G636區塊安全鉆井鉆井液技術及配套措施

柳洪鵬

（大慶鉆探鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

所施工的G636區塊內葡萄花油層已投入注水開發。該區塊儲層物性差，注水井降壓慢，關井19個月測量注水井壓力最低7.5MPa,最高達到13MPa；P油層顯裂縫與微裂縫普遍發育，易井漏；設計井區塊450m范圍內共有套損井24口，由于水竄影響，造成多口井同一裸眼井段內分布多套壓力層系，使用較高的鉆井液密度平衡地層壓力時，容易引發薄弱井段井漏等復雜情況，導致鉆井液密度窗口狹窄，成為制約該區塊內鉆井施工的技術瓶頸，通過在該區塊開展安全鉆井液技術及配套措施的應用，減少了井漏、油氣侵的發生，取得了較好的效果，確保了該區塊安全施工。

1 地質概況及施工難點

1.1 地質概況

XZ油田構造解釋斷層均為正斷層，斷層走向近南北向，延伸長度2.0～10.0km，一般5.0km，斷距一般為30.0m，最大可達70.0m。G636區塊位于東部斷裂帶，被幾條南北延伸的大斷裂層分割成4個小斷塊。該區塊儲層物性較差，注水井降壓緩慢。開采目的層為P油層，該油層顯裂縫與微裂縫普遍發育，裂縫發育頻率是0.087條/m，通過188口井砂巖裂縫發育情況的解釋，平均每米砂巖發育裂縫1.47點，PⅠ沉積單元裂縫最發育，裂縫強度達1.69點/m。地層自上而下為：第四系、第三系T組，白堊系上統S組，白堊系下統N祖、Y組及Q組。

1.2 施工難點

（1）區塊510m-840H油層為含氣水層，且異常高壓，易發生油氣侵；

（2）G636區塊地層滲透性低，物性差，注水井降壓慢，關井18個月測量注水井壓力最低7MPa,最高達到13MPa,因此施工中要求鉆井液密度較高；

（3）P油層顯裂縫與微裂縫普遍發育，易井漏；

（4）長期注水，地質巖性發生變化，難以準確預測壓力，并且井壁穩定性變差；

（5）設計井區塊450m范圍內共有套損井24口，截止2013年，該區塊共有裂縫見水井51口，地層水活躍，易發生水竄，造成多口井同一裸眼井段內分布多套壓力層系。

2 安全鉆井液技術

針對施工難點，開展窄安全密度窗口鉆井液技術應用，以滿足該區塊的施工要求。該鉆井液技術主要是利用特殊聚合物處理劑在高滲砂巖孔隙及微裂縫端口處濃集成膠束，依靠聚合物膠束或膠粒界面吸力及其可變形性，協同惰性固體顆粒、纖維，并在聚合物顆粒逐步溶脹作用下，在井壁表面形成致密超低滲透封堵膜。使鉆井液的屏蔽效果和封堵效果顯著提高，降低鉆井液造成井壁楔形開裂得風險，提高井壁的承壓能力。

2.1 非滲透封堵劑的改進

針對該區塊地層顯裂縫與微裂縫普遍發育的特點，為了提高地層封堵效果和井壁承壓能力，對原有的非滲透封堵劑進行了改進，在保持特殊聚合物含量不變的前提下，對惰性固體顆粒和纖維進行了配伍組分調整，并適當增大了固體顆粒的粒徑尺寸。針對該區塊裂縫發育的特點，在保持聚合物含量不變的前提下，對惰性固體顆粒和纖維進行了配伍組分調整，將纖維比例由30%提高到40%，強化了架橋能力，固體顆粒的粒徑尺寸比其他區塊增加了5%～10%，柔性纖維的長度增加了10%～15%。

選取3種不同組分的封堵劑進行實驗，其中Ⅰ型封堵劑中固體顆粒：纖維為6:4；Ⅱ型封堵劑中固體顆粒：纖維為7:3；Ⅲ型封堵劑中固體顆粒：纖維為8∶2。實驗數據見表1。

表1 封堵劑組分優選實驗

表1砂床漏失實驗數據表明，Ⅱ型非滲透封堵劑具有良好的成膜封堵能力，很好地防止砂巖儲層滲、漏的能力，可提高井壁的承壓能力。當壓力加到1.2MPa時，Ⅱ型封堵劑的漏失量為零。確定Ⅱ型封堵劑為該區塊使用的非滲透封堵劑。

2.2 非滲透封堵劑加量優選實驗

利用砂床堵漏實驗的方法，對非滲透封堵劑的成膜封堵能力與合理加量進行了實驗，由實驗結果可以看出膨潤土配漿鉆井液瞬時全部漏失，而加入非滲透封堵劑的膨潤土配漿鉆井液漏失封堵效果明顯。實驗數據見表2。

表2 砂床漏失實驗

表2砂床漏失實驗數據表明，在膨潤土漿中，封堵劑加量為2%時即可實現零濾失，其浸入砂床深度為6.2cm；在鉆井液中，封堵劑加量為1%時即可實現零濾失，其浸入砂床深度為7.8cm；加2%時零濾失，浸入深度為3.7cm；加3%時零濾失，浸入深度為2.6cm；加4%時零濾失，浸入深度為2.1cm；確定非滲透封堵劑的加量可選擇在2%～3%范圍。

2.3 非滲透封堵劑常規性能實驗

通過在現場乳液高分子鉆井液體系中加入不同量非滲透封堵劑，進行常規性能對比實驗，數據見表3。

從表3實驗數據表明，鉆井液為正常配方的乳液高分子鉆井液體系，非滲透封堵劑加量在3%以下對鉆井液密度、粘度、動塑比、泥餅厚度的影響較小。加量在4%左右時，鉆井液性能參數值都有明顯的升高，現場在維護鉆井液的流變性能時，難度也相應增加。根據砂床浸入深度的大小和鉆井液的流變性能變化，綜合起來優選封堵劑的加量為2%～3%。

表3 室內各種加量配伍性評價實驗

2.4 現場應用方案

（1）針對封堵劑在使用時稍有提粘問題，調整了防漏劑的加量及加入方法，進行了降粘效果處理，使加入該處理劑時鉆井液增粘控制在5s以內。

（2）在現場使用中，提前處調整好鉆井液性能，充分使用好固控設備，以減少無用的固相含量。根據鄰井的情況，調整防漏劑的加量，保證鉆井液中含有充足的防漏劑。

（3）針對地層系間壓力不平均，壓力系數較高，而地層破裂壓力低的實際，在鉆井液施工中運用了逐級加重防漏鉆井液技術。即在進入油層前和完鉆前分別給出加重密度區間，施工中按密度設計進行加重，在油層采用近平衡或欠平衡鉆進。避免了象以前油層前一次將密度加到，油層鉆進易發生井漏的問題。

3 安全鉆井液配套技術

3.1 科學確定鉆井液密度窗口

通過將地質數據信息、鉆井數據信息、復雜事故數據信息、注采數據信息、測井數據信息等基礎數據信息綜合起來對比分析，計算單井密度窗口范圍，并根據實鉆情況修正計算模型，從而確定區塊修正系數，有效預防井涌、井漏等復雜情況。單井鉆井液密度計算公式如下：

式中：ρd——設計鉆井液密度，g/cm3；

p余——井口余壓，MPa；

ρ水——水密度，取 1.0g/cm3；

p安——附加安全壓力，0.05～0.1MPa；

h射——水井射孔油層頂深，m；

r——區塊修正系數(根據鄰井實鉆情況確定)，g/cm3。

通過該計算公式，可計算出注水區塊各井段鉆井液密度，并根據實際鉆井情況，確定修整系數，從而準確判斷出鉆井液密度窗口范圍。

3.2 應用自洗式隨鉆劃眼工具

自洗式隨鉆劃眼工具的關鍵技術有兩2點：一是實現隨鉆劃眼。利用鉆進過程中鉆柱旋轉帶動該工具旋轉，工具的外翼對井壁進行刮削達到規范井壁，即劃眼的效果。二是實現自洗。工具的外翼成螺旋狀分布，設計時充分考慮鉆井液上返時產生的旋流和沖擊力，將工具清洗干凈，從而達到自洗的效果，有效地預防了泥包現象的發生。

通過在該區塊應用自洗式隨鉆劃眼工具，該區塊施工的井井徑規則，未出現環空憋壓及井漏等復雜情況，減少短起下鉆時間，節省了處理井漏的時間和費用。

3.3 其他防漏現場工程技術措施

（1）表層二開洗井，堅持采用相應尺寸的牙輪鉆頭，杜絕PDC直接二開。

（2）上部地層（300m之前）鉆進采用?220mmPDC鉆頭，擴大井眼環空，避免環空憋壓的發生。

（3）控制鉆進速度，使鉆屑充分上返，同時鉆完一個單根多次劃眼并上提下放沖洗井壁，防止鉆屑堆積形成砂橋或鉆屑拍向井壁產生縮徑；定向井在定向期間不能控制鉆速，鉆半個單根上提下放沖洗并劃眼，使鉆屑充分上返。

（4）保持鉆井液性能穩定，控制粘度，避免高粘度打鉆，防止泥包鉆頭鉆具；定向井提前加入潤滑劑，除了潤滑鉆頭鉆具防卡外，還能起到減弱泥包的作用。

（5）因測斜、起下鉆等原因停止循環，恢復后要充分循環，待鉆屑離開井底且鉆井液性能恢復后鉆進，防止鉆頭泥包。

（6）避免一點長時間循環，防止形成大肚子井眼鉆屑堆積形成砂橋。

（7）加足防塌劑，控制鉆井液濾失量小于4mL，防止泥巖吸水膨脹縮徑。

（8）鉆開油層前進行一次短起下鉆，疏通井眼。

（9）控制下鉆、下套管速度，防止激動壓力產生井漏。

（10）下鉆、下套管中途多次循環，每次循環一周以上。

3.4 高鉆井液密度下防卡措施

G636區塊共施工30口井，均為斜井，且完鉆有15口井設計井壁取芯和加測項目，高密度下易在鉆進和電測過程中發生卡鉆、卡儀器事故，一旦發生遇卡事故，特別是卡儀器事故，井下靜止時間過長易誘發油氣侵甚至井涌事故，所以鉆井液潤滑性十分重要。鑒于上述情況，在鉆井液潤滑技術方案上，我們采取了潤滑、封堵相結合辦法。首先提高鉆井液的潤滑性，適當增加鉆井液中潤滑材料的加量，根據不同的目的層位移，增加RH3潤滑劑、復合環保油和多功能固體潤滑劑的數量。其次，結合封堵防漏技術，利用封堵劑的良好封堵造壁性，防止油層井壁虛、厚的泥餅。具體潤滑技術方案如下：

（1）目的層位移小于50m，不需要潤滑劑，注意維護好鉆井液性能；

（2）目的層位移大于等于50m小于200m,RH3潤滑劑1500kg；

（3）目的層位移大于等于200m小于300m,RH3潤滑劑2000kg，復合環保油500kg，多功能固體潤滑劑1000kg；

（4）目的層位移大于等于300m小于400m,RH3潤滑劑3000kg，復合環保油500kg，多功能固體潤滑劑1500kg；

（5）位目的層移大于等于400m，RH3潤滑劑3000kg，復合環保油1000kg，多功能固體潤滑劑2500kg。

4 現場應用情況

窄安全密度窗口鉆井液技術及配套措施在XZ油田G636區塊共應用30口井，每口井使用具有膜效應的封堵劑3t，發生井漏2口，未發生井控事故。復雜井簡況及處理措施見表4。

表4 復雜井處理措施

5 結論

（1）窄安全密度窗口鉆井液技術可以保證XZ油田G636區塊鉆井安全、順利施工。

（2）利用特殊聚合物的溶脹聚合成膜效果和短纖維惰性固體的封堵效果的雙重作用，可以很好地提高易漏井井壁的承壓能力，顯著提高了所鉆井底層的破裂壓力，起到了很好的防漏效果。

（3）根據現場發生的復雜情況，通過采取及時調整密度、加入封堵材料提高地層承壓能力，能夠成功處理復雜情況。

（4）自洗式隨鉆劃眼工具的應用，很好地解決了鉆進中環空憋壓的問題。