江蘇油田套管開窗側(cè)鉆井井下復(fù)雜情況的處理與研究

王建，施智玲，楊小敏，楊雪山

江蘇油田套管開窗側(cè)鉆井井下復(fù)雜情況的處理與研究

王建，施智玲，楊小敏，楊雪山

中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225001

針對江蘇油田域內(nèi)套管開窗側(cè)鉆井的井漏和井壁垮塌頻發(fā)問題，開展堵漏和防塌技術(shù)研究。利用成膠劑和交聯(lián)劑形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膠體，并在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充填納米增強(qiáng)劑提高強(qiáng)度，配加小顆粒堵漏劑形成適合側(cè)鉆井的堵漏體系，該體系的成膠時間為1～2 h，強(qiáng)度大于7 MPa，可解決堵漏材料堵塞井眼環(huán)空和火成巖裂縫性地層漏失問題。研究了強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液體系，該體系具有抑制性強(qiáng)、流型好、性能穩(wěn)定等特點，配合井眼凈化模擬計算推薦排量，可解決阜寧組黑色泥巖易塌地層安全鉆進(jìn)難題。研究成果在復(fù)雜漏失井CS20-32A井和井壁垮塌井CSX23A井進(jìn)行應(yīng)用，復(fù)雜時效分別為6.19%和0，達(dá)到預(yù)期效果，為油田推廣應(yīng)用低成本套管開窗側(cè)鉆井開發(fā)提供了技術(shù)支持。

開窗側(cè)鉆井 井漏 井壁垮塌 鉆井液 堵漏 漏層封堵

利用開窗側(cè)鉆井挖潛油田斷塊的剩余油是低成本開發(fā)的一種方式。近年來，具有“周期短、投資少、見效快”等優(yōu)勢的139.7 mm套管開窗側(cè)鉆118 mm井眼的側(cè)鉆井部署比例大幅上升，逐漸成為江蘇油田老區(qū)挖潛的主要手段［1-4］。側(cè)鉆井因井眼尺寸小、環(huán)空間隙窄、攜砂困難等工程因素和上部三垛組和戴南組漏層多、下部阜寧組黑色泥巖易垮塌等地質(zhì)因素制約，造成施工中有以下難點：①江蘇油區(qū)的火成巖地層發(fā)生井漏時漏失速度為15～30 m3/h，采用常規(guī)橋堵技術(shù)，雖能夠降低漏速，但是橋接類堵漏材料容易在小井眼窄間隙環(huán)空中形成堆積，堵塞環(huán)空，降低堵漏成功率；②118 mm井眼鉆進(jìn)排量低（450～600 L/min），井壁掉塊不易攜帶至地面，提高排量易沖蝕井壁，從而加劇井壁垮塌；③隨著裸眼段增長和井斜角增大，如果施工排量不合適，巖屑會在環(huán)空中不斷堆積形成巖屑床，導(dǎo)致下鉆不易到底，開泵憋泵，甚至憋漏、憋垮地層。

部分井井下復(fù)雜情況統(tǒng)計如表1所示。多口側(cè)鉆井在處理過程中發(fā)生井漏、劃眼、電測遇阻等井下復(fù)雜情況，處理時間較長，部分井填井重新側(cè)鉆，甚至封井報廢，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要針對江蘇油田側(cè)鉆井中常見的井下復(fù)雜情況進(jìn)行分析和研究，為油田推廣應(yīng)用低成本套管開窗側(cè)鉆井開發(fā)提供技術(shù)支持。

表1　2018—2019年部分井井下復(fù)雜情況

1　側(cè)鉆井井漏復(fù)雜情況的處理對策

1.1　WJ-1堵漏漿體系設(shè)計

針對大顆粒堵漏材料堵塞井眼環(huán)空問題，采用凝膠配合細(xì)顆粒堵漏劑的WJ-1堵漏漿體系實現(xiàn)漏層封堵［5-6］。該體系中交聯(lián)劑JL-1的活性基團(tuán)可以與成膠劑CJ-1的分子鏈相連，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成膠劑CJ-1的加量越大則形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越密；增強(qiáng)劑ZJ-1是一種納米級化學(xué)劑，可以對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行充填，可達(dá)到增強(qiáng)體系強(qiáng)度的作用；在凝膠體系內(nèi)加入細(xì)顆粒堵漏劑HND-1，提高體系在漏速通道內(nèi)的滯留量，形成有效封堵層；加入懸浮劑XF-1防止顆粒類堵漏材料發(fā)生沉降。

1.2　堵漏漿體系室內(nèi)評價

1.2.1堵漏漿體系篩選

在模擬漏層井溫條件下，對影響WJ-1堵漏漿體系性能的成膠劑CJ-1和交聯(lián)劑JL-1的加量進(jìn)行室內(nèi)試驗研究，結(jié)果如表2所示。由表2可知：成膠劑的加量對交聯(lián)時間影響較小，隨著交聯(lián)劑用量增加成膠時間降低，同時考慮施工時間為1～2 h，最終選擇成膠劑加量為5%～6%，交聯(lián)劑加量為2%～2.5%。

表2　WJ-1堵漏漿體系篩選數(shù)據(jù)

注：模擬地層溫度為50 ℃。

1.2.2增強(qiáng)劑濃度篩選

以5%成膠劑CJ-1+2%交聯(lián)劑JL-1+8%堵漏劑HND-1+9%懸浮劑XF-1+水為基液，評價增強(qiáng)劑對堵漏漿強(qiáng)度的影響，評價結(jié)果如表3所示。由表3可知：加入增強(qiáng)劑后抗壓強(qiáng)度隨著增強(qiáng)劑增加而增加，每增加5%，可提高堵漏漿強(qiáng)度約0.75 MPa。由室內(nèi)研究初步確定該堵漏漿體系配方為5%～6%成膠劑CJ-1+2%～2.5%交聯(lián)劑JL-1+5%～10%增強(qiáng)劑ZJ-1+8%堵漏劑HND-1+9%懸浮劑XF-1+水。

表3　WJ-1堵漏漿強(qiáng)度篩選數(shù)據(jù)

注：模擬地層溫度為50 ℃。

2　防塌預(yù)防與處理對策

2.1　防塌鉆井液體系

在側(cè)鉆井施工條件下，井壁失穩(wěn)應(yīng)以預(yù)防為主，因此需要對防塌鉆井液進(jìn)行優(yōu)化［7-10］。室內(nèi)研究強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液體系，篩選的鉆井液配方為3%膨潤土漿+0.25%Na2CO3+0.15%NaOH+0.05%～1%XC+0.2%～0.3%FA367+0.5%～1%LV-PAC+5%～7%KCl+1.5%FH-96+1.5% OSAM-K+3%QS-4+CaCO3。強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液體系與目前側(cè)鉆井常用復(fù)合金屬離子鉆井液體系室內(nèi)性能評價對比結(jié)果見表4。

表4　2種鉆井液體系性能評價對比

注：熱滾條件為100 ℃，16 h；鉆井液密度為1.25 g/cm3。1#配方：3%膨潤土漿+0.2%FA367+1%LV-PAC+0.05%XC+7%KCl+1.5% FH-96+1.5%OSAM-K+2%JS-LUB-1+3%QS-4+CaCO3（強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液體系）；2#配方：5%膨潤土漿+0.3%PMHA- II+0.6%NH4HPAN+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+2%KD-21C+3%QS-4+CaCO3（復(fù)合金屬離子鉆井液）。

由表4可知：強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液較復(fù)合金屬離子鉆井液在模擬井筒溫度50 ℃下，API濾失量降低1.7 mL，高溫高壓濾失量降低3 mL，頁巖回收率提高12.4%；在100 ℃熱滾16 h后，體系性能仍然穩(wěn)定，具有抗溫性強(qiáng)、濾失量低、潤滑性能優(yōu)和抑制性強(qiáng)的優(yōu)點，在鉆進(jìn)中具有更佳的防垮塌效果。

2.2　井眼清潔度評價

防止阜四段黑色泥巖垮塌，堆積形成巖屑床，利用Landmark軟件開展水力攜巖分析計算井眼清潔狀況，計算條件為江蘇油田《套管開窗側(cè)鉆井設(shè)計規(guī)范》要求的極限難度（井深3 000 m、井斜角45°、裸眼段長1 200 m），垮塌物直徑取10 mm，模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同排量下井眼凈化能力分析

由圖1可知：在配套的3缸 735 kW泥漿泵工作能力下（施工泵壓22 MPa以內(nèi)），井斜角小于30°，推薦排量450 L/min；井斜角30°～37°，推薦排量500 L/min；井斜角37°～45°，推薦排量550 L/min。在提高鉆井液攜帶能力后，可將直徑10 mm以內(nèi)的垮塌物攜帶至地面。

3　現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.1　CS20-32A井堵漏試驗

3.1.1試驗井概況

為了充分動用斷層附近井間剩余油，對CS20-32井進(jìn)行井漏處理，但處理失敗（復(fù)雜處理時間802 h，復(fù)雜時效42.8%），重新側(cè)鉆CS20-32A井。借鑒CS20-32井處理經(jīng)驗，側(cè)鉆后存在以下難點：①S20斷塊垂直裂縫發(fā)育，裂縫附近存在80～100 m火成巖，連通性好，漏速超過20 m3/h；②采用橋接堵漏，大顆粒堵漏材料發(fā)生環(huán)空憋堵故障，降低了堵漏成功率；③采用凝膠堵漏，堵漏漿在成膠前全部漏失，無法在漏失通道中形成有效封堵帶。

3.1.2現(xiàn)場試驗與效果

打斜向器重新開窗側(cè)鉆CS20-32A井，開窗深度1 460 m，開窗完進(jìn)入裸眼段，鉆進(jìn)至1 675 m發(fā)生井漏，測出漏速5 m3/h；采用強(qiáng)鉆的方式鉆進(jìn)至1 810 m發(fā)生失返性漏失，起鉆換堵漏鉆具，注入WJ-1堵漏漿（配方為 6% 成膠劑CJ-1+2.5% 交聯(lián)劑JL-1+10% 增強(qiáng)劑ZJ-1+8% 堵漏劑HND-1+9% 懸浮劑XF-1 +水），堵漏段塞長度200 m，向漏層替入WJ-1堵漏漿3 m3，井內(nèi)留WJ-1堵漏漿1.5 m3。關(guān)井候凝2 h后，試壓7 MPa，穩(wěn)壓30 min壓力未降，下鉆后恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

效果評價：WJ-1堵漏漿體系利用顆粒堵劑形成滯留帶，化學(xué)凝膠在滯留帶成膠的原理，可達(dá)到該類漏層的有效封堵效果。CS20-32A井復(fù)雜處理時間58 h，復(fù)雜時效僅為6.19%。

3.2　CSX23A井防塌處理

3.2.1試驗井概況

為了挖潛S23斷塊E1f31+2，充分發(fā)揮高部位剩余油價值，對CSX23A井側(cè)鉆，該井施工存在以下難點：①軌道設(shè)計復(fù)雜、定向井段多（開窗后設(shè)計采用了降-穩(wěn)-增-穩(wěn)四段制軌道）；②定向段位于阜寧組灰黑色泥巖易垮塌地層，要求鉆井液有足夠的防塌能力；③設(shè)計井斜角大（最大井斜41.25°），穩(wěn)斜段長度＞500 m，裸眼段長＞1 000 m，對攜巖能力要求高。

3.2.2現(xiàn)場試驗及效果

CSX23A井采用強(qiáng)抑制封堵KCl聚合物鉆井液，側(cè)鉆前用3%膨潤土、0.25% Na2CO3，預(yù)水化坂土漿16 h以上。先用0.1 t FA367配制膠液10 m3，緩慢加入膨潤土漿攪拌均勻。另用LV-PAC 0.25 t配制膠液8 m3，也加入膨潤土漿充分?jǐn)嚢?。用剪切泵加?% QS-2和7% KCl干粉，加燒堿調(diào)整pH至9左右，循環(huán)均勻測密度后再增加其至設(shè)計密度，加入0.05% 黃原膠XC，提高鉆井液沉降穩(wěn)定性。側(cè)鉆成功后及時加入環(huán)保型生物潤滑劑JS-LUB-1，并根據(jù)定向鉆進(jìn)摩阻情況定期補(bǔ)充，保持含量2%左右。使用四級固控設(shè)備，控制泥巖造漿，維護(hù)膨潤土為25～35 g/L。定期補(bǔ)充KCl，保持含量在7%左右。鉆至易垮地層前加入1%～1.5% FH-96進(jìn)行防塌預(yù)處理，后續(xù)側(cè)鉆中定期補(bǔ)充KCl，并配加1.5%OSAM-K。利用Landmark井眼凈化模擬模塊實時計算井眼清潔程度和巖屑床高度，優(yōu)化施工排量，全井鉆進(jìn)排量控制在550 L/min以上。

效果評價：CSX23A井順利鉆進(jìn)至設(shè)計井深，定向時無明顯托壓現(xiàn)象，電測結(jié)果顯示全井井徑擴(kuò)大率僅為15.3%，鉆井周期16.42 d，復(fù)雜時效為0，投產(chǎn)后，初期日產(chǎn)油量為4.2 t，堵塞比0.71，儲層處于完善狀態(tài)，取得了較好的鉆探效果。

4　結(jié)論

1）篩選的WJ-1堵漏漿體系利用顆粒堵劑形成滯留帶，通過化學(xué)凝膠在滯留帶成膠的原理，可實現(xiàn)江蘇油區(qū)火成巖垂直裂縫漏層封堵。

2）優(yōu)化的KCl聚合物鉆井液配方體系控制地層造漿能力強(qiáng)，攜巖性和潤滑性好，封堵防塌能力強(qiáng)，流型易控制，配合合適的鉆進(jìn)排量，可實現(xiàn)失穩(wěn)地層安全鉆進(jìn)。

3）研究成果在CS20-32A井和CSX23A井應(yīng)用，解決了堵漏材料堵塞井眼環(huán)空和火成巖地層漏失問題及阜寧組易塌地層的安全、快速鉆進(jìn)難題。

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Research of Jiangsu Oilfield sidetrack drilling downhole complex dispose

WANG Jian，SHI Zhiling，YANG Xiaoming，YANG Xueshan

，225001，

In order to solve the well loss and wellbore collapse in sidetrack drilling of Jiangsu Oilfield， the plugging and anti-collapse technology had been researched. Using coss-linking agent and gelatinizing agent to connect a reticulate structure gel， and nanometer materials were filled for enhancing the strength of the gel. The gel with small particle plugging additive could gelatinize in 1-2 hours， and the strength was larger than 7 MPa. This gel system was used to solve the bridging particle blocking wellbore annulus problem and block off igneous rock losing. The inhibition blocking KCl polymer drilling fluid had been reached， which had high inhibitive ability， good liquidity and stable property. By calculating the wellbore cleanliness， the black mudstone of funing formation collapse problem had been solved during the sidetrack drilling. The research results had been used in losing well CS20-32A and the wellbore collapse well CSX23A， the downhole complex aging was 6.19% and 0， respectively which could support the sidetrack drilling using widely in Jiangsu Oilfield.

sidetrack drilling； well loss； wellbore collapse； drilling fluid； plugging； leakage layer plugging

2021-09-15

王建，副研究員；研究方向：鉆完井工藝技術(shù)；E-mail：285297992@qq.com

［責(zé)任編輯 荀志金］