低壓低滲透氣田?139.7mm套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井液技術(shù)

侯博 李錄科 張珩林 劉振 孫志強(qiáng)

關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；低壓低滲透氣田；側(cè)鉆；水平井；鉆井液；?139.7 mm 套管

0 引言

蘇里格氣田屬于低壓低滲透氣田，單井采氣年衰減率較高，隨著近幾年規(guī)?；_采，部分常規(guī)井已失去開采價(jià)值，實(shí)施?139.7 mm 小井眼套管開窗側(cè)鉆水平井可以鉆遇新油氣儲(chǔ)層，使老井恢復(fù)采氣能力［1］。蘇里格氣田水平井鉆遇地層從上至下依次為第四系，白堊系洛河組，侏羅系安定組、直羅組、延安組，三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組、劉家溝組和二疊系石千峰組、石盒子組，側(cè)鉆井選擇在套管環(huán)空水泥膠結(jié)質(zhì)量好的石千峰組（井深2 600～2 900m） 開窗［2］，鉆至石盒子組盒8 亞2 段含氣砂巖入窗，施工800～1 000 m 后完鉆，完鉆井深4 200～4 500m。鉆井面臨窄環(huán)空間隙壓耗控制、井眼凈化、井壁穩(wěn)定、井漏、潤滑性等一系列問題，給鉆井提出了嚴(yán)格要求［ 3］。2017?2018 年在蘇36-20-XCH 井、蘇36-13-XCH 井進(jìn)行了小井眼側(cè)鉆水平井先導(dǎo)試驗(yàn)，采用鉀聚磺鉆井液體系施工，當(dāng)鉆遇石千峰組和石盒子組上部易造漿泥巖地層時(shí)，鉆井液抑制性不足，固相含量升高導(dǎo)致鉆井液黏切不易控制，黏卡現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且封堵能力不足，2 口水平井在入窗時(shí)出現(xiàn)泥巖垮塌。蘇36-20-XCH 井石千峰組滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)黏托現(xiàn)象嚴(yán)重，起鉆扶正器和鉆頭泥包5 井次，且伴隨著3～4 m3/h 井漏，停泵后又出現(xiàn)返吐現(xiàn)象，施工至井斜70°時(shí)石盒子組灰黑色泥巖出現(xiàn)坍塌，反復(fù)劃眼處理無效，最終被迫填井側(cè)鉆，鉆井周期長達(dá)100 d 以上。蘇36-13-XCH 井施工至井深3 589 m 井斜87°時(shí)井壁坍塌，劃眼8.5 d，劃通后水平段施工至781 m 又出現(xiàn)黏吸卡鉆，采用震擊、浸泡解卡液等措施處理無效后被迫從井斜60°爆炸松扣，重新填井側(cè)鉆，鉆井周期71 d。

從試驗(yàn)井施工情況可推斷，原鉀聚磺鉆井液體系無法滿足開窗側(cè)鉆水平井井下安全施工要求，出現(xiàn)鉆頭泥包、滑動(dòng)效率低、井壁垮塌反復(fù)劃眼等問題，隨著氣田開窗側(cè)鉆水平井規(guī)模開發(fā)力度逐年增大，急需研究出一套滿足井下安全及快速鉆進(jìn)的鉆井液配方與工藝技術(shù)。筆者在前期室內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)篩選鉆井液處理劑，研發(fā)了適用于蘇里格氣田?139.7 mm 套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井液體系CQSP-4，在18 口井進(jìn)行了成功應(yīng)用，為同類井安全高效優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)提供了借鑒。

1 技術(shù)難點(diǎn)

（1） 石千峰組、石盒子組上部為棕紅色及棕褐色泥巖，可塑性好，鉆進(jìn)過程中易水化分散混入鉆井液中，導(dǎo)致有害固相含量升高，發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象，要求鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性，能有效抑制巖屑分散［4］。

（2） 開窗后裸眼段為?118 mm 井眼，采用?88.9mm 非標(biāo)鉆桿，其接箍處尺寸105 mm，平均環(huán)空間隙僅為6.5 mm，環(huán)空間隙窄，循環(huán)壓耗大，導(dǎo)致鉆井液循環(huán)當(dāng)量密度（ECD） 高［5］，易引發(fā)漏失。

（3） 斜井段和水平段處于同一裸眼段， 段長1 600～1 800 m，要求鉆井液必須具有良好的潤滑性，以便減小鉆具與井壁之間的摩擦，一旦黏卡，無有效處理方法，將面臨井眼報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

（4） 側(cè)鉆水平井水平段長800～1 000 m，水平段巖屑受重力與鉆井液攜砂性能影響，水平段越長越容易堆積形成巖屑床，巖屑床厚度還與鉆井液流變性、鉆井泵功率、水平段長度等密切相關(guān)，其他條件受限情況下，鉆井液必須具有良好的攜巖能力［6］，才能有效防止巖屑床的生成。

（5） 由于水平段儲(chǔ)層不連續(xù)，易鉆遇石盒子組底部盒8 亞2 段灰黑色泥巖［7］，它主要以伊利石及伊蒙混層為主，吸水后可塑性差，易差異水化產(chǎn)生剝落，且液相侵入泥巖微孔隙中，易引發(fā)井壁坍塌［8］，要求鉆井液應(yīng)具有良好的封堵性以盡可能減少濾液的侵入。

2 鉆井液體系及性能評價(jià)

2.1 主要處理劑的選擇

2.1.1 封堵劑

鉆井液封堵劑有利于形成致密光滑濾餅，通過剛性粒子架橋和可變形粒子的復(fù)配，填充泥頁巖孔喉和裂縫［9］，減少鉆井液濾液對地層侵入，避免井壁坍塌。實(shí)驗(yàn)室通過柔性粒子（無熒光白瀝青） 與剛性粒子超細(xì)鈣ZDS（2 500 目） 復(fù)配了鉆井液封堵劑，并對其加量進(jìn)行了單因素優(yōu)化，結(jié)果見圖1、表1。表1 中，中壓失水測試條件0.69 MPa、20 ℃，高溫高壓失水測試條件4.2 MPa、100 ℃，回壓0.7 MPa，基漿配方：清水+0.1%燒堿+0.1%PAC-HV+5% 白土。由圖1、表1 可以看出，基漿中超細(xì)鈣ZDS、白瀝青封堵劑加量增至3% 后降濾失效果均趨于穩(wěn)定，基漿+3% ZDS+3%白瀝青濾失量最小，說明該配方封堵效果最好。

2.1.2 降濾失劑

鉆井過程中濾液侵入地層會(huì)引發(fā)泥頁巖水化膨脹，需要加入降濾失劑降低鉆井液濾失量［10］。選取PAC-LV、CMC-LV、NAT20、GD-K 等鉆井液降濾失劑，以“清水+0.1%PAC-HV+1%ZDS”為基漿，然后加入上述處理劑，100 ℃ 下熱滾24 h，對比不同加量下鉆井液中壓失水。由表2 可以看出，降濾失劑NAT20 加量為0.8%～1.0% 時(shí)效果最好，鑒于此，優(yōu)選NAT20 作為降濾失劑。

2.1.3 抑制劑

通過滾動(dòng)分散實(shí)驗(yàn)評價(jià)鉆井液抑制性［11］，選取一定質(zhì)量6～10 目石千峰組巖屑，在100℃ 鉆井液中滾動(dòng)12 h 后，測定通過40 目標(biāo)準(zhǔn)篩后的剩余鉆屑質(zhì)量，計(jì)算鉆屑滾動(dòng)回收率，將第1 次滾動(dòng)后的鉆屑按照以上步驟進(jìn)行第2 次滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)，計(jì)算2 次滾動(dòng)回收率。由表3 可以看出， 8%KCl+2%XCS-3 復(fù)配巖屑滾動(dòng)回收率強(qiáng)于單一KCl 和聚合物復(fù)配，主要原因在于抑制劑XCS-3 屬于醇類，和KCl 復(fù)配后能夠協(xié)同增效，增強(qiáng)鉆井液抑制性，因此優(yōu)選KCl+XCS-3 作為鉆井液抑制劑。

2.1.4 潤滑劑

潤滑劑主要用來降低鉆井液流動(dòng)阻力和濾餅?zāi)Σ烈驍?shù)，防止鉆具黏卡并提高滑動(dòng)效率［12］。小井眼開窗側(cè)鉆水平井環(huán)空間隙僅有6.5 mm，鉆井液中固相含量應(yīng)盡可能低，因此選取脂肪酸酯RY-838、改性植物油LUBE、金屬減阻劑GXJM-1、清潔潤滑劑YKZJ-1、改性脂肪酸酯RH220等液體潤滑劑，使用滑塊式濾餅黏附系數(shù)測量儀測定鉆井液黏附系數(shù)，結(jié)果見表4，可以看出，鉆井液中加入 3%RH220 能顯著降低濾餅黏附系數(shù)，可解決小井眼長裸眼段滑動(dòng)摩擦阻力大造成的托壓問題。

2.2 鉆井液性能評價(jià)

綜上，得到了強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵CQSP-4 鉆井液體系配方：清水+0.1% 燒堿+5% 膨潤土+2%～3% 白瀝青+0.8%～0.1% NAT20+3% ZDS+7%～8%KCl+2%XCS-3+3%RH220+適量重晶石粉。對CQSP-4 體系進(jìn)行了室內(nèi)評價(jià)，實(shí)驗(yàn)溫度100 ℃，結(jié)果見表5。

2.2.1 抑制性能

選取一定質(zhì)量6～10 目石千峰組巖屑，放入100 ℃鉆井液中滾動(dòng)12 h，通過40 目標(biāo)準(zhǔn)篩后，測定剩余鉆屑質(zhì)量，計(jì)算鉆屑滾動(dòng)回收率，評價(jià)CQSP-4 鉆井液抑制性能，實(shí)驗(yàn)表明，清水滾動(dòng)回收率為28.3%，10% 鹽水鉆井液滾動(dòng)回收率為72.5%，鉀聚磺鉆井液滾動(dòng)回收率為68.75%，CQSP-4 鉆井液體系抑制性極強(qiáng)，滾動(dòng)回收率達(dá)到了95.63%，能抑制造漿地層黏土顆粒分散與膨脹。

2.2.2 熱穩(wěn)定性

蘇東35-XCH 井現(xiàn)場用CQSP-4 鉆井液熱滾實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6，可以看出，熱滾前后鉆井液流變性無明顯變化，濾失量微增，性能穩(wěn)定。

2.2.3 抗巖屑污染實(shí)驗(yàn)

鉆井過程中不可避免地會(huì)遇到地層鉆屑對鉆井液的污染，特別是在造漿嚴(yán)重地層，地層鉆屑過多混入會(huì)導(dǎo)致鉆井液黏切升高，濾失量增大［13］。測試了鉆井液中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鉆屑后在100 ℃熱滾16 h 后鉆井液性能，中壓失水測試條件為0.69MPa、20 ℃，高溫高壓失水測試條件為4.2 MPa、100℃，回壓為0.7 MPa。從表7 可以看出，巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于14%以后，YP、FLAPI、FLHTHP 有明顯升高，說明優(yōu)化后鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗污染性，抗巖屑污染能力高達(dá)14%。

3 鉆井液工藝優(yōu)化

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北側(cè)，?139.7 mm 套管開窗側(cè)鉆水平井目的層為石盒子組，井底溫度90～100 ℃，裸眼段長1 600～1 800m，開窗側(cè)鉆水平井安全施工不僅需要優(yōu)異的鉆井液性能，還需要配套的鉆井液精細(xì)化處理技術(shù)。

3.1 開窗側(cè)鉆技術(shù)

使用鉆桿和刮管器通井期間，用清水替出井筒內(nèi)廢液并收集，側(cè)鉆時(shí)用鉆井液替出井筒內(nèi)清水。利用開窗前的準(zhǔn)備時(shí)間，用清水配制鉆井液，鉆井液配方為： 100 m3 清水+0.8%NAT-20+2% 白瀝青+8%KCl+3%ZDS+0.25%XCD ，在配制好的鉆井液中補(bǔ)充20 m3 水化膨潤土漿，充分循環(huán)鉆井液后進(jìn)行開窗作業(yè)。

3.2 裸眼段鉆進(jìn)技術(shù)

采用抑制性較強(qiáng)的KCl 和XCS-3 復(fù)配，鉆井液抑制性明顯增強(qiáng)，鉆進(jìn)過程中返出巖屑棱角分明，鉆頭切削痕跡明顯［14］，有效解決了石千峰、石盒子組上部泥巖易水化分散的難點(diǎn)，同時(shí)配合使用NAT20，將濾失量降至3 mL 以內(nèi)，調(diào)整適當(dāng)?shù)酿ざ群颓辛?，穩(wěn)定井壁。

井斜45°后泥巖坍塌嚴(yán)重，易造成卡鉆，提前將鉆井液密度調(diào)至1.25 g/cm3，在原配方基礎(chǔ)上向鉆井液中再次加入2%～3% 乳化瀝青粉強(qiáng)化固壁，形成有效的封堵層，防止地層坍塌，保證了井壁穩(wěn)定和井下安全。

3.3 鉆井液固相控制技術(shù)

（1） 保持鉆井液中低固相含量，能提高濾餅質(zhì)量和改善黏滯性［15］。鉆井過程中聚合物含量保持在0.5% 以上，使鉆井液具有較好的抑制性和潤滑性，保證鉆屑在返至地面過程中不分散而被及時(shí)清除。

（2） 堅(jiān)持使用四級凈化設(shè)備。振動(dòng)篩采用180～220 目細(xì)篩布，并定期使用大排量除砂除泥一體機(jī)、離心機(jī)，及時(shí)清除鉆井液中有害固相。

3.4 防漏技術(shù)

（1） 在井下正常情況下保持較低的鉆井液密度，不隨意提高鉆井液密度。

（2） 泥漿泵排量設(shè)定為6.5～7.2 L/s，環(huán)空返速為1.2～1.3 m/s。

（3） 發(fā)生漏失，優(yōu)先通過降低排量的方式降低環(huán)空壓耗，循環(huán)觀察漏失量［16］，若效果不明顯，再采用隨鉆堵漏的方法，使用細(xì)目顆粒狀與纖維類堵漏劑復(fù)配，加入2%～3% 聚合物承壓堵漏劑DLJ-1、非滲透處理劑DF-NIN 等以提高地層承壓能力［17］。

（4） 控制單根鉆時(shí)40～60 min，防止環(huán)空鉆屑濃度過高，導(dǎo)致鉆井液循環(huán)當(dāng)量密度升高，誘發(fā)漏失。

（5） 進(jìn)入裸眼段下鉆每300 m 分段循環(huán)一次，鉆井液性能均勻后再下鉆。

3.5 降摩減阻技術(shù)

由于?88.9 mm 鉆桿、鉆具與井壁接觸面積大、裸眼井段長導(dǎo)致黏附卡鉆風(fēng)險(xiǎn)增大［18］，現(xiàn)場施工必須加強(qiáng)軌跡控制，確保軌跡平滑，同時(shí)密切監(jiān)控摩阻、扭矩變化， 始終保持潤滑劑RH-220 含量在3% 以上，裸眼段上提下放摩阻控制在180 kN 以內(nèi)。

3.6 井眼清潔技術(shù)

（1） 堅(jiān)持短程起下鉆清砂。每鉆進(jìn)200 m 短程起下鉆一次，每鉆進(jìn)一個(gè)單根劃眼1 ～ 2 次，破壞鉆屑在井內(nèi)形成的巖屑床，并采用變排量循環(huán)，確保井眼清潔。

（2） 注重鉆井液動(dòng)切力和?6 讀數(shù)［19］。鉆進(jìn)過程中通過加入黃原膠XCD 將鉆井液動(dòng)切力由4～5Pa 提高至8～10 Pa，保持?6 讀數(shù)不小于5，提高鉆井液攜砂能力。

（3） 雷特纖維洗井技術(shù)［20］。起鉆及完井通井時(shí)現(xiàn)場配制雷特纖維清掃漿20 m3，原漿按照體積比例加入1.4‰雷特纖維28 kg，充分?jǐn)嚢? h，以7.2L/s 排量清潔井眼，攜帶出井內(nèi)大量細(xì)砂，清潔效果良好。

4 應(yīng)用實(shí)例與效果分析

蘇東16-XCH 井設(shè)計(jì)井深4 010 m，水平段長800 m。在雙石層鉆進(jìn)過程中鉆井液基漿中加入8%KCl+2%XCS-3，巖屑成形，未出現(xiàn)糊篩布現(xiàn)象；加入RH220 并配合使用四級固控設(shè)備，鉆井液濾餅光滑致密，滑動(dòng)未出現(xiàn)黏托現(xiàn)象，機(jī)械鉆速明顯提高；在水平段鉆進(jìn)過程中，每班補(bǔ)充1～2 袋黃原膠，優(yōu)化鉆井液動(dòng)切力和?6 讀數(shù)，并通過定期短程起下鉆，以及雷特纖維清掃技術(shù)，有效解決了水平段巖屑床堆積、起下鉆遇阻難題；斜井段及水平段鉆進(jìn)過程中，因承壓能力較低一直存在滲漏現(xiàn)象，隨著排量優(yōu)化與隨鉆封堵劑的添加，地層承壓能力逐漸提高，漏失量從開窗時(shí)1～1.5 m3/h 降至完井時(shí)的0.5 m3/h；水平段3 725～3 783 m 泥巖鉆進(jìn)過程中未出現(xiàn)井壁垮塌現(xiàn)象， 鉆進(jìn)、起下鉆、通井和下套管過程正常，開窗側(cè)鉆水平井周期14.83 d。

2017?2018 年在蘇36-20-XCH 井等2 口井使用了鉀聚磺鉆井液體系，在施工中出現(xiàn)斜井段泥巖垮塌、水平段黏吸卡鉆、井漏等井下復(fù)雜，后續(xù)使用CQSP-4 鉆井液體系，側(cè)鉆水平井井壁穩(wěn)定，由表8可以看出，在應(yīng)用CQSP-4 鉆井液體系后未出現(xiàn)黏吸卡鉆、井壁垮塌劃眼、大型井漏現(xiàn)象，井下復(fù)雜得到了控制，施工效率大幅度提高。2021?2022 年在蘇里格共施工18 口開窗側(cè)鉆水平井，鉆井液性能穩(wěn)定，流變性好，摩阻小，鉆井周期較2017?2018 年降低了69.58%，機(jī)械鉆速提升了102.82%。

5 結(jié)論

（1） 強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵CQSP-4 鉆井液體系具有抑制性高、潤滑性優(yōu)良、防塌能力強(qiáng)等特點(diǎn)，解決了施工過程中摩阻大、泥巖垮塌等問題，滿足了蘇里格地區(qū)?139.7 mm 套管開窗側(cè)鉆水平井鉆井液工藝要求。

（2） ?139.7 mm 套管開窗側(cè)鉆水平井施工過程中，部分井存在漏塌矛盾的問題，密度高易井漏、密度過低則鉆井液柱壓力不能有效穩(wěn)定泥巖，建議后期施工過程中繼續(xù)摸索鉆井液密度與地層漏失壓力的平衡點(diǎn)。