石秉忠， 解 超， 李 勝， 劉金華， 陳曉飛

(1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.中石化華北石油工程有限公司，河南鄭州 450006)

杭錦旗區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊盟北部隆起帶，是鄂爾多斯盆地東勝氣田的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域。該氣田自勘探開(kāi)發(fā)以來(lái)，由于構(gòu)造復(fù)雜、斷層局部發(fā)育、地層破碎和裂縫發(fā)育，遇到了井漏、井壁失穩(wěn)和鉆井周期長(zhǎng)等問(wèn)題[1]。如錦58井區(qū)的J66P5H 井曾發(fā)生惡性漏失，浪費(fèi)時(shí)間近100 d；該井區(qū)2016年所鉆井水平段鉆遇泥巖時(shí)的井壁失穩(wěn)率高達(dá)30%，因井壁失穩(wěn)耗費(fèi)時(shí)間增加3.59倍，嚴(yán)重影響了該井區(qū)主力開(kāi)發(fā)區(qū)塊鉆探開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行[2]。由于漏失區(qū)域廣、層位多、井段長(zhǎng)和機(jī)理復(fù)雜，并且地層承壓能力低、井壁穩(wěn)定性差，盡管近年來(lái)借鑒了不同鉆井液體系的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)不同地層特點(diǎn)開(kāi)展了多種堵漏防塌技術(shù)研究與應(yīng)用，但水平井鉆井過(guò)程中存在的“上漏、下塌、漏塌并存”問(wèn)題仍未根治，需要進(jìn)一步研究解決。

為此，筆者系統(tǒng)分析了大量完井資料，明確了杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)的施工難點(diǎn)，優(yōu)化了鉆井液體系配方與性能，形成了隨鉆承壓防漏堵漏和穩(wěn)定井壁技術(shù)，在JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用并取得顯著效果，為該井區(qū)安全高效鉆井提供了可借鑒的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1 技術(shù)難點(diǎn)及解決思路

1.1 技術(shù)難點(diǎn)

杭錦旗區(qū)塊是典型的致密巖性氣藏，水平井主要采用三開(kāi)長(zhǎng)水平段井身結(jié)構(gòu)，錦58井區(qū)也是如此。其中，二開(kāi)包括斜導(dǎo)眼和主井眼，三開(kāi)為長(zhǎng)水平段，主要鉆遇延安組、延長(zhǎng)組、劉家溝組、石千峰組和石盒子組等地層，施工過(guò)程中技術(shù)難點(diǎn)主要有防漏堵漏、井壁失穩(wěn)和水平段潤(rùn)滑防卡與攜巖問(wèn)題。

1) 防漏堵漏問(wèn)題。井漏是錦58井區(qū)出現(xiàn)井下復(fù)雜情況的主要原因，劉家溝組地層的惡性漏失及其相關(guān)聯(lián)的阻卡問(wèn)題嚴(yán)重制約了該井區(qū)的鉆井提速效果。天然裂縫是導(dǎo)致井漏及產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫的主要原因，誘導(dǎo)裂縫又會(huì)使井漏速度大，且極易復(fù)漏。漏失井段的承壓能力偏低，劉家溝組與石千峰組之間存在窄或負(fù)的安全密度窗口[3]，同一裸眼井段內(nèi)壓力體系不同，極大地增加了低壓層的井漏風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)防處理難度，上部井段鉆井液密度低形成的封堵層薄弱，下部井段提高鉆井液密度時(shí)易引起裂縫擴(kuò)展及破壞上部原有的封堵層。

2) 井壁失穩(wěn)問(wèn)題。杭錦旗區(qū)塊斷層局部發(fā)育[4]，構(gòu)造復(fù)雜，石千峰組和石盒子組發(fā)育大段泥巖，且?guī)r性、表現(xiàn)特征與阻卡特征不盡相同，上石盒子組棕紅、棕褐色的塑性泥巖水化膨脹造漿嚴(yán)重，易出現(xiàn)遇阻卡；下石盒子組灰褐色脆性與塑性泥巖整體表現(xiàn)為硬脆性剝落掉塊坍塌，且易吸水膨脹變軟，受循環(huán)沖刷作用極易形成大肚子或鍵槽井段；裂縫發(fā)育及地層破碎也是容易失穩(wěn)的一個(gè)因素。另外，防漏防塌難以有效兼顧，井下故障處理難度大。

3) 水平井潤(rùn)滑防卡與攜巖問(wèn)題。為了提高單井產(chǎn)量與采收率，一般裸眼水平段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度達(dá)1 000.00 m以上，施工過(guò)程中因鉆具與井壁接觸面積大、時(shí)間長(zhǎng)和容易形成巖屑床等原因，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的托壓?jiǎn)栴}，必須采取潤(rùn)滑防卡技術(shù)，同時(shí)，還需確保鉆井液的攜巖性能良好，以及時(shí)清除巖屑，防止巖屑床的形成。另外，水平段鉆遇泥巖后的井壁失穩(wěn)問(wèn)題極易引發(fā)井下故障，例如，JPH354井水平段7次鉆遇泥巖(長(zhǎng)度108.00 m)，鉆至井深3 276.80 m時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重阻卡。

1.2 解決思路

1) 采用隨鉆封堵技術(shù)，提高上部地層的承壓能力，防漏為主、堵漏為輔，并通過(guò)堵漏措施減小對(duì)裂縫破碎性地層的壓入張裂式破壞，兼顧防塌。

2) 適時(shí)提高鉆井液密度，防止井壁失穩(wěn)，同時(shí)提高鉆井液的抑制性以防止泥巖水化分散膨脹和掉塊，加入封堵劑提高鉆井液的封堵能力和造壁性，采用合理的流變性防止沖刷破壞等，預(yù)防為主配合及時(shí)鞏固的現(xiàn)場(chǎng)處理工藝，從整體上提高鉆井液的綜合防塌能力。

3) 優(yōu)化鉆井液的流變參數(shù)，保持良好的剪切稀釋性，提高鉆井液的動(dòng)塑比，提升鉆井液的攜巖能力，并結(jié)合短起下鉆作業(yè)，及時(shí)清除巖屑床、凈化井眼，同時(shí)加入高效潤(rùn)滑劑降低摩阻扭矩，防止卡鉆。

2 鉆井液技術(shù)研究

根據(jù)錦58井區(qū)已完鉆井的施工情況，在總結(jié)分析經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)鉆井液配方和性能優(yōu)化試驗(yàn)，研究制定了各井段的鉆井液配方及隨鉆承壓堵漏漿配方。

一開(kāi)井段采用聚合物鉆井液，以滿足攜巖、護(hù)壁的要求為主。基本配方為：清水+5.0%～7.0%鈉膨潤(rùn)土+0.2%～0.3%Na2CO3+0.1%～0.2%K-PAM+0.1%～0.2%LV-CMC。

二開(kāi)井段采用低固相強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液，通過(guò)提高抑制性、增強(qiáng)鉆井液封堵能力，并采取隨鉆承壓、擴(kuò)大鉆井液密度窗口等技術(shù)措施，避免井漏和坍塌，控制好黏切和密度，以利于快速鉆進(jìn)。二開(kāi)直井段的鉆井液基本配方為：一開(kāi)所用鉆井液+0.1%～0.3%NaOH+0.3%～0.5%K-PAM+0.1%～0.3%聚胺+1.0%～2.0%快鉆劑+0.5%～1.0%NH4-PAN+0.5%～1.0%LV-CMC；二開(kāi)導(dǎo)眼段側(cè)鉆點(diǎn)至入靶點(diǎn)的鉆井液基本配方為：二開(kāi)直井段所用鉆井液+1.0%～2.0%防塌降濾失劑+1.0%～2.0%低熒光封堵防塌劑+1.0%～2.0%超細(xì)碳酸鈣+1.0%～2.0%納米封堵劑+1.0%～2.0%潤(rùn)滑劑。

裂縫破碎性地層本身存在缺陷，綜合壓力低時(shí)不漏失，當(dāng)鉆井液形成的動(dòng)態(tài)壓力(包括激動(dòng)壓力)大于地應(yīng)力作用在裂縫法向的應(yīng)力之和時(shí)，裂縫就會(huì)開(kāi)始擴(kuò)大、延伸并連通，導(dǎo)致鉆井液漏失。地層骨架也受到輕微破壞，穩(wěn)定性變差。針對(duì)這種壓入張裂式破壞，主要采用多尺度粒徑的綜合性封堵劑進(jìn)行隨鉆封堵，形成的封隔墻抗壓差強(qiáng)度大于井筒壓力與地層壓力之差，且其抗圍壓的強(qiáng)度也應(yīng)大于地層法向切應(yīng)力與巖石壓縮變形而產(chǎn)生的附加誘導(dǎo)應(yīng)力之和，即隨鉆封堵材料要承受橫向壓力和縱向壓力，及時(shí)封堵微裂縫，防止裂縫持續(xù)擴(kuò)展，形成致密封堵層[5]，提高地層承壓能力，預(yù)防井漏的同時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定井壁的作用。

堵漏材料必須支撐裂縫以維持周向誘導(dǎo)應(yīng)力，應(yīng)同時(shí)具有封堵性能和機(jī)械強(qiáng)度[6]。因此，對(duì)使用的隨鉆承壓封堵劑從球度、圓度、浸泡前后的強(qiáng)度等方面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)選出GQJ-1、GQJ-2、GQJ-3、碳酸鈣和礦物纖維，利用SAN-2工程分布理論確定合理的顆粒材料粒徑級(jí)配，形成了適用于裂縫破碎性地層的高強(qiáng)度長(zhǎng)效隨鉆封堵劑配方。隨鉆承壓堵漏漿的基本配方為：井漿+隨鉆承壓封堵劑(1.0%GQJ-1+1.0%GQJ-2+2.0%GQJ-3+2.0%GQJ-4+1.0%φ2.0 mm核桃殼+2.0%φ1.0 mm核桃殼+1.0%～2.0%PB-1+3.0%QS-2+1.0%長(zhǎng)石棉絨+0.5%短石棉絨+0.5%棉籽殼+1.0%鋸末)。

上部直井段鉆井液性能以抑制造漿、攜帶巖屑為主，適當(dāng)控制濾失量，鉆井液密度控制在1.05～1.10 kg/L，漏斗黏度30～50 s，保證快速穿過(guò)，減少井壁浸泡和沖刷時(shí)間。鉆進(jìn)劉家溝組地層前加入5%～10%隨鉆承壓封堵劑，嚴(yán)格控制鉆井液密度小

于1.10 kg/L，同時(shí)劉家溝組地層底部存在破碎帶，需控制鉆井液濾失量小于6 mL，以提高濾餅質(zhì)量。鉆進(jìn)期間若發(fā)生漏失，降低排量或靜堵4～6 h，不漏后繼續(xù)鉆進(jìn)。

導(dǎo)眼斜井段和側(cè)鉆斜井段，進(jìn)入石千峰組地層前50 m將鉆井液中劣質(zhì)固相徹底清除，補(bǔ)充LV-CMC、SMP-1和SPNH等降濾失劑，濾失量控制在6 mL以內(nèi)，鉆井過(guò)程中持續(xù)補(bǔ)充K-PAM等配制的膠液，提高鉆井液的抑制性，適當(dāng)緩慢提高鉆井液密度，平衡地層壓力，保持井壁穩(wěn)定；同時(shí)，調(diào)整好流變參數(shù)，提高鉆井液的黏度、切力和動(dòng)塑比，保持動(dòng)塑比在0.36～0.60 Pa/(mPa·s)，減輕鉆井液對(duì)井壁的沖刷，提高懸浮和攜帶巖屑的能力；進(jìn)入石盒子組地層前調(diào)整好鉆井液性能，提高鉆井液抑制性的同時(shí)加入低熒光磺化瀝青、超細(xì)碳酸鈣等封堵防塌材料，增強(qiáng)鉆井液的封堵性，控制鉆井液密度小于1.18 kg/L。

三開(kāi)水平段由于可能鉆遇易失穩(wěn)的泥巖地層，仍采用低固相強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液，在保證鉆井液攜巖能力的同時(shí)，鉆井液需具有良好的潤(rùn)滑性能及懸浮攜巖能力，嚴(yán)格控制固相含量處于較低比例，減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害。鉆井液基本配方為：二開(kāi)導(dǎo)眼段側(cè)鉆點(diǎn)至入靶點(diǎn)所用鉆井液+1.0%～2.0%低熒光封堵防塌劑+1.0%～2.0%改性防塌淀粉+1.0%～2.0%SMP-1+1.0%～2.0%SPNH+1.0%～2.0%超細(xì)碳酸鈣+1.0%～2.0%聚合物降濾失劑+2.0%～3.0%潤(rùn)滑劑。

鉆井液要保持較高的動(dòng)切力和動(dòng)塑比，保證鉆井液具有良好的懸浮和攜巖能力，防止巖屑床的形成；加足潤(rùn)滑劑，使其保持良好的潤(rùn)滑性能。由于該井段鉆遇泥巖段的可能性大，因此在控制鉆井液濾失量在5 mL以內(nèi)、提高鉆井液的封堵和抑制能力、加強(qiáng)預(yù)防井壁失穩(wěn)的同時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有泥巖掉塊，應(yīng)加大防塌劑用量并適當(dāng)提高鉆井液密度，以保持較高的黏切將垮塌掉塊及時(shí)攜帶出來(lái)。各井段鉆井液的主要性能見(jiàn)表1。

表1 各井段鉆井液的主要性能

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

隨鉆承壓防漏堵漏和井壁穩(wěn)定技術(shù)在JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，均取得了顯著效果。其中，JPH393井、JPH404井在鉆井過(guò)程中均未出現(xiàn)漏失和井眼坍塌掉塊問(wèn)題，且2口井與各自的鄰井相比機(jī)械鉆速分別提高16.7%和15.3%；JPH351井鉆進(jìn)中遇到的問(wèn)題更多、更為復(fù)雜，但應(yīng)用該技術(shù)后也取得了明顯效果。下面以JPH351井為例詳細(xì)介紹技術(shù)應(yīng)用情況。

3.1 技術(shù)措施

JPH351井是一口三級(jí)井身結(jié)構(gòu)帶導(dǎo)眼的開(kāi)發(fā)水平井，設(shè)計(jì)井深4 372.68 m，水平段長(zhǎng)1 200.00 m，需穿過(guò)高漏失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

3.1.1 隨鉆封堵防漏與堵漏

鉆穿延長(zhǎng)組地層、進(jìn)入劉家溝組地層前進(jìn)行一次短起下鉆，確保環(huán)空通暢，提前混入預(yù)配好的隨鉆堵漏漿，排量及時(shí)降低至28 L/s左右，嚴(yán)格控制起下鉆速度，防止抽汲或激動(dòng)壓力造成井漏，下鉆過(guò)程中堅(jiān)持分段循環(huán)鉆井液，循環(huán)前要先轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具5～10 min破壞鉆井液結(jié)構(gòu)，再緩慢開(kāi)泵逐漸提升排量；加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)井漏及時(shí)降低排量，控時(shí)鉆進(jìn)，測(cè)量漏速，實(shí)施正確的堵漏方法和程序。

二開(kāi)導(dǎo)眼段進(jìn)入劉家溝組中下部易漏地層，正式定向鉆進(jìn)前，因特殊情況未按照制定的技術(shù)方案和計(jì)劃及時(shí)混入備好的封堵漿進(jìn)行隨鉆封堵防漏的情況下，自井深2 484.00 m快速?gòu)?fù)合鉆進(jìn)至井深2 490.04 m，鉆井液密度1.13 kg/L，發(fā)生失返性漏失，立即泵入儲(chǔ)備的封堵漿95.0 m3，全井循環(huán)不漏，堵漏成功后恢復(fù)正常鉆進(jìn)，其間井下正常無(wú)漏失，隨鉆封堵承壓防漏效果良好，提高鉆井液密度至1.15～1.17 kg/L，一次性鉆穿了劉家溝組易漏地層。后因定向儀器故障及為了滿足地質(zhì)錄井要求，被迫篩除井漿中的隨鉆封堵材料，導(dǎo)致隨鉆防漏效果變差，以及為了防止下部泥巖地層的垮塌提高鉆井液密度至1.22 kg/L等原因，在井深2 611.50，2 718.58和3 066.00 m處(石千峰組地層)鉆遇漏層發(fā)生漏失，及時(shí)采用橋堵和可控膨脹堵漏劑堵漏成功。另外，改變了常用的關(guān)井憋壓間歇式擠堵工藝，采用優(yōu)化的堵漏漿配方結(jié)合液柱壓差的作用實(shí)施有效封堵，將井壁裂隙性巖石緊緊壓住，防止其脫落，提高井眼對(duì)鉆井液密度的適應(yīng)范圍[7]，避免了對(duì)裂縫破碎性地層穩(wěn)定性的擠壓破壞。

3.1.2 鉆井液密度控制

泥巖地層力學(xué)穩(wěn)定性差，加劇了井壁垮塌的可能性[8]。為了防止石盒子組泥巖地層的應(yīng)力性垮塌掉塊，在加足封堵防塌材料強(qiáng)化鉆井液的封堵能力及提高抑制性的基礎(chǔ)上，二開(kāi)堅(jiān)持“導(dǎo)眼防漏、主眼防塌、漏塌兼顧分治”的技術(shù)思路，按照循環(huán)周混入加重材料，并清除鉆井液中的有害固相，補(bǔ)充潤(rùn)滑劑，分井段精細(xì)控制鉆井液密度，降低井漏井塌風(fēng)險(xiǎn)。三開(kāi)水平段地層為下石盒子組盒3段，鉆至井深3 211.00 m時(shí)鉆遇泥巖后，及時(shí)將鉆井液密度提高至1.25 kg/L，并加入環(huán)保防塌型改性淀粉、磺化瀝青、納米封堵劑等來(lái)提高鉆井液的封堵能力，確保了井壁穩(wěn)定。

3.1.3 鉆井液抑制性控制

針對(duì)水敏性泥巖地層存在的水化膨脹分散易失穩(wěn)的問(wèn)題，鉆井過(guò)程中主要采用K-PAM、聚胺、防塌降濾失劑和改性防塌淀粉等處理劑來(lái)提高鉆井液的化學(xué)抑制性，降低井壁巖石水化程度，并提高濾餅質(zhì)量，嚴(yán)控濾失量，增強(qiáng)鉆井液的造壁性，提高薄弱地層的抗張強(qiáng)度，返出的巖屑完整，棱角分明。

3.1.4 鉆井液濾失造壁性控制

鉆井液濾液進(jìn)入地層層理和裂縫中容易引起強(qiáng)度降低，黏土礦物水化膨脹和分散，加劇井壁坍塌。為了提高地層承壓能力、減少濾液侵入[9-10]，要求鉆井液具有良好的好的封堵能力，鉆井過(guò)程中采用聚合物降濾失劑KJ-1、環(huán)保改性防塌淀粉和封堵防塌材料磺化瀝青、超細(xì)碳酸鈣、納米封堵劑、PB-1及磺化處理劑(SMP、SPNH)等相互配合改善濾餅質(zhì)量；加強(qiáng)固相控制，高效清除有害固相，固相含量控制在10%以下，保持良好的造壁性和封堵性；API濾失量控制在5 mL以下，在易失穩(wěn)泥巖層段濾失量控制在3 mL以下，同時(shí)適當(dāng)提高濾液黏度[11]，降低井壁滲透壓力，保持井壁穩(wěn)定性。

3.1.5 鉆井液流變性控制

根據(jù)地層和巖性，利用聚合物的優(yōu)良特性及時(shí)調(diào)整鉆井液的流變性能，控制六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6轉(zhuǎn)讀數(shù)為12～18，動(dòng)切力10～20 Pa，動(dòng)塑比0.25～0.50 Pa/(mPa·s)，在裂縫破碎性層段鉆井液維持較好的流變性能，減少紊流出現(xiàn)，避免對(duì)井壁造成沖刷破壞。提高鉆井液的攜巖能力，間斷采用“稀塞+稠塞”的方式攜帶巖屑，凈化井眼，防止形成巖屑床，降低大斜度段和水平段的摩阻。

3.1.6 鉆井液潤(rùn)滑性控制

井斜角達(dá)到60°后，加入高效潤(rùn)滑劑并保持其含量在2.0%以上，采用固液混合潤(rùn)滑防卡技術(shù)，定期測(cè)定，嚴(yán)格控制摩阻系數(shù)在0.07以下，以提高鉆井液的潤(rùn)滑性。

3.2 應(yīng)用效果

JPH351井隨鉆承壓堵漏應(yīng)用效果顯著，順利鉆穿劉家溝組易漏地層且成功封堵了井深2 490.04 m處的失返性漏失，縮短堵漏時(shí)間40%以上；解決了劉家溝組地層復(fù)漏的問(wèn)題，顯著減少了漏失次數(shù)，因漏失引起的復(fù)雜時(shí)間僅8.3 d，節(jié)約了處理費(fèi)用。采用強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液，保證了鉆遇多段泥巖時(shí)未發(fā)生坍塌問(wèn)題，二開(kāi)導(dǎo)眼、主井眼石盒子組和石千峰組地層井壁穩(wěn)定，二開(kāi)易塌井段平均井徑擴(kuò)大率為4.73%。三開(kāi)水平段含回填重鉆累計(jì)鉆遇11段泥巖，合計(jì)長(zhǎng)度513.00 m，泥巖占比達(dá)35.92%，其中3 200.00～3 292.00 m井段92.00 m長(zhǎng)泥巖段揭開(kāi)52 d后，井眼仍保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)井壁坍塌現(xiàn)象，與同期鄰井相比，井下故障明顯減少。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 錦58井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，裂縫發(fā)育，連通性好，井漏是井下復(fù)雜情況的主要誘因。劉家溝組地層易出現(xiàn)惡性漏失，漏層位置難以準(zhǔn)確判斷，且易重復(fù)漏失；石盒子組和石千峰組泥巖段井壁不穩(wěn)定，易造成坍塌、掉塊和卡鉆等。

2) 由于地層抗破碎能力差且存在窄或負(fù)的安全密度窗口，鉆井液密度的分段精細(xì)控制配合實(shí)施有效的隨鉆封堵，對(duì)防漏防塌至關(guān)重要。

3) 錦58井區(qū)3口水平井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，隨鉆承壓防漏堵漏和井壁穩(wěn)定技術(shù)可以解決錦58井區(qū)水平井鉆井中存在的井漏及井眼失穩(wěn)問(wèn)題，保障了安全高效鉆井。

4) 錦58井區(qū)水平井段地質(zhì)卡層與巖性預(yù)測(cè)需要更加精準(zhǔn)及時(shí)，以便進(jìn)一步減少或避免鉆井過(guò)程中復(fù)雜情況的發(fā)生。

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