性能，減少紊流出現(xiàn)，避免對井壁造成沖刷破壞。提高鉆井液的攜巖能力，間斷采用“稀塞+稠塞”的方式攜帶巖屑，凈化井眼，防止形成巖屑床，降低大斜度段和水平段的摩阻。

3.1.6 鉆井液潤滑性控制

井斜角達到60°后，加入高效潤滑劑并保持其含量在2.0%以上，采用固液混合潤滑防卡技術(shù)，定期測定，嚴格控制摩阻系數(shù)在0.07以下，以提高鉆井液的潤滑性。

3.2 應(yīng)用效果

JPH351井隨鉆承壓堵漏應(yīng)用效果顯著，順利鉆穿劉家溝組易漏地層且成功封堵了井深2 490.04 m處的失返性漏失，縮短堵漏時間40%以上；解決了劉家溝組地層復(fù)漏的問題，顯著減少了漏失次數(shù)，因漏失引起的復(fù)雜時間僅8.3 d，節(jié)約了處理費用。采用強抑制封堵防塌鉆井液，保證了鉆遇多段泥巖時未發(fā)生坍塌問題，二開導(dǎo)眼、主井眼石盒子組和石千峰組地層井壁穩(wěn)定，二開易塌井段平均井徑擴大率為4.73%。三開水平段含回填重鉆累計鉆遇11段泥巖，合計長度513.00 m，泥巖占比達35.92%，其中3 200.00～3 292.00 m井段92.00 m長泥巖段揭開52 d后，井眼仍保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象，與同期鄰井相比，井下故障明顯減少。

4 結(jié)論與認識

1) 錦58井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，裂縫發(fā)育，連通性好，井漏是井下復(fù)雜情況的主要誘因。劉家溝組地層易出現(xiàn)惡性漏失，漏層位置難以準確判斷，且易重復(fù)漏失；石盒子組和石千峰組泥巖段井壁不穩(wěn)定，易造成坍塌、掉塊和卡鉆等。

2) 由于地層抗破碎能力差且存在窄或負的安全密度窗口，鉆井液密度的分段精細控制配合實施有效的隨鉆封堵，對防漏防塌至關(guān)重要。

3) 錦58井區(qū)3口水平井的現(xiàn)場應(yīng)用表明，隨鉆承壓防漏堵漏和井壁穩(wěn)定技術(shù)可以解決錦58井區(qū)水平井鉆井中存在的井漏及井眼失穩(wěn)問題，保障了安全高效鉆井。

4) 錦58井區(qū)水平井段地質(zhì)卡層與巖性預(yù)測需要更加精準及時，以便進一步減少或避免鉆井過程中復(fù)雜情況的發(fā)生。

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