絨囊鉆井液在煤層氣樊試U1井組的應用

滑志超 王照輝 鄔恩中 許朋琛 石蕾（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司 河北 任丘 062552)

一、地質及工程簡況

樊試U1井組是沁水盆地南部晉城斜坡帶樊莊區塊的1組煤層氣U型井，該區塊地層由老至新包括下古生界奧陶系中統峰峰組（O2f）、上古生界石炭系中統本溪組（C2b）、上石炭統太原組（C3t）、二疊系下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、中統上石盒子組（P2s）、中生界三疊系（T）、新生界第三系（N）、第四系（Q）。其中主要含煤層系太原組含煤層6-12層，自上而下編號為5-16#，樊莊區塊為15#煤層發育區，厚度2-6.65m，是該U型井的主要產氣能力評價煤層。

該井組由工藝井樊試U1H和排采井樊試U1V組成。一開用膨潤土鉆井液，二開用聚合物鉆井液，三開為保護儲層用清水鉆進，鉆進至772m時出現垮塌和大量掉塊，轉換為絨囊鉆井液順利鉆至1501m與排采井連通，共計側鉆三次，絨囊鉆井液進尺1157m。

二、技術難點

由于地質構造、地層巖性特點及井深結構等原因，存在以下技術難點：

1.煤層段不同壓力共存，地質條件復雜

大部分地區的煤層壓力處于欠壓狀態，煤層氣儲層割理發育，而且應力敏感性強，作業過程中縫洞可能增大。非儲層由于地層埋深淺，壓實程度低，可能形成沒有流體壓力的開放性漏失地層。這就形成了煤層氣井不同壓力共存同一系統的復雜地質條件，因而煤層段井壁極不穩定，在鉆井完井過程中極易發生井壁坍塌、井漏、起下鉆遇卡、甚至埋掉井眼等井下復雜事故。

2.長裸眼，長時間浸泡下井眼清潔及井壁穩定問題

該區塊煤質脆弱，該地層用?152.4mm鉆頭進行滑動鉆進時，鉆速慢，時間長，產生的鉆屑太細，現有固控設備無法有效的清除鉆井液中的有害固相，導致摩阻增大，增大卡鉆風險。煤層前鉆遇的泥頁巖易水化，主力煤層15#煤層煤質脆弱易掉塊、坍塌。該組底部普遍發育的K1砂巖及中上部4-5層淺海相石灰巖（K2-K5灰巖），K5灰巖穩定性較差，長時間浸泡在鉆井液中，井壁易坍塌失穩。鉆進時井筒內產生后效氣體過多，影響鉆井液性能，造成泵壓減小。為滿足攜巖要求，需要鉆井液保持較大的粘度和切力，導致起下鉆產生的激動壓力易使井壁失穩。

三、施工對策

為了有效解決煤層段垮塌，提高攜巖效率，甲方經過研究決定將三開鉆井液體系轉換為絨囊鉆井液。

1.絨囊鉆井液體系的組成與結構

絨囊鉆井液由絨毛劑、囊層劑、成核劑、成膜劑等配制而成。絨囊具有由內向外的氣核、表面張力降低膜、高黏水層、高黏水層固定膜、水溶性改善膜、高分子量聚合物和表面活性劑濃度過渡層構成“一核兩層三膜”結構。

圖1 絨囊結構示意圖

2.絨囊鉆井液體系的特性與優點

（1）利用密度可調范圍大，自匹配封堵能力控制地層漏失

該體系可以實現無固相非加重鉆井液，密度在0.08～1.0g／cm3范圍可調，并且可以使用KCl將密度調節至更高范圍，滿足煤層多個壓力共存的施工需要，保證在安全鉆井和地層不發生應力敏感的前提下實現盡可能低的鉆井液密度，降低與地層之間的壓差。同時，抑制劑KCl可有效抑制黏土礦物的水化膨脹和垮塌。

絨囊鉆井液由于具有氣核的存在，可以隨著漏失通道的大小自行調節和堆積，實現對各種尺寸的漏失通道“絨囊封堵”。一則可以有效的控制煤層的漏失，提高承壓能力，二則能夠封堵煤層，避免對煤層深部污染，加之可降解性，從而降低對儲層的損害程度。比KCl鉆井液體系，更有效控制漏失量，降低儲層的改造難度。

（2）利用高分子提高鉆井液性能

該體系中成核劑、成膜劑作為表面活性劑，在絨囊機構中起到連接多種高分子物質并形成穩定結構的作用，提高了結構的穩定性，使該體系具備了低剪切速率下粘度大，高剪切速率下粘度小的特點，具有良好的觸變性，不但在長裸眼煤層水平段鉆進過程中能有效的將煤屑和煤層掉塊攜帶出井眼，而且能有效發揮水利破巖的作用，提高機械鉆速。

四、現場應用

1.絨囊鉆井液配方

清水+0.05%NaOH+1.5%囊層劑+0.4%絨毛劑+0.05%成核劑+0.05%成膜劑+2%氯化鉀，配制鉆井液80m3左右,密度0.96g/cm3，塑性黏度 14mPa·s，動切力 12.26Pa，動塑比0.88Pa/mPa·s，pH 值10。

2.現場維護

在鉆進過程中，改變絨囊鉆井液中成核劑和成膜劑的加量（加量范圍見表1），將密度控制在0.96～1.05g/cm3，漏斗粘度控制在38～55s，表觀粘度12～27mPa·s，塑性粘度6～14mPa·s，動切力6.13～20.44Pa，保持較好的流變性，維持較高的動塑比在0.9Pa/mPa·s左右，利于提高攜巖性，及時清除有害固相。鉆井液性能如表二所示。

使絨囊鉆井液的密度與地層壓力相匹配，結合絨囊鉆井液的封堵能力，在保證地層漏失通道暢通的情況下鉆進。遇大漏可加入絨毛劑增加靜切力，初切在10Pa以上，同時加入鋸末、棉籽殼等惰性堵漏材料，增加漏失通道的阻力，減緩漏失。密切觀察巖屑返出情況，發現掉塊，及時分析原因并采取相應的處理措施，保證鉆井液具有良好的抑制性能，穩定井壁。

合理使用固控設備，備用件齊全，保證固控設備的正常運轉，最大量的清除鉆井液中固相顆粒，最大程度的降低卡鉆風險和對煤層的污染，提高機械轉速。穩定或破壞因后效氣體導致體系所產生的氣泡。

完鉆后使用2～3%破膠劑洗井，加速高分子黏膜降解。

表1 絨囊鉆井液加量范圍

表2 絨囊鉆井液性能

895.00-861.00861.00-964.00964.00-1048.001048.00-1200.001200.00-1223.001223.00-1289.001289.00-1298.001298.00-1398.001398.00-1510.001.0322.5139.710.751.0527720.442.920.9918117.150.651.0219.5118.690.791.0219.5127.670.641.07126.131.021.03156.130.681.04196 9 118.180.741.058 8 8 8 8 8 8 8 818.5108.690.87

五、結論與認識

1.流變性好，絨囊鉆井液動塑比控制在0.64～0.88Pa/mPa?s，有效提高攜巖能力；

2.防漏能力好，絨囊鉆井液依靠自身特殊的囊泡結構，降低濾失量，有利于保護煤層；

3.抑制性好，絨囊鉆井液中加入抑制劑有效抑制煤層中粘土礦物水化膨脹，維持井壁穩定，同時減輕儲層傷害；

4.不影響其他作業，一般微泡鉆井液在應用過程中，由于含大量氣泡，在應用MWD時，信號傳輸能力差，影響了施工順利進行，絨囊鉆井液雖然是泡狀結構，在循環均勻的情況下，對MWD信號傳輸影響不大，且不影響井下動力鉆具的使用。

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