存在井間干擾的頁巖氣井精細(xì)控壓技術(shù)應(yīng)用

李 維，代 鋒，左 星

（1中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)處2中石油西南油氣田公司四川長(zhǎng)寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司3中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院）

李 維等.存在井間干擾的頁巖氣井精細(xì)控壓技術(shù)應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：103-105

四川長(zhǎng)寧區(qū)塊是國(guó)家頁巖氣重點(diǎn)開發(fā)區(qū)塊，呈現(xiàn)“井工廠”布井方式、平臺(tái)密集、規(guī)模大、產(chǎn)量高等特點(diǎn)。隨著勘探開發(fā)的推進(jìn)，待鉆井受同一平臺(tái)或鄰近平臺(tái)已壓裂井、投產(chǎn)井的影響逐漸顯現(xiàn)，井間干擾導(dǎo)致地層壓力系統(tǒng)敏感、窗口狹窄，給現(xiàn)場(chǎng)鉆井工作造成諸多難題。文章以N209H29-12井為例，分析其作業(yè)難點(diǎn)、對(duì)策和實(shí)施效果，擬為今后采用精細(xì)控壓技術(shù)［1-3］解決類似井鉆井難題提供借鑒。

一、作業(yè)難點(diǎn)分析

N209H29-12井是中國(guó)石油西南油氣田公司部署在長(zhǎng)寧頁巖氣區(qū)塊的一口開發(fā)井，設(shè)計(jì)井深5 562 m，目的層為龍馬溪組。該井2018年7月28日開鉆，2019年1月7日采用?215.9 mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深完鉆，在電測(cè)過程中發(fā)生井漏。

該井采用1.98 g／cm3的油基鉆井液電測(cè)作業(yè)，在設(shè)備對(duì)接、開泵泵送過程發(fā)生井漏失返，與鄰平臺(tái)壓裂返排井N209H7-3連通。橋漿多次堵漏未果，密度逐漸降至1.88 g／cm3，開泵循環(huán)井漏，平均漏速23.3 m3／h，停泵則返吐（開泵漏失量13 m3左右，停泵后返吐量在10 m3左右），同時(shí)發(fā)現(xiàn)返出鉆井液中油水比明顯降低（N209H7-3井返排液進(jìn)入N209H29-12井井筒），鉆井液密度最低至1.50 g／cm3，造成鉆井液性能變差，黏度增大，開泵環(huán)空憋堵，井下復(fù)雜進(jìn)一步惡化，無法正常施工作業(yè)。兩井形成“井間干擾”后，處理復(fù)雜，30 d共計(jì)漏失油基鉆井液1 527 m3。

N209H29-12井施工作業(yè)難點(diǎn)：

（1）本井在完鉆后，電測(cè)過程中發(fā)生井漏，因此不能準(zhǔn)確確定漏點(diǎn)位置。

（2）與鄰平臺(tái)井N209H7-3井連通，形成“井間干擾”。兩口井井筒壓力彼此相互影響，N209H29-12井持續(xù)井漏與返吐不利于井筒壓力恒定的控制，增加施工作業(yè)難度。

（3）地層返出液體造成鉆井液性能變差，可能引起環(huán)空蹩泵和井壁失穩(wěn)等問題；持續(xù)返吐還可能誘發(fā)N209H7-3井地層出氣，增加井控風(fēng)險(xiǎn)。

（4）常規(guī)高密度鉆井液吊灌起鉆，鉆井液漏失量大，可能進(jìn)一步增大地層壓力（鄰平臺(tái)井井筒壓力）易造成返吐，增大施工難度。

（5）常規(guī)固井方式，水泥漿漏失嚴(yán)重，固井過程頂替效率低；中途停泵期間易造成返吐，影響固井質(zhì)量。

二、精細(xì)控壓作業(yè)思路

精細(xì)控壓作業(yè)總體思路：①避免嚴(yán)重井漏或返吐，保持地層壓力穩(wěn)定（鄰平臺(tái)井井筒壓力）；②確定安全密度窗口；③通井、起鉆、下套管、固井過程，保持井筒壓力當(dāng)量密度在安全密度窗口范圍內(nèi)。

1.井筒壓力監(jiān)測(cè)方式

根據(jù)地層返吐液體特點(diǎn)（為鄰平臺(tái)井返排壓裂液和油基鉆井液混合物，可視為不可壓縮流體），采用水力學(xué)模型計(jì)算并結(jié)合地面微流監(jiān)測(cè)，通過井筒壓力實(shí)時(shí)計(jì)算與進(jìn)出口流量對(duì)比，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)井筒壓力。

2.摸索安全密度窗口

由于不確定漏點(diǎn)具體位置，無法準(zhǔn)確測(cè)定漏點(diǎn)的安全密度窗口。因此，本井以鉆具在井底循環(huán)作為參考點(diǎn)，測(cè)量不漏不吐臨界狀態(tài)時(shí)的施工參數(shù)，模擬井筒壓力安全密度窗口，指導(dǎo)井筒壓力控制。

3.起鉆方式

起鉆采用帶壓起鉆和重漿帽結(jié)合的方式［4-5］。帶壓起鉆是為平衡地層壓力并降低抽汲壓力，始終保持井筒壓力處于恒定狀態(tài)；重漿帽方式是為消除套壓對(duì)鉆具形成的上頂力，避免鉆具重量過低發(fā)生“放火箭”事故，注入重漿帽后進(jìn)行連續(xù)吊灌起鉆，可基本維持井筒壓力的穩(wěn)定狀態(tài)。

4.下套管作業(yè)

重漿帽返出前，井筒壓力處于平衡狀態(tài)，采用常規(guī)方式下套管；當(dāng)重漿帽返出后，逐漸提高井口套壓，補(bǔ)償因重漿帽返出減少的井筒壓力，進(jìn)行帶壓下套管。

5.固井作業(yè)

采用合適的鉆井液密度和控壓值，進(jìn)行控壓固井作業(yè)。水泥漿注入過程控制套壓在低限值，停泵過程補(bǔ)償循環(huán)摩阻，確保井筒壓力始終等于或略大于地層壓力，使固井作業(yè)處于“不吐、微漏”狀態(tài)，避免地層流體進(jìn)入井筒，污染水泥漿影響固井質(zhì)量。

三、精細(xì)控壓技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（1）井身結(jié)構(gòu)。N209H29-12井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。

表1 N209H29-12井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

2.施工情況描述

N209H29-12井采用精細(xì)控壓技術(shù)后，下鉆到底，摸索了安全密度窗口，重新調(diào)整了鉆井液密度，控制井筒壓力當(dāng)量在安全密度窗口內(nèi)，有效解決了因“井間干擾”造成的又漏又吐的井下復(fù)雜問題，圓滿完成了后期施工作業(yè)。

2.1 下鉆通井

安裝精細(xì)控壓鉆井設(shè)備后，開始下鉆通井，出套管鞋后（2 203 m）每700 m循環(huán)一次。循環(huán)過程發(fā)現(xiàn)返出鉆井液受污嚴(yán)重，最低密度1.50 g／cm3，油水比由85∶15↓70∶30，并且從4 130 m處開始有遇阻現(xiàn)象，在4 130 ～4 150 m、4 507～4 515 m、4 590～4 604 m、4 738～4 742 m、5 020～5 030 m、5 108～5 120 m、5 144～5 161 m井段進(jìn)行劃眼，最大扭矩22 kN·m，劃眼耗時(shí)長(zhǎng)且漏失加快（漏速由3 m3／h↑10 m3／h），停泵伴隨返吐現(xiàn)象。為避免地層水進(jìn)一步進(jìn)入井筒污染鉆井液，造成井壁失穩(wěn)，后期根據(jù)下鉆返漿量控壓1～3 MPa下鉆。

當(dāng)劃眼至5 304 m，下放更加困難，漏速進(jìn)一步加大（↑15 m3／h），繼續(xù)下探存在較大風(fēng)險(xiǎn)。為避免持續(xù)井漏與返吐加劇井下復(fù)雜，影響本井后期作業(yè)和鄰平臺(tái)井N209H7-3井期投產(chǎn)，將5 304 m作為本井套管最終下深。

2.2 摸索密度窗口

在前期常規(guī)施工作業(yè)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，初步采用1.85 g／cm3的鉆井液置換井筒混漿，建立循環(huán)，結(jié)合地面微流監(jiān)測(cè)，根據(jù)進(jìn)出口流量平衡，逐漸調(diào)節(jié)鉆井液密度和排量，測(cè)量不同參數(shù)條件下的井漏、返吐臨界點(diǎn)。表2為在井深5 304 m，采用密度1.83 g／cm3的鉆井液，測(cè)量的不漏、不吐臨界點(diǎn)參數(shù)。

表2 不漏、不吐臨界點(diǎn)參數(shù)摸索情況

采用井筒壓力計(jì)算公式（1），循環(huán)狀態(tài)下，可模擬臨界狀態(tài)的井筒壓力分布及安全密度窗口［6-8］（模擬參數(shù)：密度1.83 g／cm3、排量22.8 L／s、控壓0～0.5 MPa、鉆井液屈服值5.5 Pa、塑性黏度50 mPa·s），圖1為采用臨界狀態(tài)施工參數(shù)模擬的井筒壓力安全密度窗口，將其作為井筒壓力控制依據(jù)。

靜止?fàn)顟B(tài)下，循環(huán)摩阻為0，一旦確定臨界狀態(tài)的鉆井液密度，就可以確定套壓控制范圍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況，鉆井液密度為1.83 g／cm3時(shí)，其套壓控制范圍為2.6～3 MPa。

式中：ph—H井深的井筒壓力，MPa；pl—H井深處的液柱壓力，MPa；pb—井口套壓，MPa；pf—H井深處的循環(huán)摩阻，通常采用水力學(xué)模型模擬計(jì)算，MPa。

由于農(nóng)民知識(shí)技能少，紅寺堡區(qū)農(nóng)業(yè)新技術(shù)的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用困難， 技術(shù)問題成為制約一些優(yōu)勢(shì)特色產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。此外，由于人力資本存量低，很多扶貧資金由于操作、開發(fā)不當(dāng)，不僅沒有產(chǎn)生遞增效應(yīng)，反而使這些投資損失殆盡，有些甚至還背上了沉重的債務(wù)包袱，陷入了“人力資本水平低—素質(zhì)技能不強(qiáng)，難以進(jìn)入資本市場(chǎng)，沒有創(chuàng)新精神—貧困”的惡性循環(huán)之中。

圖1 井筒壓力安全密度窗口

2.3 起鉆作業(yè)

起鉆采用帶壓起鉆+重漿帽方式，井段2 000～5 304 m實(shí)施控壓起鉆，在井段2 000 m注入重漿帽后常規(guī)起鉆。

在井段2 000～5 304 m起鉆過程控制套壓2.6～3.0 MPa，始終保持不漏或微漏狀態(tài)起鉆（漏速小于1 m3／h），避免出現(xiàn)返吐情況，圖2為控壓起鉆過程進(jìn)出口流量、套壓情況。控壓起鉆至井深2 000 m（套管鞋以上200 m左右），注入1.96 g／cm3重漿帽75 m3，附加壓力2.6 MPa，再連續(xù)灌漿常規(guī)起鉆，灌入量正常，沒有發(fā)生地層返吐狀況。

圖2 控壓起鉆過程進(jìn)出口流量、套壓情況

2.4 下套管作業(yè)

由于下入的?139.70 mm套管在水平井段需要使用?202 mm和?205 mm扶正器確保套管居中，前2 000 m套管下入過程無法使用旋轉(zhuǎn)控制頭，只能敞井下鉆；下至套管鞋后，安裝旋轉(zhuǎn)頭，分段排出重漿帽后，再控壓下鉆。

實(shí)施過程中，先常規(guī)下套管至2 000 m，出口返液正常。安裝旋轉(zhuǎn)頭后，采用地面微流監(jiān)測(cè)，根據(jù)返出量調(diào)節(jié)套壓0～3 MPa，控壓下套管至5 298 m，并分段循環(huán)排出高密度鉆井液。套管下到位后，循環(huán)發(fā)現(xiàn)返出少量1.70～1.90 g／cm3的鉆井液，說明井下依然存在返吐情況。隨后循環(huán)處理鉆井液，保持進(jìn)出口密度為1.83 g／cm3，為控壓固井做好準(zhǔn)備。

2.5 控壓固井作業(yè)

控壓固井［9］前，探索合理固井排量。當(dāng)排量21～22 L／s，井口不控壓，進(jìn)出口流量基本平穩(wěn)，并以此為依據(jù)，制定了固井過程壓力控制表（見表3）。

表3 固井工序及控壓值設(shè)定

固井過程，根據(jù)水泥漿注入量和鉆井液返出量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控壓值。整個(gè)固井過程平穩(wěn)順利，入口排量21～22 L／s，返出量19～21 L／s，停泵控壓值2.5～2.7 MPa，碰壓正常，環(huán)空憋壓1.5 MPa候凝，后期套管試壓合格，控壓固井過程漏失水泥漿共計(jì)6 m3。

2.6 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

（1）本井電測(cè)作業(yè)過程與鄰平臺(tái)井壓裂返排井N209H7-3井井筒互竄，形成“井間干擾”，造成又漏又吐井下復(fù)雜局面。采用精細(xì)控壓技術(shù)后，根據(jù)確定的井筒壓力安全密度窗口合理調(diào)節(jié)鉆井液密度和井口套壓，維持恒定井筒壓力狀態(tài)，僅用8 h恢復(fù)了施工，用時(shí)12 d便完成通井、起鉆、下套管、固井后續(xù)施工作業(yè)，共計(jì)漏失鉆井液188.9 m3，較常規(guī)鉆井減少漏失87.6%，處理復(fù)雜時(shí)間縮短98.9%。

（2）根據(jù)地層返吐液體的特點(diǎn)，固井過程通過進(jìn)出口流量對(duì)比，合理控制井筒壓力，既避免嚴(yán)重井漏，又防止地層液體返吐，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)固井排量，保障了固井質(zhì)量，合格率高達(dá)85.6%，控壓固井過程漏失水泥漿僅6 m3。

四、結(jié)論與建議

（1）采用精細(xì)控壓技術(shù)，保持井筒壓力平穩(wěn)，減小井漏或返吐程度，是維持地層壓力相對(duì)穩(wěn)定，解決“井間干擾”井下復(fù)雜的關(guān)鍵。

（2）針對(duì)地層返吐液體（不可壓縮流體）特點(diǎn)，通過地面微流監(jiān)測(cè)返出量調(diào)節(jié)套壓是本井精細(xì)控壓作業(yè)成功的重要手段。

（3）本井依據(jù)不漏不吐臨界狀態(tài)測(cè)量施工參數(shù)，模擬井筒壓力安全密度窗口，并結(jié)合地面微流監(jiān)測(cè)，進(jìn)行井筒壓力控制。該措施解決了漏點(diǎn)位置及安全密度窗口無法準(zhǔn)確確定，不能合理控壓的難題，為后期施工作業(yè)順利進(jìn)行提供了技術(shù)保障。