泥頁巖易垮塌油藏鉆井提速工藝技術(shù)研究

郭婷婷

（大慶鉆探鉆井四公司，吉林 松原 138000）

泥頁巖易垮塌油藏施工井鉆井過程中最容易發(fā)生井漏、“雙石”地層泥頁巖垮塌及垮塌帶來的復(fù)雜情況，嚴(yán)重制約著鉆井速度[1]。為此分析該類油藏不同地質(zhì)構(gòu)造，總結(jié)分析鉆進過程中容易出現(xiàn)的復(fù)雜事故和技術(shù)難點，并根據(jù)國內(nèi)外同類油藏鉆井實踐經(jīng)驗，針對不同井段的地質(zhì)和施工特點，開展鉆井液材料優(yōu)選、鉆井液配方優(yōu)化技術(shù)、鉆井參數(shù)、鉆井工具等方面的技術(shù)研究，尋找解決該類油藏預(yù)防井漏、“雙石”地層泥頁巖防塌的有效手段，形成一套該地區(qū)鉆井施工的優(yōu)化模式，從而達(dá)到提高機械鉆速、避免井下復(fù)雜情況、縮短建井周期、提高綜合經(jīng)濟效益的目的。通過優(yōu)選鉆井液體系、配方及化工材料研究，形成適應(yīng)地層情況，滿足設(shè)計要求，保證井下安全，有助于加快鉆井速度的鉆井液體系，同時完善不同井段的處理方案。

1 泥頁巖易垮塌油藏預(yù)防井漏的方法

現(xiàn)場預(yù)防井漏從以下幾個方面考慮：鉆井液性能（包含強化造壁、控制密度）、鉆井參數(shù)（包含降低排量、降低壓力激動）和特殊環(huán)節(jié)防漏（中完下技術(shù)套管）[2]。

1.1 維護良好的鉆井液性能

1.1.1 合適的鉆井液密度

利用固控設(shè)備，及時清除無用固相，將固相含量控制在6%~8%左右（表1），然后根據(jù)密度情況合理地再進行加重。直井段控制鉆井液密度，斜井段采用分段提高比重的辦法，逐步提高地層承壓能力。

表1 鉆井液推薦使用表

1.1.2 塑性粘度控制

環(huán)空壓耗隨鉆井液塑性粘度的提高呈線性增長趨勢，但對井底壓力影響幅度較小。但由于塑粘提高，環(huán)空臨界返速增長幅度較大，所以鉆井液塑粘要控制在合理范圍，以有效控制環(huán)空壓耗和臨界返速，使得現(xiàn)有排量能夠有效攜巖。塑粘控制在10~20mPa·s之間[3]。

1.1.3 動切力控制

在環(huán)空返速大于臨界返速時，動切力對環(huán)空壓耗影響不大；當(dāng)環(huán)空返速低于臨界返速時，環(huán)空壓耗將隨動切力的提高而大幅增加。

臨界返速隨動切力呈近線性增長關(guān)系，所以在保證鉆井液有效動塑比和大于臨界返速的前提下，選擇最優(yōu)動切力值，進而控制好環(huán)空壓耗，減少井底壓力。動切力控制在6~8Pa之間，動塑比控制在0.36~0.50之間。

1.1.4 性能控制（見表2）

表2 各井段鉆井液性能推薦表

1.2 鉆井工程參數(shù)的控制

1.2.1 最優(yōu)排量滿足以下要求

（1）排量必須滿足臨界排量；

（2）環(huán)空壓耗和井底當(dāng)量密度與排量成線性變化，并且變化不大?，F(xiàn)場排量對漏失的影響主要是由于井內(nèi)不清潔造成；

（3）隨著排量的提高，井眼凈化能力線性提升，但當(dāng)超過最優(yōu)排量后，凈化能力幾乎不變；

（4）鉆遇易漏地層可以適當(dāng)考慮降低鉆井液排量，減少鉆井液循環(huán)壓耗，避免造成人為漏失。

1.2.2 下鉆速度激動壓力隨下鉆速度的減緩而較小。因此下鉆應(yīng)嚴(yán)格控制速度，量化下鉆速度每柱不少于3min。

1.2.3 分段循環(huán)下鉆過程中采取分段循環(huán)鉆井液減小環(huán)空巖屑濃度，破壞鉆井液結(jié)構(gòu)，降低井底壓力和激動壓力。

1.3 主動防漏

材料：坂土+不同粒徑超鈣+隨鉆+封堵類防塌劑。

在鉆井液中引入優(yōu)質(zhì)坂土漿及不同目數(shù)的超細(xì)碳酸鈣，使其具有優(yōu)良的造壁功能，在井筒內(nèi)壁形成薄而致密的泥餅。上直段抑制，嚴(yán)格控制密度，直徑段1.10g/cm3，不滿足換漿。直井段補充坂土+超鈣，適度分散進行防漏工程手段：控鉆時、控速度、控密度，做好分段循環(huán)，確保井底壓力小于漏失壓力。

1.4 現(xiàn)場適用的幾項防漏措施

（1）降低易垮塌地層排量（參考值小于28L/s）。防止排量過大、循環(huán)壓耗過高壓漏地層。

（2）降低易垮塌地層機械鉆速（參考值小于12m/h）。杜絕追求高機械鉆速，鉆井液攜巖能力不夠，巖屑濃度太大，增加鉆井液有效當(dāng)量密度。

（3）控制下鉆速度（參考值<12m/min）。防止下鉆速度過快，激動壓力過大壓漏地層。統(tǒng)計結(jié)果顯示下鉆速度小于12m/min對地層完整性保護效果較好。

（4）鉆進易垮塌地層泥巖后若出現(xiàn)小型漏失，不得降低鉆井液密度堵漏，防止液柱壓力下降泥巖垮塌以及砂巖在交變載荷下發(fā)生破壞。

（5）中完下技術(shù)套管，鉆井液分段循環(huán)處理要求：1000m加清水處理至鉆井液粘度小于35s，循環(huán)時活動套管；2000m鉆井液粘度小于40s；2500m鉆井液粘度小于45s。

2 泥頁巖易垮塌油藏鉆井過程中堵漏方法分析

2.1 滲透性井漏的處理

鉆進滲漏地層前按1∶1比例預(yù)先加入屏蔽暫堵劑、隨鉆堵漏劑預(yù)防井漏。提高密度有漏失的風(fēng)險，所以每次提高密度不超過0.02g/cm3，并在加重的同時加入隨鉆堵漏材料，進一步提高地層承壓能力，在井眼條件允許的條件下，逐步提高鉆井液密度，當(dāng)密度提高至1.20g/cm3，繼續(xù)提高密度有隨時漏失的風(fēng)險，所以每次提高密度不超過0.01g/cm3，并在加重的同時加入隨鉆堵漏材料[4]。

加堵漏劑之前振動篩篩布使用100~120 目，加堵漏劑后振動篩篩布使用60~80 目，防堵漏劑篩出以利于隨鉆堵漏。

堵漏承壓會造成一定的虛厚泥餅，定向后會造成巖屑床的堆積，保持鉆井液流動性良好，加強短起下措施，及時加入潤滑材料。

2.2 小裂縫漏失的處理

對于平均漏速小于2m3/h，隨鉆加入2%~5%隨鉆堵漏劑、超細(xì)碳酸鈣，根據(jù)漏失情況及時隨鉆補充高濃度膨潤土漿，鉆穿漏層。

對于平均漏速5~20m3/h 情況，及時復(fù)配堵漏鉆井液，泵入漏層起鉆靜堵。

堵漏配方：井漿+6%1~2mm 核桃殼（蚌殼）+6%礦物纖維+6%隨鉆堵漏劑+5%1~2mm 橡膠粉；小排量泵入堵漏漿，靜止堵漏6~8h。

2.3 大裂縫性漏失（失返性漏失）處理

直接采取凝固型堵漏，起鉆簡化鉆具結(jié)構(gòu)，下光鉆桿堵漏，可在泵入纖維水泥前打入10m3堵漏漿，打完水泥后快速起鉆，候凝24h左右。

2.4 井壁失穩(wěn)分析

該區(qū)塊井壁失穩(wěn)大多是因為泥頁巖易垮塌油藏的泥巖吸水膨脹，且上部地層承壓能力低（往往因為井漏問題，鉆井液密度僅僅能維持在1.15~1.18g/cm3），針對井壁失穩(wěn)問題建議發(fā)生井漏之后一定要做承壓試驗，使鉆井液保持有一定的徑向支撐力，鉆井液密度維持在1.20g/cm3以求其力學(xué)穩(wěn)定，在上部地層承壓能力允許的情況下，將鉆井液的密度保持在1.25g/cm3，具體施工步驟有：

（1）抗鹽抗溫的降濾失劑和天然高分子類（或淀粉類）降濾失劑復(fù)配使用來降低鉆井液的濾失量控制在5mL以內(nèi)，減少鉆井液濾液侵入微裂縫。

（2）合理控制粘度在40~65s 之間，降低鉆井激動壓力，提高攜巖能力。

（3）使用聚銨、胺基聚醇等增強鉆井液抑制性，減少泥巖中蒙脫石的分散造漿及伊蒙混層的非均勻膨脹，提高地層巖石強度。

（4）使用高酸溶磺化瀝青、膠乳瀝青等增強鉆井液封堵防塌能力，有效抑制巖層微裂縫造成的井壁失穩(wěn)。

（5）使用優(yōu)質(zhì)的坂土漿，使鉆井液有優(yōu)良的造壁性。

（6）對照已掌握的地質(zhì)資料，了解易塌地層的地層空隙孔喉孔徑，針對性加入不同粒徑的超細(xì)碳酸鈣提高泥餅質(zhì)量，強化鉆井液的造壁性。

（7）推薦鉆井液配方：原漿+0.5%~1%PAM+3%~5%抗鹽抗溫降濾失劑+1%~3%天然高分子降濾失劑+5%~7%封堵類防塌劑+3%~5%潤滑劑+0.3%~0.5%AP-1+3%~5%超細(xì)GaCO3+5%~10%加重材料。

2.5 預(yù)防托壓

托壓最根本問題在于井眼是否清潔，影響井眼清潔的因素主要有以下幾個方面：鉆井液排量、鉆井液密度、鉆桿轉(zhuǎn)速、機械鉆速。

現(xiàn)場工程方面：①水力振蕩器的使用；②雙向扭擺技術(shù)的應(yīng)用；③通過調(diào)節(jié)排量和短程起下鉆的方法來破壞已形成的巖屑床。

鉆井液方面：①通過采用調(diào)節(jié)鉆井液流變參數(shù)來減少巖屑床的產(chǎn)生；②通過改善濾餅質(zhì)量及潤滑劑等化工藥品的使用來降低摩阻。

3 泥頁巖易垮塌油藏鉆井提速工藝優(yōu)化

通過高效鉆頭使用和優(yōu)化，形成鉆頭分段使用模式，提高機械鉆速；通過對鉆井工具的研究，找出定向工具和增斜率之間的關(guān)系，以減少滑動鉆進的時間，研究解決脫壓問題[5]。

3.1 鉆頭分段選型

針對不同層位選取不同結(jié)構(gòu)PDC 鉆頭，且要考慮地層因素的影響，總結(jié)出以下幾點，見表3。

表3 各井段鉆頭選型

3.2 水力振蕩器的使用

水力振蕩器的使用有效地解決了托壓問題，實踐表明，利用水力脈沖產(chǎn)生鉆柱軸向震蕩，可有效降低滑動鉆進鉆具組合與井壁的摩擦力并有效改善鉆壓傳遞，進行定向滑動鉆進效果明顯；還可減小井下扭轉(zhuǎn)，減輕橫向震動并提高機械鉆速。應(yīng)用水力振蕩器，定向鉆進效果大幅提高，且可以鉆出更加平滑的井眼，單趟鉆效率提高很多，延長了PDC鉆頭的使用壽命。

3.3 扭擺工具的使用

扭擺工具是機動部門在北方工程部試驗的新型工具，它主要利用電子設(shè)置來調(diào)節(jié)上部鉆具通過雙向扭轉(zhuǎn)來解決鉆具在定向過程中鉆具靜止不動的問題，通過該項技術(shù)的應(yīng)用可以大量提高定向效果，提高定向的效率。

4 結(jié)論

本文針對泥頁巖易垮塌油藏的地質(zhì)和施工特點，分析了該類油藏鉆進過程中容易出現(xiàn)的復(fù)雜事故和技術(shù)難點，針對不同井段的地質(zhì)和施工特點，形成了一套該地區(qū)鉆井施工的優(yōu)化模式，從而達(dá)到提高機械鉆速、避免井下復(fù)雜情況、縮短建井周期、提高綜合經(jīng)濟效益的目的。通過優(yōu)選鉆井液體系、配方及化工材料研究，形成了一套適合泥頁巖易垮塌油藏鉆井施工的優(yōu)化模式，達(dá)到提高機械鉆速、避免井下復(fù)雜情況、縮短建井周期、提高綜合經(jīng)濟效益的目的。