丁頁(yè)10井水平井鉆井液技術(shù)

莊艷君 肖林通 于 雷 邱春陽(yáng)

(1.貴州頁(yè)巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司，貴州遵義，563400；2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)中心，山東東營(yíng)，257017)

丁頁(yè)10井是中石化重點(diǎn)預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深5526.00m，為三開制水平井。根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)資料及鄰井實(shí)鉆資料分析，丁頁(yè)10井鉆井過程中面臨的最大難點(diǎn)為井漏和井壁失穩(wěn)問題，鄰井丁頁(yè)1井、丁頁(yè)2井、丁頁(yè)3井、丁頁(yè)4井和丁頁(yè)5井鉆進(jìn)過程中多次發(fā)生井漏，單井平均漏失鉆井液近500m3。丁頁(yè)4井在韓家店、小河壩地層、茅口組及以下頁(yè)巖地層發(fā)生井壁失穩(wěn)，出現(xiàn)掉塊。丁頁(yè)10井在分析區(qū)塊前期施工難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)開次井段鉆井液進(jìn)行了優(yōu)選，并對(duì)油基鉆井液老漿進(jìn)行了重復(fù)利用，保證了井壁穩(wěn)定，達(dá)到了鉆探目的。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)和措施

1.1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1.1.1 井壁坍塌

龍?zhí)督M地層發(fā)育煤層與頁(yè)巖，并且二者互層井段較長(zhǎng)，施工中易坍塌；韓家店組地層易出現(xiàn)掉塊；目的層為頁(yè)巖氣層，微裂縫和層理發(fā)育，鉆井液濾液易加速地層中黏土礦物的水化作用，導(dǎo)致泥頁(yè)巖吸水膨脹，地層沿層理、裂縫的斷面發(fā)生剝落坍塌。

1.1.2 井眼漏失

須家河組-韓家店組巖性以泥巖為主夾砂巖、碳酸鹽巖與泥質(zhì)巖、灰質(zhì)泥頁(yè)巖互層，目的層龍馬溪組可能存在斷層，易發(fā)生漏失。

1.1.3 老漿利用

三開井段地層發(fā)育大段泥頁(yè)巖，坍塌性較強(qiáng)。為保證井眼穩(wěn)定，采用油基鉆井液鉆進(jìn)，油基泥漿經(jīng)多次使用后，鉆井液黏切較大，繼續(xù)使用具有一定難度。

1.2 鉆井液技術(shù)措施

1.2.1 合理密度支撐

施工中合理調(diào)控鉆井液密度，使井眼內(nèi)流體液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保證井眼穩(wěn)定。

1.2.2 強(qiáng)化抑制封堵

用有機(jī)胺強(qiáng)化鉆井液的抑制性，以應(yīng)對(duì)泥巖易掉塊、垮塌；保持鉆井液中超細(xì)碳酸鈣、多級(jí)配填充封堵劑及抗溫防塌劑的有效含量，通過對(duì)微裂縫和孔隙的有效封堵，阻止鉆井液濾液侵入地層，提高防塌效果。

1.2.3 加強(qiáng)井漏預(yù)防

優(yōu)選多維網(wǎng)狀承壓材料，通過網(wǎng)狀承壓材料在疏松地層的強(qiáng)效封堵，降低孔隙和微裂縫尺寸，配合乳化瀝青、固體瀝青、超細(xì)碳酸鈣和隨鉆堵漏劑，提高堵漏效果。頁(yè)巖不穩(wěn)定井段鉆過后采用封堵漿加固。

1.2.4 做好室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

通過油基鉆井液老漿流變性調(diào)配實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化老漿的流變性，提高其穩(wěn)定性和封堵性。

2 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 多元協(xié)同封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

為了有效提高對(duì)地層微孔縫的封堵能力，將納米乳液、膠乳瀝青和多級(jí)配填充封堵劑進(jìn)行了復(fù)配。研究資料表明[1-3]，納米乳液中的表面活性劑能夠中和粘土表面的負(fù)電荷，使巖石表面發(fā)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)；納米乳液能夠?qū)⒛z乳瀝青聚合在一起，封堵地層大的孔隙和微細(xì)裂縫；納米乳液本身尺寸很小，可以在井壁形成韌而致密的保護(hù)層。瀝青類材料在井底高溫下軟化，在壓力作用下擠進(jìn)地層孔隙和微裂縫中，減少了水相對(duì)泥頁(yè)巖的侵入。多級(jí)配填充封堵劑是在地層孔縫分布基礎(chǔ)上，優(yōu)化鉆井液粒度分布，從而使鉆井液粒度分布與地層孔縫分布實(shí)時(shí)保持一致，提高致密封堵性。

根據(jù)“理想充填理論”，對(duì)其封堵材料進(jìn)行優(yōu)化，加入多級(jí)配填充封堵劑、納米乳液和膠乳瀝青，高攪20min后重新測(cè)定前后API中壓濾失量，API中壓濾失量由4.8mL降為2.6mL，表明體系的封堵能力強(qiáng)，有利于形成更加致密的濾餅，因此濾失量也就更低。

2.2 彈性孔網(wǎng)防漏堵漏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

彈性孔網(wǎng)材料[4-6]是一種多孔的固體泡沫，在井底壓力下收縮變小，能夠進(jìn)入孔隙和微細(xì)裂縫，進(jìn)入其中后，由于外界壓力釋放，固體泡沫膨脹變大，充填整個(gè)孔隙和微細(xì)裂縫，以降低裂縫封堵層滲透性和漏失速率，輔助其他堵漏材料和地層巖屑，進(jìn)一步填充漏失通道，進(jìn)而增加堵漏成功率。實(shí)驗(yàn)采用高溫高壓堵漏模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行裂縫封堵模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，其中B、C、D代表不同粒徑的剛性顆粒，SQD-98是一種礦物纖維堵漏劑，PS表示彈性孔網(wǎng)材料，封堵性能評(píng)價(jià)見表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，彈性孔網(wǎng)材料的加入可以顯著降低漏失量，當(dāng)加量為0.2%時(shí)堵漏效果最優(yōu)，但粒徑相對(duì)裂縫寬度過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生封門。

表1 長(zhǎng)裂縫封堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.3 油基鉆井液回收利用性能調(diào)整實(shí)驗(yàn)

對(duì)老漿流變性進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 前期老漿流變性

表2看出，使用過的油基鉆井液老漿漏斗黏度高，切力低，破乳電壓很低，并且高溫高壓濾失量為6.0mL，說明老漿流變性差。如果對(duì)老漿進(jìn)行重復(fù)利用，必須對(duì)其流變性進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高老漿電穩(wěn)定性，降低老漿的高溫高壓濾失量。

經(jīng)過分析，老漿流變性差的原因在于老漿中水含量較高，且含有一定固相，因此，借鑒國(guó)內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)[7-8]，配制高油水比基漿，攪拌下逐漸加入到老漿中，改善老漿的流變性。室內(nèi)新配制高油水比油基鉆井液基漿，攪拌下加入到老漿中，高速攪拌50min，測(cè)其流變性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，老漿加入基漿后，流變性得到改善，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

表3 調(diào)整后鉆井液流變性

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

丁頁(yè)10井設(shè)計(jì)為三開次水平井，一開鉆至井深853.00m，表層套管直徑為Φ339.7mm；二開鉆至井深3200.00m，井眼直徑為Φ311.2mm；三開完鉆井深5898.00m，垂深3900.35m，井斜86.5°，三開鉆遇地層主要為韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組。

3.1 聚胺封堵防塌鉆井液體系

3.1.1 體系配方

二開及三開導(dǎo)眼井段采用聚胺封堵防塌鉆井液體系，配方為：3.5%膨潤(rùn)土+0.3%純堿+0.2%燒堿+0.2%KPAM+0.2%LV-CMC+0.5%胺基抑制劑+(2.0-3.0)%多級(jí)配填充封堵劑+1.5%KFT-2+1.0%褐煤樹脂+2.0%SMP-1+1.5%膠乳瀝青+2.0%納米乳液。

3.1.2 維護(hù)處理措施

(1)加入胺基抑制劑和KPAM膠液來維護(hù)鉆井液體系的抑制性。膠液配方為：井場(chǎng)用水+0.3%燒堿+0.35%KPAM+1.0%胺基抑制劑。

(2)定期加入膠乳瀝青等多軟化點(diǎn)封堵材料，保證膠乳瀝青含量在3.0%以上，納米乳液含量在2.5%以上，多級(jí)配填充封堵劑含量在3.0%以上，提高鉆井液對(duì)井壁的封堵能力。

(3)采用褐煤樹脂和磺化酚醛樹脂調(diào)控鉆井液的高溫高壓濾失量，控制高溫高壓濾失量在12.0mL以內(nèi)，防止地層水化膨脹分散。

(4)合理調(diào)控鉆井液密度，鉆井液加重時(shí)補(bǔ)充0.5%潤(rùn)滑劑，保證體系的潤(rùn)滑性；嚴(yán)格控制起下鉆速度，防止壓力波動(dòng)過大而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，并且降低鉆具對(duì)井壁的撞擊。

(5)嚴(yán)格保證固控設(shè)備的使用效率，振動(dòng)篩、除砂器和除泥器使用效率達(dá)到100%，保證鉆井液的清潔。

(6)鉆進(jìn)過程中，定期短起下鉆，以確保井眼清潔。鉆完進(jìn)尺后，適當(dāng)提高鉆井液的黏度和切力，以保證井眼中鉆屑的凈化效率。

3.1.3 應(yīng)用效果

二開井段鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定；鉆進(jìn)至2871.37m發(fā)現(xiàn)漏失，漏失層位棲霞組，通過采用彈性孔網(wǎng)堵漏技術(shù)，一次堵漏成功。三開直導(dǎo)眼鉆進(jìn)中出現(xiàn)少量掉塊，通過加大封堵防塌材料及提高鉆井液密度措施確保了井眼穩(wěn)定。

3.2 三開井段鉆井液技術(shù)

3.2.1 體系轉(zhuǎn)換及維護(hù)處理措施

3.2.1.1 體系轉(zhuǎn)換

用油基老漿將井眼內(nèi)鉆井液完全頂替出井眼；逐漸加入新配制的基漿，充分循環(huán)鉆井液，保證鉆井液混合均勻，流變性達(dá)到要求后開鉆。

3.2.1.2 維護(hù)處理措施

(1)采用篩網(wǎng)目數(shù)為200目—230目震動(dòng)篩，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)除泥器和除砂器，通過固控設(shè)備去除無用固相，確保鉆井液具有良好的流變性。

(2)根據(jù)實(shí)鉆情況及地質(zhì)錄井氣測(cè)值監(jiān)測(cè)情況在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)逐步調(diào)整鉆井液比重，通過力學(xué)平衡，保證井眼穩(wěn)定。

(3)適當(dāng)加入有機(jī)土和瀝青，補(bǔ)充乳化劑及潤(rùn)濕劑，配合跟入高油水比基漿，保證鉆井液的流變性和乳化穩(wěn)定性，維護(hù)鉆井液破乳電壓在400V以上。

(4)在鉆井過程中，定期檢測(cè)鉆井液的堿度值，并隨時(shí)補(bǔ)充；通過調(diào)節(jié)水相中的 CaCl2濃度，調(diào)節(jié)油基泥漿的活度。

(5)定期監(jiān)控油水比，通過調(diào)整鉆井液中油和水的比例，并加入封堵劑和降失水劑，控制高溫高壓濾失量不大于3.0mL。

(6)保證體系有4.0% 封堵防塌劑和3.5% 多級(jí)配填充封堵劑，保證油基鉆井液體系具有較強(qiáng)的封堵防塌性，強(qiáng)化體系對(duì)地層及微裂縫的封堵性。

3.2.2 應(yīng)用效果

鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定，井下安全，起下鉆順暢，三開鉆井液性能控制見表4。

表4 三開油基鉆井液性能

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)采用納米乳液、膠乳瀝青、多級(jí)配填充封堵劑等材料可以顯著提高封堵性能，有利于穩(wěn)定井壁。采用彈性孔網(wǎng)堵漏技術(shù)可以提高對(duì)裂縫地層的自適應(yīng)封堵性能，堵漏效果好。

(2)調(diào)控油基鉆井液老漿的流變性，必須先分析老漿流變性失穩(wěn)原因，并在室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)控，保證老漿在重復(fù)利用中具有良好的流變性。