寧216H21-2 頁巖氣井鉆井關(guān)鍵技術(shù)＊

王根柱，祝小林，李 偉，殷 娜

（渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津300280）

1 地質(zhì)情況

寧216H21-2 井地層自上而下依次鉆遇三疊系的須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組，二疊系的長興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組，志留系的韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組，奧陶系的五峰組、寶塔組。目的層為龍馬溪組下部優(yōu)質(zhì)頁巖[1-2]。

2 鉆井難點(diǎn)

地層復(fù)雜，井漏嚴(yán)重。三疊系須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組以及二疊系長興組、茅口組、棲霞組等灰?guī)r地層裂縫和溶洞發(fā)育，容易發(fā)生裂縫失返性漏失；在志留系韓家店、石牛欄組以及龍馬溪組地層鉆進(jìn)過程中容易發(fā)生裂縫性漏失。志留系韓家店組、以泥巖為主，地層承壓能力低，坍塌壓力較高，易發(fā)生井漏和井壁垮塌。頁巖氣井對鉆井液技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2-3]。

地層致密，抗研磨性強(qiáng)，機(jī)械鉆速低。長寧頁巖氣區(qū)塊地質(zhì)埋藏深，地層老，地層可鉆性差，機(jī)械鉆速慢，特別是一些復(fù)雜地層如茅口組地層含黃鐵礦、燧石結(jié)核；石牛欄組地層非均質(zhì)性強(qiáng)，軟硬交錯(cuò)，泥質(zhì)含量高、下部存在致密砂巖，這些原因均會使機(jī)械鉆速降低[2]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 霧化鉆井工藝技術(shù)

一開Φ660.4 mm 井眼鉆進(jìn)至76 m 井漏失返，改使用霧化鉆井。76～86 m 返出少量砂子，86～368 m 井段出口無清水返出、返出少量氣體。二開Φ444.5 mm 鉆開新地層后發(fā)現(xiàn)漏失，至372 m 漏速12 m3/h，至376 m 井口失返，改霧化鉆井。376～410 m 井口間斷返出清水及細(xì)砂，410 m 后井口無清水返出，返出少量氣體?，F(xiàn)場霧化鉆井空氣鉆設(shè)備流程如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)場霧化鉆井空氣鉆設(shè)備流程

霧化鉆井技術(shù)實(shí)施過程如下。

推薦參數(shù)：空氣量180 m3/min，注液量5～12 L/s。調(diào)整氣液比，觀察井口返出情況，尋找攜砂和漏失的合理氣液比霧化鉆進(jìn)，確保以最大的液量鉆進(jìn)。

若巖屑與空氣正常返出，則保持該參數(shù)鉆進(jìn)。若無巖屑返出時(shí)，鉆進(jìn)期間密切注意扭矩變化情況。扭矩波動大時(shí)，表明井底攜砂不好，可能存在泥包，此時(shí)應(yīng)加大液量至40～60 L/s 沖洗鉆頭。

鉆具提到最高，先停氣、等水將氣替出后再停泵，另外鉆具內(nèi)接浮閥，防止堵鉆具水眼。

打完一個(gè)立柱，循環(huán)洗井3～5 min，上提下放鉆具，觀察有無阻卡現(xiàn)象，鉆頭提離井底20 m 以上，先停氣、后停泵，待氣水完全停后，下放鉆具，觀察有無沉砂。沉砂滿足接立柱，否則繼續(xù)循環(huán)劃眼。

增壓機(jī)舉砂。鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)沉砂段長有增加趨勢時(shí)，采取正注清水30～40 m3，使用增壓機(jī)，以空氣量120 m3/min的排量舉砂，并根據(jù)舉砂情況定是否繼續(xù)舉砂。

短起下。初期鉆進(jìn)時(shí)，鉆進(jìn)30～50 m 短起下一次，拉進(jìn)導(dǎo)管里或起出檢查鉆頭。若起下拉力正常、鉆頭及鉆具無泥包，則后續(xù)拉長短起下的井段。

鉆進(jìn)過程中，扭矩增大時(shí)必須立即停鉆，采取倒劃眼的方式拉順井眼，同時(shí)增大液相排量。扭矩及拉力正常后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

每鉆進(jìn)50～80 m，使用絞車測斜一次。根據(jù)測斜情況及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)。

500 m 后井底沉砂會越來越多，為防止卡鉆發(fā)生，制定如下防砂卡對策：鉆進(jìn)時(shí)單根最后1～2 m 使用60 L/s 以上排量鉆進(jìn)，打入清水至少130 m3（井眼容積100 m3），大排量清水洗井；接單根前再探沉砂，若沉砂減少，則不打稠塞；若沉砂不變，則過稠塞入井40 m3，使用純土粉配，粘度滴流。

3.2 堵漏施工技術(shù)

四川長寧背斜構(gòu)造中寧216 區(qū)塊地質(zhì)條件最復(fù)雜，三疊系、二疊系等灰?guī)r地層裂縫和溶洞發(fā)育，容易發(fā)生裂縫失返性漏失，在志留系地層中也容易發(fā)生裂縫性漏失[2]。

三開φ311.1 mm 井眼施工井段：895～2 801 m，井漏主要層位在茅口組—韓家店組以上井段。三開期間井漏21 次，其中7 次失返性漏失，三開累計(jì)漏失密度1.32～1.40 g/cm3聚合物鉆井液3 352.7 m3，三開因井漏耽誤時(shí)間364.5 h。

四開φ215.9 mm 井眼施工井段：2 801～3 685 m，井漏主要層位在石牛欄組（龍馬溪組三次）。四開期間井漏20 次，其中兩次失返性漏失。四開累計(jì)漏失密度1.75～1.90 g/cm3氯化鉀鹽水鉆井液2 317 m3，四開因井漏耽誤時(shí)間498.5 h。

具體漏失情況如表1 所示。

表1 寧216H21-2 井井漏基本數(shù)據(jù)

發(fā)生井漏時(shí)，根據(jù)是否帶定向井儀器及漏失速度調(diào)配同濃度、不同粒徑的堵漏劑進(jìn)行堵漏。漏速低時(shí)，配置低濃度細(xì)顆粒的堵漏漿（配方：4%BZ-ACT+3%SD-801+5%ACT+3%STA1）隨鉆堵漏，或使用原鉆進(jìn)鉆具進(jìn)行橋堵；漏速較大或者井口失返，配置高濃度大顆粒的堵漏漿（配方：5%橋塞堵漏劑+5%STA-2+5%綜合堵漏SD803+7%復(fù)合堵漏劑+3%（3～5 mm）果殼+5%（5～8 mm 果殼）），起鉆使用光鉆桿進(jìn)行承壓堵漏，或直接注水泥堵漏等。該井三開及四開累計(jì)41 次漏失中，采用隨鉆堵漏、橋塞堵漏、承壓堵漏、注水泥堵漏等方法，取得了較好的堵漏效果，其中針對漏失不是特別嚴(yán)重的情況，橋塞堵漏成功次數(shù)較多。

3.3 鉆頭優(yōu)選技術(shù)

寧216H21-2 井各開次鉆頭數(shù)據(jù)如表2 所示。

須家河-嘉陵江地層研磨性高、可鉆性差，一開使用Φ660.4 mmTS1689B，二開使用Φ444.5 mmSD6647VZ 和SD6543 PDC 鉆頭+常規(guī)鉆具空氣霧化鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速較快。其中Φ444.5 mmSD6647VZ 鉆頭由于起鉆困難需倒劃眼，劃眼時(shí)間較長，起出鉆頭刀翼冠部磨損嚴(yán)重，如圖2 所示。

三開飛仙關(guān)、長興組、龍?zhí)督M地層可鉆性差，機(jī)械鉆速低，茅口組、棲霞組可鉆性差，地層存在夾層，地層軟硬交錯(cuò)變化對鉆頭損傷較大，機(jī)械鉆速明顯下降。采用5 刀翼PDC 鉆頭Φ311.2 mmTS1655BS，機(jī)械鉆速較快。

圖2 起出鉆頭刀翼冠部磨損嚴(yán)重

四開韓家店組地層可鉆性差，選用5 刀翼雙排齒PDC鉆頭+螺桿，機(jī)械鉆速一般。石牛欄、龍馬溪組地層選用5刀翼雙排齒，因地層可鉆性差，機(jī)速較低。

3.4 鉆井液技術(shù)

寧216H21-2 井根據(jù)地層特點(diǎn)及壓力系數(shù)，一開、二開使用清水霧化鉆井，三開895～1 604 m 采用聚合物體系，1 604～2 801 m 采用BH-KSM 體系，四開采用BH-KSM 體。

3.4.1 三開鉆井液

895～16 04 m：聚合物體系。

配方：井漿+0.1%～0.3%BZ-BYJ-I+0.5%～1%PAC-HV+0.1%～0.2%片堿+重晶石。

地層：嘉陵江組嘉四2 段、嘉二1 段、飛仙關(guān)組飛二段；巖性為灰?guī)r、云巖、泥巖、石膏。

表2 寧216H21-2 井鉆頭使用數(shù)據(jù)

1 604～2 801 m：BH-KSM 體系。

配方：4%～6%膨潤土+5%～7%KCl+0.2%～0.3%片堿+0.3-0.5%BZ-BYJ-1+1%～1.5%BZ-KLS-1+2%～3%BZ-YFT+0.2%～0.3%BZ-HXC。

地層：飛二段—韓家店組。

巖性：灰?guī)r、頁巖、砂巖。

維護(hù)及處理要點(diǎn)：①三開初始井段采用0.5%BZ-BYJ-I來控制泥巖造漿，使用0.5%～2%聚陰離子纖維素PAC-LV類降濾失劑，1%～2%抗鹽降濾失劑BZ-KLS-I 調(diào)節(jié)鉆井液濾失量，控制API 小于等于5 mL，采用2%BZ-FFT-I、2%BZ-YFT 封堵地層穩(wěn)定井壁。②維護(hù)時(shí)將降濾失劑、聚陰離子纖維素、包被劑、防塌劑等按比例濃度配制成膠液。③鉆至飛四段，轉(zhuǎn)型為BH-KSM 體系，井漿直接干加入5%的KCL，增大泥漿體系抑制性用量保證井壁穩(wěn)定，井下正常，同時(shí)密度提至1.30 g/cm3，嚴(yán)格控制加重速度，每個(gè)循環(huán)周密度增加值不超過0.02 g/cm3。龍?zhí)督M地層施工鉆井液密度1.37～1.40 g/cm3。④鉆至龍?zhí)督M地層前，控制BZ-BYJ-1含量0.3%～0.5%，使鉆井液具有較強(qiáng)的抑制能力；控制BZ-KLS-1 含量1%～1.5%，BZ-YFT 含量2%～3%，使鉆井液具有較低的API 濾失量，控制API 失水小于等于5 mL。龍?zhí)督M地層，避免煤層、鋁土質(zhì)泥巖復(fù)雜?？刂坡┒氛扯?5～55 s，動切力8～13 Pa，動塑比大于等于0.3，初切2～4 Pa，終切4～11 Pa，使鉆井液具有良好的流變性，保證懸浮攜帶能力；控制膨潤土含量30～40 g/L。

3.4.2 四開鉆井液

2 801～3 685 m 鉆井液：BH-KSM 體系（3%～4%膨潤土+5%～7%KCl+0.2%～0.3%片堿+0.3%～0.5%BZ-BYJ-I+1%～1.5%BZ-KLS-I+0.2-0.4%PAC-LV+2%～3%BZ-FFT-I+2%～3%SMP-I+2%～3%SMP-II +2%～3%BZ-YFT+0.2%～0.3%BZ-HXC+重晶石）。

地層：韓家店組—寶塔組，其巖性主要為粉砂巖、黑色頁巖、灰?guī)r。

維護(hù)及處理要點(diǎn)：①鉆進(jìn)過程中，泥漿性能以配膠液的方式維護(hù)為主，同時(shí)補(bǔ)充泥漿量?？刂婆驖櫷梁?5～30 g/L， BZ-BYJ-1 含量0.3%，KCl 含量大于等于6%，BZ-KLS-I 含量1%～1.5%，SMP-I 含量2%～3%，BZ-FFT-I含量2%～3%，BZ-YFT 含量2%～3%，使鉆井液具有較低的濾失量API 失水小于等于4 mL，HTHP 失水小于等于12 mL。②鉆進(jìn)過程保證排量在30 L/s 以上。強(qiáng)化固控措施，嚴(yán)格要求工程方面鉆進(jìn)中保證振動篩使用率100%，除砂器、除泥器使用率100%以上，離心機(jī)根據(jù)泥漿含砂、密度情況適當(dāng)開啟。③加強(qiáng)坐崗。發(fā)生井漏時(shí)，根據(jù)漏速大小，采用隨鉆堵漏、橋塞堵漏、承壓堵漏、或水泥堵漏進(jìn)行堵漏作業(yè)。

4 認(rèn)識與體會

通過優(yōu)化調(diào)整霧化鉆井參數(shù)及嘗試各種洗井方式，減少井下沉砂，解決了泄壓后易堵水眼問題，保證了霧化鉆井期間井下安全。建議針對地層特點(diǎn)，加強(qiáng)鉆頭優(yōu)選，與鉆頭廠家溝通，針對需頻繁倒劃眼井段使用的鉆頭加強(qiáng)其刀翼冠部的抗耐磨性；針對類似石牛欄組等致密地層，嘗試改變PDC鉆頭的復(fù)合片布齒及仰角設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速。針對是否帶定向井儀器及漏失速度調(diào)配同濃度、不同粒徑的堵漏劑進(jìn)行堵漏，不斷總結(jié)并優(yōu)化堵漏措施，取得了較好的堵漏效果。優(yōu)選鉆井液體系，加強(qiáng)日常維護(hù)處理，保證了鉆井液的防塌封堵及抑制性能，滿足了安全施工要求。