蘇里格氣井水平井鉆井液技術(shù)難點分析

段曉東，趙 強

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

蘇里格氣井水平井鉆井液技術(shù)難點分析

段曉東*，趙 強

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830000）

氣井水平井鉆井液是氣井水平井鉆井中最為關(guān)鍵的技術(shù)，突出的表現(xiàn)在井眼凈化、井壁穩(wěn)定、潤滑防卡、產(chǎn)層保護等幾項關(guān)鍵技術(shù)。蘇里格氣井水平井鉆井液技術(shù)除具有以上技術(shù)難題外，最關(guān)鍵的技術(shù)是如何有效地控制大斜度井段“雙石層”、山西、太原組煤層的垮塌和有效預(yù)防PDC鉆頭的泥包，以提高斜井段的機械鉆速為最終目的。

水平井；鉆井液；難點分析

1 鉆井液技術(shù)難點

（1）蘇里格二開直井段直羅組垮塌嚴重，這是一直制約蘇里格區(qū)塊提高電測一次成功率的主要原因。

（2）區(qū)塊普遍存在延長、劉家溝組地層承壓能力低，完成的常規(guī)井曾發(fā)生過多次滲透性漏失和“只進不出”的大型漏失，氣井水平井大斜度井段為了平衡“雙石層”和煤層的垮塌，要提高鉆井液密度至1.28～1.35g/cm3,更易發(fā)生壓差性漏失。2010年水平井共發(fā)生漏失10井次，其中使用橋塞堵漏39次、注水泥堵漏10次，共計損失時間2175h。漏失區(qū)域分散，主要是蘇36、蘇5、靖中北及子洲區(qū)塊，尤其是蘇5區(qū)塊漏失量最頻繁；而漏失地層主要是承壓能力較低的劉家溝組和水平段的石盒子組。因此，處理好井漏和井塌的矛盾是氣井水平井鉆井液的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）雙石層、煤層正好處于大斜度井段，這不僅增加了垮塌層井段的長度，同時井筒內(nèi)的力學平衡也發(fā)生了根本的變化。這是導(dǎo)致水平井、定向井在斜井段易發(fā)生復(fù)雜和事故的致命因素。

（4）如何優(yōu)化鉆井液體系、性能、組分，通過鉆頭選型，水力參數(shù)優(yōu)化，是預(yù)防PDC鉆頭泥包和提高斜井段機械鉆速的關(guān)鍵。

（5）如何通過改善水力參數(shù)、調(diào)節(jié)鉆井液的攜砂能力，同時采取有效的井眼軌跡控制、提高復(fù)合鉆井井段等工程措施，是大斜度井段和水平段攜砂的關(guān)鍵；同時也是降低摩阻的關(guān)鍵。

（6）如何通過改善泥餅質(zhì)量，提高鉆井液的潤滑性，是水平井鉆井液防卡潤滑的關(guān)鍵。

（7）如何合理使用四級固控、合理調(diào)整體系中的固相匹配，是實現(xiàn)低摩阻、低失水、優(yōu)質(zhì)泥餅的前提。

2 鉆井液技術(shù)措施

2.1 鉆井液關(guān)鍵技術(shù)

（1）“雙石層”煤層的防塌仍然是氣井水平井鉆井液工作的重點。

（2）通過擠封堵漏和隨鉆堵漏逐漸提高地層承壓能力是“雙石層”煤層防塌的力學基礎(chǔ)。

（3）斜井段推廣使用無土相復(fù)合鹽水鉆井液體系，是解決“雙石層”的垮塌、PDC鉆頭的泥包、提高機械鉆速和降低鉆井液成本的關(guān)鍵。

（4）四級固控的正常使用是維護好鉆井液性能的最基本的手段。

2.2 鉆井液的轉(zhuǎn)化

（1）在井下正常的情況下要盡量使用清水聚合物泥漿鉆穿石千峰上部造漿地層。然后徹底轉(zhuǎn)化為復(fù)合鹽無土相鉆井液體系。

（2）在井下不正常的情況下，在轉(zhuǎn)化時必須配40m3白土三磺泥漿清掃井筒內(nèi)未帶出的巖屑，白土的加量要控制在總泥漿量不超過3%的范圍內(nèi)，要進一步提高泥漿的攜砂能力需通過加CMS-1、XCD和無機鹽來實現(xiàn)，同時白土漿要回收不要混在復(fù)合鹽水體系中，以免影響鉆井液性能。

（3）泥漿的轉(zhuǎn)化要按水平井下部井段抗鹽、抗高溫無土相復(fù)合鹽體系進行，嚴禁加入不抗鹽、不抗高溫的其他處理劑，轉(zhuǎn)化三磺鹽水泥漿的主處理劑為：、CMS、JT-1、PAC、SFT-1。

（4）鉆井液體系轉(zhuǎn)化配方：

原漿+0.2%～0.3%PAC+3%～4%QS-4+2%～3%CMS-1+0.2%～0.3%JT-1+1%～1.5%SMP-2+ 1.5%～2%SFT-1+5%～10%無機鹽+3%～4%有機鹽+ 0.1%NaOH。

控制性能:ρ=1.06～1.10g/cm3，T=38～45s，F(xiàn)L= 4～6mL，pH=9。

加藥順序：按循環(huán)周按上述配方先交替加入、PAC、CMS、JT-1、SFT-1、SMP-2、QS-4，循環(huán)打鉆6～8h后再加入NaOH，WT-1、工業(yè)鹽。

2.3 提高延長組、劉家溝組底地層承壓能力，強化擠封堵漏的技術(shù)措施[1]

由于延長、劉家溝組易漏地層與“雙石層”等易塌地層同處在同一裸眼井段，解決好易塌層垮塌和上部易漏層承壓能力的提高是技術(shù)的關(guān)鍵。鉆進過程中加入DF-A，同時加入CWD-1、K-PAM、6%～10%的KCl提高體系的抑制性，解決井漏與井塌的矛盾；與常規(guī)井不同的是水平井要求有更高的密度提升空間,即地層達到更高的承壓能力。

（1）在易發(fā)生漏失的井區(qū)，鉆井液轉(zhuǎn)化后將密度逐漸提高到1.13～1.15g/cm3，若不發(fā)生漏失最終可通過加入DF-A、鋸末及超細碳酸鈣等進一步提高地層承壓能力達到1.20g/cm3左右。若地層承壓能力不能達到1.20g/cm3時，要采取提高地層承壓能力的擠封堵漏工作。

（2）尤其是漏失嚴重的蘇5井區(qū)，在鉆穿劉家溝組后，要按當量密度1.25g/cm3做好地層承壓能力實驗。達不到此承壓能力的必須進行承壓堵漏。

2.4 防“雙石層”煤層垮塌的鉆井液措施

“雙石層”煤層垮塌的治理是氣井水平井的關(guān)鍵，石千峰、石盒子等易垮塌地層正好處于大斜度井段，而采用的復(fù)合鹽鉆井液體系具有：在大斜度井段“防塌攜砂能力強、防PDC鉆頭泥包能力強、總固相含量低、潤滑性好”的特點。

2.4.1 提高鉆井液體系的防塌能力的主要思路

（1）做承壓實驗時，若當量密度能達到1.20g/cm3，可盡量提高鉆井液密度。具體地通過增加無機鹽和有機鹽的含量提高密度。在井斜45°將密度提高到1.23～1.25g/cm3,在井斜＞45°逐漸將密度提高到1.25～1.28g/cm3,井斜達到60°以上密度必須達到1.28g/cm3。穿越下古煤層時要將鉆井液密度提高到1.30g/cm3以上。

（2）增大鉆井液中無機鹽和有機鹽含量，使鉆井液的礦化度遠大于地層水的礦化度，有效地降低鉆井液中水的活度，提高鉆井液對地層的抑制能力。第一次轉(zhuǎn)化鹽水泥漿工業(yè)鹽的加量不少于泥漿量的5%，WT-1加量不少于3%。

（3）提高鉆井液中封堵粒子的含量，增加陽離子乳化瀝青質(zhì)和細目碳酸鈣的含量。SFT含量達到1.5%～2%，QS-4含量3%～4%。要通過有效的封堵來降低地層的坍塌壓力。

（4）嚴格控制鉆井液的濾失量，要求API濾失量在5mL以下，HTHP濾失量在15mL以下。兼顧降失水、強封堵、提動切力、改善泥漿流變性，根據(jù)泥漿性能和各種處理劑的特性使用好各種處理劑。

（5）加入K-PAM、CWD-1增強體系的抑制性，特別是在易造漿的石千峰地層要加大用量，一方面防塌，另一方面可有效地防PDC鉆頭泥包。

通過以上措施來增強體系的防塌、防漏能力、同時提高漏失層的承壓能力和降低垮塌層的坍塌壓力，在盡可能降低鉆井液密度的情況下，達到防漏防塌效果，實現(xiàn)提高鉆井速度的綜合鉆井液技術(shù)。

2.4.2 推薦斜井段鉆井液性能控制（表1）

表1 鉆井液性能控制表

2.5 斜井段、水平段有效攜砂措施

（1）保證足夠大的排量，力爭環(huán)空返速度達到1.0m/s，防止巖屑床的形成。

（2）大斜度井段和水平井段通過加CMS-1和XCD來提高泥漿的攜砂能力，減小巖屑床的形成的機率。

（3）確保鉆井液具有良好的流動性，要采用適當?shù)恼扯?，防止在斜井段粘切過高或過低而造成的攜砂困難。

2.6 斜井段、水平段的防卡潤滑措施[2]

（1）斜井段采用低固相含量的鉆井液是降低斜井段摩阻和扭矩的基礎(chǔ)，通過調(diào)整鉆井液中的組分形成薄、致密光滑的泥餅，同時原油、XCS-3、GD-2等潤滑劑來實現(xiàn)低摩阻和扭矩。

（2）強化四級固控的使用：進入斜井段要合理使用四級固控設(shè)備，嚴格控制鉆井液中的有害固相，含砂量小于0.3%，在固控設(shè)備不能滿足的情況下，采用清罐或替換部分鉆井液來降低有害固相。

①搞好一級固控，選用波浪篩布，篩布要求在100～120目，要求泥漿要100%的過篩。

②鉆進時，不間斷地開啟除砂、除泥器，離心機對加重鉆井液要通過清除—加重—清除的措施來調(diào)整鉆井液中的固相比例。

③每次起鉆前和下鉆后可配置“清掃液”清洗井眼。

2.7 PDC鉆頭泥包的原因分析及對策

2.7.1 PDC鉆頭泥包分析

（1）鉆井液性能：鉆井液性能差，如抑制性、潤滑性能差,失水大、濾餅厚、粘土含量高等。

（2）地質(zhì)因素：軟泥巖地層、易吸水膨脹的地層或軟硬交錯的地層，易形成泥包。

（3）鉆井參數(shù)：鉆進中排量較小，未能將鉆屑及時帶離井底，造成重復(fù)切削。鉆進中鉆壓不均勻，鉆時變慢后，盲目加大鉆壓。

（4）鉆頭選型：選用中心孔流道較小的PDC鉆頭，導(dǎo)致鉆屑滯留在底部。

2.7.2 預(yù)防PDC鉆頭泥包的技術(shù)對策

（1）預(yù)防PDC鉆頭泥包的鉆井液維護的核心是：一是通過維持大分子包被劑、無機鹽、有機鹽等強抑制劑的含量，提高鉆井液的抑制性，抑制泥巖地層造漿、分散；二是保持低土相、低活性固相含量。

（2）復(fù)合鹽鉆井液防PDC泥包的維護：一是確保體系中有足夠的抑制劑的含量，主要通過觀測鉆屑和鉆井液的性能來掌握。一方面做到泥巖段的砂樣成型好，不粘篩布；另一方面就是鉆井液的性能在泥巖段鉆進變化不大，密度、粘度、固含不升，性能穩(wěn)定。二是加強固控，保持鉆井液中低密度固相的含量始終保持較低水平。三是工程措施：一方面PDC鉆頭鉆速快、鉆屑多，必須要有足夠的排量，避免鉆屑重復(fù)切削會形成淤泥而泥包鉆頭，要求環(huán)空上返速度達到1.00m/s；另一方面是鉆壓要合理，送鉆要均勻，速度太快時要適當控制鉆壓。最后要盡量避免長時間、長井段的滑動鉆進。

2.8 防煤層垮塌的技術(shù)措施

泥漿措施：由于我們所鉆遇的煤層均為陸相沉積，遇水極易分散。防煤層垮塌的泥漿技術(shù)措施應(yīng)從提高泥漿密度和控制泥漿API及HTHP失水入手。

（1）進入山西組煤層前用密度為1.30～1.35g/cm3。

（2）采用CMS-1、JT-1、超細目碳酸鈣粉等處理劑，使泥漿API失水控制在4mL以下，HTHP失水控制在15mL以下，并且可形成薄而韌、滲透率低的泥餅。

（3）采用高粘度泥漿、粘度控制在80s以上，防止水力對煤層的沖刷、工程在滿足攜砂的前提下在煤層采用較低的排量鉆進。

2.9 完鉆電測及下套管技術(shù)措施

（1）完鉆后大排量充分循環(huán)鉆井液2～3周，確保洗井徹底。

（2）配置15～20m3封閉潤滑液（原漿中加入GD-2、XCS-3）打入井底，封閉大斜度井段。

（3）短程起下鉆至造斜點附近，確保井眼暢通后開始起鉆，起鉆過程中連續(xù)灌漿，確保井筒內(nèi)液柱壓力足夠。

（4）電測期間，每測完一趟灌漿一次，確保鉆井液液面在井口。

（5）電測完按設(shè)計鉆具組合、扶正器通井，中途循環(huán)1～2次，到底后大排量充分循環(huán)鉆井液2～3周，確保洗井徹底；若下鉆遇阻，及時接方鉆桿建立循環(huán)劃眼，并根據(jù)井下情況處理好鉆井液，直到上提下方無遇阻，井眼暢通方可起鉆。

（6）下套管過程中按要求灌漿，中途在劉家溝組上不循環(huán)一次，并適當控制下放速度，以免憋漏地層。

（7）套管到底后及時頂泵，先單凡爾頂通后，三凡爾循環(huán)，等固井準備工作做完后再適當稀釋鉆井液后固井。

3 結(jié)論與認識

（1）擠封堵漏和隨鉆堵漏逐漸提高地層承壓能力是“雙石層”煤層防塌的力學基礎(chǔ)。

（2）PDC鉆頭泥包的鉆井液維護的核心是“一強、三低、一適當”，即強抑制、低粘切、低失水、低坂含、適當密度。

（3）配置15～20m3封閉潤滑液打入井底，封閉大斜度井段，有利于測井及下套管的順利進行。

[1] 王清臣，楊榮鋒，駱勝偉，等.擠封填充堵漏技術(shù)在山074-61井的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2012,29（1）.

[2]謝新剛,彭元超,李欣，等.長慶氣區(qū)儲氣庫Y37-2H井長水平段鉆井技術(shù)［J］.鉆井工程，2012,32(6).

TE243

B

1004-5716(2015)02-0042-03

2014-03-10

段曉東（1984-），男（漢族），陜西富平人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆井科技管理工作。