G636區(qū)塊安全鉆井鉆井液技術(shù)及配套措施

柳洪鵬

（大慶鉆探鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

所施工的G636區(qū)塊內(nèi)葡萄花油層已投入注水開發(fā)。該區(qū)塊儲(chǔ)層物性差，注水井降壓慢，關(guān)井19個(gè)月測(cè)量注水井壓力最低7.5MPa,最高達(dá)到13MPa；P油層顯裂縫與微裂縫普遍發(fā)育，易井漏；設(shè)計(jì)井區(qū)塊450m范圍內(nèi)共有套損井24口，由于水竄影響，造成多口井同一裸眼井段內(nèi)分布多套壓力層系，使用較高的鉆井液密度平衡地層壓力時(shí)，容易引發(fā)薄弱井段井漏等復(fù)雜情況，導(dǎo)致鉆井液密度窗口狹窄，成為制約該區(qū)塊內(nèi)鉆井施工的技術(shù)瓶頸，通過在該區(qū)塊開展安全鉆井液技術(shù)及配套措施的應(yīng)用，減少了井漏、油氣侵的發(fā)生，取得了較好的效果，確保了該區(qū)塊安全施工。

1 地質(zhì)概況及施工難點(diǎn)

1.1 地質(zhì)概況

XZ油田構(gòu)造解釋斷層均為正斷層，斷層走向近南北向，延伸長(zhǎng)度2.0～10.0km，一般5.0km，斷距一般為30.0m，最大可達(dá)70.0m。G636區(qū)塊位于東部斷裂帶，被幾條南北延伸的大斷裂層分割成4個(gè)小斷塊。該區(qū)塊儲(chǔ)層物性較差，注水井降壓緩慢。開采目的層為P油層，該油層顯裂縫與微裂縫普遍發(fā)育，裂縫發(fā)育頻率是0.087條/m，通過188口井砂巖裂縫發(fā)育情況的解釋，平均每米砂巖發(fā)育裂縫1.47點(diǎn)，PⅠ沉積單元裂縫最發(fā)育，裂縫強(qiáng)度達(dá)1.69點(diǎn)/m。地層自上而下為：第四系、第三系T組，白堊系上統(tǒng)S組，白堊系下統(tǒng)N祖、Y組及Q組。

1.2 施工難點(diǎn)

（1）區(qū)塊510m-840H油層為含氣水層，且異常高壓，易發(fā)生油氣侵；

（2）G636區(qū)塊地層滲透性低，物性差，注水井降壓慢，關(guān)井18個(gè)月測(cè)量注水井壓力最低7MPa,最高達(dá)到13MPa,因此施工中要求鉆井液密度較高；

（3）P油層顯裂縫與微裂縫普遍發(fā)育，易井漏；

（4）長(zhǎng)期注水，地質(zhì)巖性發(fā)生變化，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓力，并且井壁穩(wěn)定性變差；

（5）設(shè)計(jì)井區(qū)塊450m范圍內(nèi)共有套損井24口，截止2013年，該區(qū)塊共有裂縫見水井51口，地層水活躍，易發(fā)生水竄，造成多口井同一裸眼井段內(nèi)分布多套壓力層系。

2 安全鉆井液技術(shù)

針對(duì)施工難點(diǎn)，開展窄安全密度窗口鉆井液技術(shù)應(yīng)用，以滿足該區(qū)塊的施工要求。該鉆井液技術(shù)主要是利用特殊聚合物處理劑在高滲砂巖孔隙及微裂縫端口處濃集成膠束，依靠聚合物膠束或膠粒界面吸力及其可變形性，協(xié)同惰性固體顆粒、纖維，并在聚合物顆粒逐步溶脹作用下，在井壁表面形成致密超低滲透封堵膜。使鉆井液的屏蔽效果和封堵效果顯著提高，降低鉆井液造成井壁楔形開裂得風(fēng)險(xiǎn)，提高井壁的承壓能力。

2.1 非滲透封堵劑的改進(jìn)

針對(duì)該區(qū)塊地層顯裂縫與微裂縫普遍發(fā)育的特點(diǎn)，為了提高地層封堵效果和井壁承壓能力，對(duì)原有的非滲透封堵劑進(jìn)行了改進(jìn)，在保持特殊聚合物含量不變的前提下，對(duì)惰性固體顆粒和纖維進(jìn)行了配伍組分調(diào)整，并適當(dāng)增大了固體顆粒的粒徑尺寸。針對(duì)該區(qū)塊裂縫發(fā)育的特點(diǎn)，在保持聚合物含量不變的前提下，對(duì)惰性固體顆粒和纖維進(jìn)行了配伍組分調(diào)整，將纖維比例由30%提高到40%，強(qiáng)化了架橋能力，固體顆粒的粒徑尺寸比其他區(qū)塊增加了5%～10%，柔性纖維的長(zhǎng)度增加了10%～15%。

選取3種不同組分的封堵劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中Ⅰ型封堵劑中固體顆粒：纖維為6:4；Ⅱ型封堵劑中固體顆粒：纖維為7:3；Ⅲ型封堵劑中固體顆粒：纖維為8∶2。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 封堵劑組分優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

表1砂床漏失實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，Ⅱ型非滲透封堵劑具有良好的成膜封堵能力，很好地防止砂巖儲(chǔ)層滲、漏的能力，可提高井壁的承壓能力。當(dāng)壓力加到1.2MPa時(shí)，Ⅱ型封堵劑的漏失量為零。確定Ⅱ型封堵劑為該區(qū)塊使用的非滲透封堵劑。

2.2 非滲透封堵劑加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)

利用砂床堵漏實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)非滲透封堵劑的成膜封堵能力與合理加量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出膨潤(rùn)土配漿鉆井液瞬時(shí)全部漏失，而加入非滲透封堵劑的膨潤(rùn)土配漿鉆井液漏失封堵效果明顯。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 砂床漏失實(shí)驗(yàn)

表2砂床漏失實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在膨潤(rùn)土漿中，封堵劑加量為2%時(shí)即可實(shí)現(xiàn)零濾失，其浸入砂床深度為6.2cm；在鉆井液中，封堵劑加量為1%時(shí)即可實(shí)現(xiàn)零濾失，其浸入砂床深度為7.8cm；加2%時(shí)零濾失，浸入深度為3.7cm；加3%時(shí)零濾失，浸入深度為2.6cm；加4%時(shí)零濾失，浸入深度為2.1cm；確定非滲透封堵劑的加量可選擇在2%～3%范圍。

2.3 非滲透封堵劑常規(guī)性能實(shí)驗(yàn)

通過在現(xiàn)場(chǎng)乳液高分子鉆井液體系中加入不同量非滲透封堵劑，進(jìn)行常規(guī)性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表3。

從表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鉆井液為正常配方的乳液高分子鉆井液體系，非滲透封堵劑加量在3%以下對(duì)鉆井液密度、粘度、動(dòng)塑比、泥餅厚度的影響較小。加量在4%左右時(shí)，鉆井液性能參數(shù)值都有明顯的升高，現(xiàn)場(chǎng)在維護(hù)鉆井液的流變性能時(shí)，難度也相應(yīng)增加。根據(jù)砂床浸入深度的大小和鉆井液的流變性能變化，綜合起來優(yōu)選封堵劑的加量為2%～3%。

表3 室內(nèi)各種加量配伍性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案

（1）針對(duì)封堵劑在使用時(shí)稍有提粘問題，調(diào)整了防漏劑的加量及加入方法，進(jìn)行了降粘效果處理，使加入該處理劑時(shí)鉆井液增粘控制在5s以內(nèi)。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)使用中，提前處調(diào)整好鉆井液性能，充分使用好固控設(shè)備，以減少無用的固相含量。根據(jù)鄰井的情況，調(diào)整防漏劑的加量，保證鉆井液中含有充足的防漏劑。

（3）針對(duì)地層系間壓力不平均，壓力系數(shù)較高，而地層破裂壓力低的實(shí)際，在鉆井液施工中運(yùn)用了逐級(jí)加重防漏鉆井液技術(shù)。即在進(jìn)入油層前和完鉆前分別給出加重密度區(qū)間，施工中按密度設(shè)計(jì)進(jìn)行加重，在油層采用近平衡或欠平衡鉆進(jìn)。避免了象以前油層前一次將密度加到，油層鉆進(jìn)易發(fā)生井漏的問題。

3 安全鉆井液配套技術(shù)

3.1 科學(xué)確定鉆井液密度窗口

通過將地質(zhì)數(shù)據(jù)信息、鉆井?dāng)?shù)據(jù)信息、復(fù)雜事故數(shù)據(jù)信息、注采數(shù)據(jù)信息、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息綜合起來對(duì)比分析，計(jì)算單井密度窗口范圍，并根據(jù)實(shí)鉆情況修正計(jì)算模型，從而確定區(qū)塊修正系數(shù)，有效預(yù)防井涌、井漏等復(fù)雜情況。單井鉆井液密度計(jì)算公式如下：

式中：ρd——設(shè)計(jì)鉆井液密度，g/cm3；

p余——井口余壓，MPa；

ρ水——水密度，取 1.0g/cm3；

p安——附加安全壓力，0.05～0.1MPa；

h射——水井射孔油層頂深，m；

r——區(qū)塊修正系數(shù)(根據(jù)鄰井實(shí)鉆情況確定)，g/cm3。

通過該計(jì)算公式，可計(jì)算出注水區(qū)塊各井段鉆井液密度，并根據(jù)實(shí)際鉆井情況，確定修整系數(shù)，從而準(zhǔn)確判斷出鉆井液密度窗口范圍。

3.2 應(yīng)用自洗式隨鉆劃眼工具

自洗式隨鉆劃眼工具的關(guān)鍵技術(shù)有兩2點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)隨鉆劃眼。利用鉆進(jìn)過程中鉆柱旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)該工具旋轉(zhuǎn)，工具的外翼對(duì)井壁進(jìn)行刮削達(dá)到規(guī)范井壁，即劃眼的效果。二是實(shí)現(xiàn)自洗。工具的外翼成螺旋狀分布，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮鉆井液上返時(shí)產(chǎn)生的旋流和沖擊力，將工具清洗干凈，從而達(dá)到自洗的效果，有效地預(yù)防了泥包現(xiàn)象的發(fā)生。

通過在該區(qū)塊應(yīng)用自洗式隨鉆劃眼工具，該區(qū)塊施工的井井徑規(guī)則，未出現(xiàn)環(huán)空憋壓及井漏等復(fù)雜情況，減少短起下鉆時(shí)間，節(jié)省了處理井漏的時(shí)間和費(fèi)用。

3.3 其他防漏現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)措施

（1）表層二開洗井，堅(jiān)持采用相應(yīng)尺寸的牙輪鉆頭，杜絕PDC直接二開。

（2）上部地層（300m之前）鉆進(jìn)采用?220mmPDC鉆頭，擴(kuò)大井眼環(huán)空，避免環(huán)空憋壓的發(fā)生。

（3）控制鉆進(jìn)速度，使鉆屑充分上返，同時(shí)鉆完一個(gè)單根多次劃眼并上提下放沖洗井壁，防止鉆屑堆積形成砂橋或鉆屑拍向井壁產(chǎn)生縮徑；定向井在定向期間不能控制鉆速，鉆半個(gè)單根上提下放沖洗并劃眼，使鉆屑充分上返。

（4）保持鉆井液性能穩(wěn)定，控制粘度，避免高粘度打鉆，防止泥包鉆頭鉆具；定向井提前加入潤(rùn)滑劑，除了潤(rùn)滑鉆頭鉆具防卡外，還能起到減弱泥包的作用。

（5）因測(cè)斜、起下鉆等原因停止循環(huán)，恢復(fù)后要充分循環(huán)，待鉆屑離開井底且鉆井液性能恢復(fù)后鉆進(jìn)，防止鉆頭泥包。

（6）避免一點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，防止形成大肚子井眼鉆屑堆積形成砂橋。

（7）加足防塌劑，控制鉆井液濾失量小于4mL，防止泥巖吸水膨脹縮徑。

（8）鉆開油層前進(jìn)行一次短起下鉆，疏通井眼。

（9）控制下鉆、下套管速度，防止激動(dòng)壓力產(chǎn)生井漏。

（10）下鉆、下套管中途多次循環(huán)，每次循環(huán)一周以上。

3.4 高鉆井液密度下防卡措施

G636區(qū)塊共施工30口井，均為斜井，且完鉆有15口井設(shè)計(jì)井壁取芯和加測(cè)項(xiàng)目，高密度下易在鉆進(jìn)和電測(cè)過程中發(fā)生卡鉆、卡儀器事故，一旦發(fā)生遇卡事故，特別是卡儀器事故，井下靜止時(shí)間過長(zhǎng)易誘發(fā)油氣侵甚至井涌事故，所以鉆井液潤(rùn)滑性十分重要。鑒于上述情況，在鉆井液潤(rùn)滑技術(shù)方案上，我們采取了潤(rùn)滑、封堵相結(jié)合辦法。首先提高鉆井液的潤(rùn)滑性，適當(dāng)增加鉆井液中潤(rùn)滑材料的加量，根據(jù)不同的目的層位移，增加RH3潤(rùn)滑劑、復(fù)合環(huán)保油和多功能固體潤(rùn)滑劑的數(shù)量。其次，結(jié)合封堵防漏技術(shù)，利用封堵劑的良好封堵造壁性，防止油層井壁虛、厚的泥餅。具體潤(rùn)滑技術(shù)方案如下：

（1）目的層位移小于50m，不需要潤(rùn)滑劑，注意維護(hù)好鉆井液性能；

（2）目的層位移大于等于50m小于200m,RH3潤(rùn)滑劑1500kg；

（3）目的層位移大于等于200m小于300m,RH3潤(rùn)滑劑2000kg，復(fù)合環(huán)保油500kg，多功能固體潤(rùn)滑劑1000kg；

（4）目的層位移大于等于300m小于400m,RH3潤(rùn)滑劑3000kg，復(fù)合環(huán)保油500kg，多功能固體潤(rùn)滑劑1500kg；

（5）位目的層移大于等于400m，RH3潤(rùn)滑劑3000kg，復(fù)合環(huán)保油1000kg，多功能固體潤(rùn)滑劑2500kg。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

窄安全密度窗口鉆井液技術(shù)及配套措施在XZ油田G636區(qū)塊共應(yīng)用30口井，每口井使用具有膜效應(yīng)的封堵劑3t，發(fā)生井漏2口，未發(fā)生井控事故。復(fù)雜井簡(jiǎn)況及處理措施見表4。

表4 復(fù)雜井處理措施

5 結(jié)論

（1）窄安全密度窗口鉆井液技術(shù)可以保證XZ油田G636區(qū)塊鉆井安全、順利施工。

（2）利用特殊聚合物的溶脹聚合成膜效果和短纖維惰性固體的封堵效果的雙重作用，可以很好地提高易漏井井壁的承壓能力，顯著提高了所鉆井底層的破裂壓力，起到了很好的防漏效果。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的復(fù)雜情況，通過采取及時(shí)調(diào)整密度、加入封堵材料提高地層承壓能力，能夠成功處理復(fù)雜情況。

（4）自洗式隨鉆劃眼工具的應(yīng)用，很好地解決了鉆進(jìn)中環(huán)空憋壓的問題。