胡云鋒，代一欽 （中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 潛江433121）

隨著勘探開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向深層和復(fù)雜地層，鉆井面臨更多的挑戰(zhàn)，如窄安全密度窗口、深井鉆井周期長、井下故障頻發(fā)等問題。近年來，國內(nèi)外開展對精細(xì)控壓鉆井的研究，有效解決了深井鉆井復(fù)雜問題。涪陵焦石壩頁巖氣田是國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，2013年實(shí)施大規(guī)模開發(fā)，并取得重大突破，同年9月設(shè)立“重慶涪陵國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)”，其主要目的層在志留系龍馬溪組，水平段長度在1500～2000m，部分井安全密度窗口窄，使用密度為1.38g／cm3（設(shè)計(jì)下限）的油基鉆井液發(fā)生漏失，油基鉆井液配制成本高。為降低鉆井液液柱壓力，減小漏失程度，采用了降低密度控壓欠平衡鉆井技術(shù)［1，2］。但是降密度會(huì)給井下安全帶來極大的風(fēng)險(xiǎn)，一是井壁穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)；二是卡鉆埋鉆具風(fēng)險(xiǎn)；三是井控風(fēng)險(xiǎn)。筆者以焦頁XX－4HF井降密度控壓欠平衡鉆井技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用為實(shí)例，解決了水平段施工中的溢漏同存難題，保障了井下安全，成功完成了鉆探任務(wù)。

1 基本情況

焦頁XX－4HF井是位于焦石壩背斜帶焦石壩構(gòu)造上的一口水平井，設(shè)計(jì)井深4590m。導(dǎo)眼井深60m，一開井深503m，二開井深2292m，技術(shù)套管下深2290.37m。三開?215.9mm井眼鉆進(jìn)至井深4052m完鉆。鉆井周期51.58d，完井周期63.71d，建井周期68.56d，全井平均機(jī)械鉆速8.86m／h。由于鄰井鉆遇斷裂帶，發(fā)生失返性漏失，堵漏無效，提前完鉆。經(jīng)研究決定，在該井采用控壓鉆井方式，利用降密度進(jìn)行欠平衡施工，對地層壓力、坍塌壓力、防漏堵漏及地層裂縫分布提供參考［3］。

2 施工措施

2.1 降密度措施

2.1.1 前期準(zhǔn)備

進(jìn)入水平段以前，必須將油基鉆井液性能按照施工要求調(diào)整。三開鉆進(jìn)至井段3850～3900m時(shí)，將鉆井液密度調(diào)整至設(shè)計(jì)下限1.38g／cm3。

2.1.2 降密度方法

降密度過程必須保證其他性能達(dá)到上述要求，如果其他性能不滿足上述要求，則需調(diào)整達(dá)到要求為止，然后才能降密度。此外，整個(gè)過程必須嚴(yán)格落實(shí)干部值班制和坐崗制度。如果在降密度過程中，起下鉆時(shí)摩阻大，阻卡嚴(yán)重，鉆進(jìn)時(shí)扭矩大，掉塊增多，蹩跳嚴(yán)重，劃眼困難等，必須停止降密度。

鉆至預(yù)定井深時(shí)，起鉆到套管內(nèi)，使用雙離心機(jī)降密度 （即先將地面循環(huán)罐內(nèi)和套管內(nèi)的鉆井液密度降低到預(yù)定值），然后靜止6h，再緩慢下鉆，下鉆時(shí)必須精心操作，注意觀察懸重、摩阻的變化，遇到異常應(yīng)及時(shí)上提或倒劃，嚴(yán)禁繼續(xù)下鉆。繼續(xù)下鉆至井底，邊鉆進(jìn)邊降密度，使整體密度降至預(yù)定值，鉆進(jìn)時(shí)，注意觀察砂樣情況、槽面的變化以及參數(shù)的變化 （懸重、鉆壓、排量、泵壓、扭矩、上提下放摩阻等），注意遇到異常必須停止鉆進(jìn)，停止降密度。

2.2 防漏堵漏措施

2.2.1 防漏措施

全面掌握鄰井資料，熟悉地層壓力。加強(qiáng)防塌封堵能力，提前加入隨鉆封堵材料。加強(qiáng)對高溫高壓濾失量控制，提高濾餅質(zhì)量。保證鉆井液性能穩(wěn)定，避免大幅度波動(dòng)；如果需要加重，加重時(shí)一定要堅(jiān)持“連續(xù)、均勻、穩(wěn)定”的原則，防止局部密度過大，壓漏地層。在保證井眼良好凈化的前提下，應(yīng)盡可能調(diào)低鉆井液的黏度和切力 （特別是靜切力），從而最大限度地降低環(huán)空循環(huán)當(dāng)量密度和減小激動(dòng)壓力。進(jìn)入斷層帶，應(yīng)選用合理的排量，避免過高的環(huán)空返速，控制起下鉆速度，平穩(wěn)操作，下鉆時(shí)如發(fā)現(xiàn)連下三柱鉆桿井口不返鉆井液，應(yīng)立即開泵循環(huán)。開泵前應(yīng)先轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具2～3min，破壞鉆井液結(jié)構(gòu)后再緩慢小排量開泵，下鉆要分段循環(huán)，杜絕一切人為蹩漏地層的操作。加強(qiáng)液面監(jiān)測，控制鉆井液密度，起鉆嚴(yán)格按規(guī)程灌滿鉆井液。一旦發(fā)生溢流需要壓井時(shí)，一定要準(zhǔn)確計(jì)算地層壓力，嚴(yán)格控制壓井液密度，防止壓井時(shí)發(fā)生井漏。加強(qiáng)固相控制，及時(shí)清除無用固相，防止無用固相分散，引起靜切力增大。井場按設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)備好配漿材料、堵漏材料和加重材料。

2.2.2 堵漏方法及思路

1）關(guān)鍵點(diǎn) 準(zhǔn)確判斷漏層 （依據(jù)液面變化、氣測值變化、鉆時(shí)變化、泵壓變化等判斷）。

2）堵漏方法 隨鉆堵漏、橋漿堵漏。注意：堵漏材料與鉆井液無明顯化學(xué)作用，不破壞鉆井液性能，有一定的抗溫性；起“架橋”作用的材料有一定強(qiáng)度，且不易變質(zhì)。重點(diǎn)考慮濃度、顆粒大小兼顧軟硬匹配，并有針對性地封堵地層。

3）堵漏思路 ①封堵漏失通道；②減小或消除井筒與地層之間的正壓差，降低循環(huán)壓耗 （降排量、降密度、降靜切力），提高地層破裂壓力 （封堵材料進(jìn)入裂縫，使井眼整體承壓能力提高）；③增大鉆井液在漏失通道中的流動(dòng)阻力。橋漿堵漏重點(diǎn)考慮濃度、顆粒大小兼顧軟硬匹配，并有針對性地封堵地層。注重堵漏工藝、承壓值與承壓時(shí)間。

2.2.3 堵漏工藝

1）漏速≤5m3／h，降低25%～33%的排量，并加入隨鉆堵漏材料 （1%超細(xì)碳酸鈣QS－2、1%～2%單向封堵劑DF－1、1%～2%隨鉆堵漏劑），或者配堵漏漿15～20m3。鉆進(jìn)時(shí)配方 （原鉆具配方）：井漿＋4%～6%單向封堵劑＋3%～5%隨鉆堵漏劑＋3%超細(xì)碳酸鈣QS－2。

2）5m3／h＜漏速≤15m3／h，配堵漏漿20～25m3。原鉆具配方：井漿＋6%～8%單向封堵劑DF－1＋4%～6%隨鉆堵漏劑＋2%復(fù)合堵漏劑1型FD－1＋2%～3%核桃殼HTK （0.5～1mm）＋3%超細(xì)碳酸鈣QS－2＋1%架橋堵漏劑 （0.5～1mm）；只下鉆桿時(shí)的配方 （光鉆桿配方）：井漿＋4%～6%單向封堵劑DF－1＋3%～5%隨鉆堵漏劑＋3%～4%復(fù)合堵漏劑1型FD－1＋2%～3%復(fù)合堵漏劑2型FD－2＋3%核桃殼HTK（0.5～1mm）＋2%核桃殼HTK （1～3mm）＋3%超細(xì)碳酸鈣QS－2＋2%架橋堵漏劑（1～3mm）。

3）漏速＞15m3／h至失返，配堵漏漿20～30m3。原鉆具配方：井漿＋6%～8%單向封堵劑DF－1＋4%～6%隨鉆堵漏劑＋2%～3%復(fù)合堵漏劑1型FD－1＋3%核桃殼HTK （0.5－1mm）＋3%～5%超細(xì)碳酸鈣QS－2＋2%架橋堵漏劑 （0.5～1mm）；光鉆桿配方：井漿＋4%～6%單向封堵劑DF－1＋3%～5%隨鉆堵漏劑＋3%～4%復(fù)合堵漏劑1型FD－1＋2%～3%復(fù)合堵漏劑2型FD－2＋4%～6%核桃殼HTK （0.5～1mm）＋3%～5%核桃殼HTK （1～3mm）＋0%～3%核桃殼HTK （5～8mm）＋3%～5%超細(xì)碳酸鈣QS－2＋2%～3%架橋堵漏劑 （1～3mm）＋1%～2%云母＋0%～1%棉籽殼＋0.1%雷特纖維。

發(fā)生漏失后，將鉆具起到套管內(nèi)；根據(jù)漏失性質(zhì)，確定配方及其數(shù)量，同時(shí)準(zhǔn)備好配漿罐 （確保泵上水好）、基漿、堵漏材料等；先加入不易水化膨脹的堵漏材料，后加入易于水化膨脹的堵漏材料，最好在6h內(nèi)配好堵漏漿，減少堵漏材料在地面的相互作用，提高堵漏效果。估算配堵漏漿的時(shí)間，提前下鉆 （最好是光鉆桿）至漏層或漏層附近，活動(dòng)鉆具。配漿后立即將堵漏漿泵入鉆具內(nèi)；用鉆井液將堵漏漿替至漏層，控制好鉆具內(nèi)外的壓力，防止起鉆反噴。堵漏漿頂替到位后，起鉆至套管內(nèi)，先開泵循環(huán)，不漏后，可關(guān)井蹩壓，根據(jù)蹩入量，確定承壓值，要求承壓值≤6MPa。

2.3 防井壁失穩(wěn)措施

2.3.1 泥頁巖輕微井塌現(xiàn)象及處理

返出物稍多，砂樣混雜，代表性差，呈顆粒狀或片狀，砂樣混雜比低。有輕微蹩跳現(xiàn)象，起下鉆有掛卡現(xiàn)象，下鉆不能到底。處理方案：①如果發(fā)生在降密度期間，首先停止降密度，然后適當(dāng)提高黏度，清洗井底，井下正常后逐步恢復(fù)原黏度；②適當(dāng)提高鉆井液密度0.02～0.03g／cm3；③適當(dāng)提高液體瀝青含量，以改善泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)地層的膠結(jié)力，提高封堵抑制能力；④嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑井段，需要不定期用稠漿洗井，保證井眼暢通。

2.3.2 泥頁巖嚴(yán)重垮塌現(xiàn)象及處理

返出物，代表性極差，有煤、碳質(zhì)頁巖，鋁土質(zhì)頁巖垮塌物，微裂縫明顯，條帶狀，大量成片狀。砂樣混雜比大于30%以上。泵壓忽高忽低，有蹩壓現(xiàn)象，蹩跳嚴(yán)重，接單根困難，起下鉆不同程度阻卡，反復(fù)劃眼劃不下去，很容易卡鉆。處理方案：①如果發(fā)生在降密度期間，首先停止降密度，然后提高鉆井液黏度及時(shí)帶出垮塌物；②從鉆井液性能上強(qiáng)化，例如進(jìn)一步降低高溫高壓失水量；提高CaCl2含量，增大礦化度等；③適當(dāng)提高液體瀝青含量，以改善泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)地層的膠結(jié)力，提高封堵抑制能力；④適當(dāng)提高鉆井液密度0.03～0.05g／cm3以平衡地層坍塌壓力；⑤下鉆劃眼應(yīng)甩掉扶正器，適當(dāng)增大排量、改變鉆井液流變性以利于攜出坍塌物，同時(shí)劃眼接立柱速度要快、防卡防堵水眼；⑥起下鉆遇卡不可硬提強(qiáng)壓致卡死，應(yīng)采取防卡措施；⑦恢復(fù)正常鉆進(jìn)中應(yīng)保持井漿黏度、動(dòng)切力穩(wěn)定，鉆進(jìn)8～16h，方可根據(jù)井下情況逐步調(diào)整黏切或密度至合理的范圍；⑧垮塌嚴(yán)重井段，不定期用稠漿洗井，保證井眼暢通。

2.4 井控技術(shù)措施

嚴(yán)格落實(shí)“川東南井控標(biāo)準(zhǔn)化”井控管理規(guī)定，嚴(yán)格落實(shí)干部24h值班制度，嚴(yán)格落實(shí)“三崗聯(lián)坐”坐崗制度。作業(yè)前，按工程設(shè)計(jì)儲(chǔ)備足夠數(shù)量的壓井鉆井液，并儲(chǔ)備必要的加重材料和防塌處理劑，按設(shè)計(jì)配制調(diào)配好鉆井液。防噴器、相應(yīng)管匯及閘門嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求試壓，確保井控設(shè)備安全可靠。每班做低泵沖試驗(yàn)并記錄當(dāng)時(shí)的立壓和對應(yīng)的排量，便于回壓控制和為后期作業(yè)提供依據(jù)，加強(qiáng)井控裝備的定期檢查。若發(fā)現(xiàn)溢流后，關(guān)井求出地層壓力，并根據(jù)流體性質(zhì)及井口壓力情況確定是否進(jìn)行回壓控制或鉆井液密度的調(diào)整。求出地層壓力后，根據(jù)地層壓力當(dāng)量密度、欠平衡鉆井施工情況及時(shí)調(diào)整使用鉆井液密度。盡可能保持井底具有較大的負(fù)壓值。正常鉆進(jìn)時(shí)，若出現(xiàn)溢流，平穩(wěn)操作節(jié)流閥控制井口回壓，確保井底壓力平衡地層壓力，回壓應(yīng)根據(jù)工況調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)回壓一般不要超過4MPa，否則提密度壓井處理。鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)井涌，套壓升高，調(diào)節(jié)節(jié)流閥增大井口回壓，循環(huán)排出侵入的油氣；當(dāng)井口回壓超限時(shí)，移交井隊(duì)轉(zhuǎn)入壓井程序。

3 施工情況

焦頁XX－4HF井二開中完井深2292m，下入?244.5mm的技術(shù)套管，套管下深2290.37m。采用?215.9mm鉆頭三開鉆進(jìn)。按設(shè)計(jì)要求三開剛開始鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液密度1.40g／cm3。鉆進(jìn)至3600m，在鉆進(jìn)過程中利用離心機(jī)逐漸降低鉆井液密度至1.38g／cm3。鉆進(jìn)至3864m時(shí)發(fā)生井漏，加入隨鉆堵漏劑堵漏成功。鉆進(jìn)至3900m （龍馬溪組）開始循環(huán)，鉆井液密度1.38g／cm3，漏斗黏度82s，開始做降密度前的準(zhǔn)備工作。循環(huán)時(shí)液面無變化，全烴值最高上漲至73%。停泵高架槽不斷流，溢流量1.6m3／h，關(guān)井觀察套壓0.1MPa。起鉆至3770m安裝選裝防噴器膠心，并利用雙離心機(jī)將地面循環(huán)罐內(nèi)的鉆井液密度調(diào)整至1.36g／cm3，漏斗黏度82s。利用旋轉(zhuǎn)防噴器控時(shí)控壓鉆進(jìn)至4000m，鉆井液密度1.36g／cm3，漏斗黏度82s，鉆進(jìn)及循環(huán)最高烴值14%，單根氣最高烴值50%，振動(dòng)篩無掉塊返出。循環(huán)時(shí)液面無變化，停泵高架槽不斷流，溢流量1.7m3／h。短起下至套管內(nèi)，起下鉆順利無掛卡現(xiàn)象，最大摩阻20t。下回到井底后循環(huán)排后效氣，全烴值最高上漲至73%?？貢r(shí)控壓鉆進(jìn)至4021m發(fā)生漏失，鉆井液密度1.35g／cm3，漏斗黏度80s。泵入堵漏漿25m3，起鉆至3500m循環(huán)觀察，無漏失；做地層承壓試驗(yàn)，蹩入堵漏漿0.5m3，起壓3.0MPa，穩(wěn)壓30min，壓降0.1MPa，堵漏成功。下鉆至井底循環(huán)排完后效氣恢復(fù)鉆進(jìn)；鉆進(jìn)至4034m再次發(fā)生漏失，漏速9.0m3／h；通過在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑，邊鉆進(jìn)邊觀察，鉆進(jìn)至4052m （水平段長1529.00m）無漏失。因泵壓升高、螺桿扭矩異常起鉆；因在水平段鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)不同程度的井漏和溢流現(xiàn)象，繼續(xù)往下鉆進(jìn)可能鉆遇大斷裂導(dǎo)致失返，同時(shí)存在很大的井控風(fēng)險(xiǎn)和井下安全風(fēng)險(xiǎn)，故完鉆。電測、通井后下入?139.7mm產(chǎn)層套管至4048.12m，使用低密度水泥漿固井，固井質(zhì)量合格，完井井口試壓 （30MPa）合格。

4 施工情況分析

1）在井深3864m前使用1.38g／cm3鉆井液鉆進(jìn)，可保持井底壓力平衡。

2）在井深3900m鉆井液密度降至1.36g／cm3實(shí)施控壓鉆井后，循環(huán)時(shí)液面無變化，停泵后高架槽不斷流，溢流量1.6～1.7m3／h，再開泵單根氣現(xiàn)象明顯，使用密度1.36g／cm3的鉆井液加上開泵時(shí)循環(huán)壓耗剛好能夠平衡地層壓力，實(shí)現(xiàn)平衡壓力鉆井。

3）使用密度1.38g／cm3的鉆井液，循環(huán)烴值為6%，密度降至1.36g／cm3后循環(huán)烴值為13%，降密度后烴值上升明顯，且接單根后效氣明顯，烴值明顯升高。

4）控壓鉆進(jìn)期間發(fā)生6次漏失，根據(jù)鉆時(shí)計(jì)算環(huán)空巖屑含量得出地層漏失當(dāng)量密度為1.47g／cm3，地層溢流與漏失窗口小，可調(diào)鉆井液密度范圍不大。

5）地質(zhì)預(yù)測斷裂帶在井深4072m處，使用設(shè)計(jì)的鉆井液密度進(jìn)行鉆進(jìn)，已經(jīng)發(fā)生大漏，鉆遇斷層后發(fā)生失返性漏失可能性極大。

6）最后一次井漏前停泵后高架槽不斷流，證明有氣體不斷侵入井筒，由于氣侵后甲烷等溶于油基鉆井液內(nèi)，在地面觀察鉆井液表面氣泡明顯；施工季節(jié)氣溫較高，鉆井液含氣量較高，在地面聚集可能發(fā)生閃爆，導(dǎo)致防火防爆風(fēng)險(xiǎn)較大。

通過控壓設(shè)備可以進(jìn)行簡單有效地低密度近平衡鉆井，尤其是類似的水平段氣侵、溢流的井比較有效，降低了鉆進(jìn)中的井控風(fēng)險(xiǎn)。井地層平衡壓力當(dāng)量密度為1.36g／cm3，井底壓力當(dāng)量密度為1.50g／cm3。

5 存在問題及建議

1）焦頁XX－4HF井三開3900m前采用1.38g／cm3的鉆井液鉆進(jìn)，后期逐步降密度，密度每降低0.02g／cm3，則井底壓力降低0.5MPa，會(huì)導(dǎo)致井壁誘導(dǎo)垮塌；建議從三開開始即安裝旋轉(zhuǎn)防噴器，保持低密度鉆進(jìn)。

2）焦頁XX－4HF井施工中較特殊，鉆井液密度在1.38、1.36、1.35g／cm3時(shí)均發(fā)生井口不斷流，表現(xiàn)為氣侵溢流征兆，但同時(shí)在鉆進(jìn)中又發(fā)生井漏，井下情況復(fù)雜；密度窗口較窄，地層承壓低，后續(xù)施工承壓、堵漏、固井施工難度大；難以在現(xiàn)有技術(shù)手段下穿越大斷裂帶。

3）降密度控壓欠平衡鉆井技術(shù)試驗(yàn)在焦頁XX－4HF井取得了一定的應(yīng)用成效，對工區(qū)三開易漏和斷裂帶邊緣井進(jìn)行欠平衡鉆井試驗(yàn)，通過旋轉(zhuǎn)防噴器和帶壓起下鉆裝置控制井噴和溢流。為今后在工區(qū)實(shí)行欠平衡鉆井積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，該技術(shù)在焦石工區(qū)水平段頁巖氣施工井中有較大的新技術(shù)推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 瞿高明，郭本頌，孔軍亮 .欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用 ［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，35（1）：261.

［2］ 楊火海 .頁巖氣藏井壁穩(wěn)定性研究 ［D］.成都：西南石油大學(xué)，2012.

［3］ 譚希碩 .涪陵頁巖氣水平井鉆井液防滲漏技術(shù) ［J］.承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2015，17（1）：10～13.