絨囊鉆井液在煤層氣樊試U1井組的應(yīng)用

滑志超 王照輝 鄔恩中 許朋琛 石蕾（中國石油集團(tuán)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(zhì)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(qū)塊的1組煤層氣U型井，該區(qū)塊地層由老至新包括下古生界奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、上古生界石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、上石炭統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、中統(tǒng)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(qū)塊為15#煤層發(fā)育區(qū)，厚度2-6.65m，是該U型井的主要產(chǎn)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(hù)儲層用清水鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至772m時出現(xiàn)垮塌和大量掉塊，轉(zhuǎn)換為絨囊鉆井液順利鉆至1501m與排采井連通，共計側(cè)鉆三次，絨囊鉆井液進(jìn)尺1157m。

二、技術(shù)難點(diǎn)

由于地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性特點(diǎn)及井深結(jié)構(gòu)等原因，存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

1.煤層段不同壓力共存，地質(zhì)條件復(fù)雜

大部分地區(qū)的煤層壓力處于欠壓狀態(tài)，煤層氣儲層割理發(fā)育，而且應(yīng)力敏感性強(qiáng)，作業(yè)過程中縫洞可能增大。非儲層由于地層埋深淺，壓實(shí)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(tǒng)的復(fù)雜地質(zhì)條件，因而煤層段井壁極不穩(wěn)定，在鉆井完井過程中極易發(fā)生井壁坍塌、井漏、起下鉆遇卡、甚至埋掉井眼等井下復(fù)雜事故。

2.長裸眼，長時間浸泡下井眼清潔及井壁穩(wěn)定問題

該區(qū)塊煤質(zhì)脆弱，該地層用?152.4mm鉆頭進(jìn)行滑動鉆進(jìn)時，鉆速慢，時間長，產(chǎn)生的鉆屑太細(xì)，現(xiàn)有固控設(shè)備無法有效的清除鉆井液中的有害固相，導(dǎo)致摩阻增大，增大卡鉆風(fēng)險。煤層前鉆遇的泥頁巖易水化，主力煤層15#煤層煤質(zhì)脆弱易掉塊、坍塌。該組底部普遍發(fā)育的K1砂巖及中上部4-5層淺海相石灰?guī)r（K2-K5灰?guī)r），K5灰?guī)r穩(wěn)定性較差，長時間浸泡在鉆井液中，井壁易坍塌失穩(wěn)。鉆進(jìn)時井筒內(nèi)產(chǎn)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(dǎo)致起下鉆產(chǎn)生的激動壓力易使井壁失穩(wěn)。

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(jīng)過研究決定將三開鉆井液體系轉(zhuǎn)換為絨囊鉆井液。

1.絨囊鉆井液體系的組成與結(jié)構(gòu)

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(nèi)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(gòu)成“一核兩層三膜”結(jié)構(gòu)。

圖1 絨囊結(jié)構(gòu)示意圖

2.絨囊鉆井液體系的特性與優(yōu)點(diǎn)

（1）利用密度可調(diào)范圍大，自匹配封堵能力控制地層漏失

該體系可以實(shí)現(xiàn)無固相非加重鉆井液，密度在0.08～1.0g／cm3范圍可調(diào)，并且可以使用KCl將密度調(diào)節(jié)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(fā)生應(yīng)力敏感的前提下實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)和堆積，實(shí)現(xiàn)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(jī)構(gòu)中起到連接多種高分子物質(zhì)并形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(diǎn)，具有良好的觸變性，不但在長裸眼煤層水平段鉆進(jìn)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(fā)揮水利破巖的作用，提高機(jī)械鉆速。

四、現(xiàn)場應(yīng)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(xiàn)場維護(hù)

在鉆進(jìn)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(jié)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(jìn)。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(fā)現(xiàn)掉塊，及時分析原因并采取相應(yīng)的處理措施，保證鉆井液具有良好的抑制性能，穩(wěn)定井壁。

合理使用固控設(shè)備，備用件齊全，保證固控設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最大量的清除鉆井液中固相顆粒，最大程度的降低卡鉆風(fēng)險和對煤層的污染，提高機(jī)械轉(zhuǎn)速。穩(wěn)定或破壞因后效氣體導(dǎo)致體系所產(chǎn)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(jié)論與認(rèn)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(jié)構(gòu)，降低濾失量，有利于保護(hù)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(wěn)定，同時減輕儲層傷害；

4.不影響其他作業(yè)，一般微泡鉆井液在應(yīng)用過程中，由于含大量氣泡，在應(yīng)用MWD時，信號傳輸能力差，影響了施工順利進(jìn)行，絨囊鉆井液雖然是泡狀結(jié)構(gòu)，在循環(huán)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。

[1]鄭會力,孟尚志,曹園.絨囊鉆井液控制煤層氣儲層傷害室內(nèi)研究[J].煤炭學(xué)報，2010,35(3):339-442.

[2]鄭會力.仿生絨囊鉆井液煤層氣鉆井應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].石油鉆采工藝,2011,33(3):78-81,90.

[3]郭本廣,鄭會力,孟尚志.絨囊工作液在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用前景[J].資源與產(chǎn)業(yè),2011,13(4):117-121.

[4]孟尚志,竇政輝,劉彬.FL-H2-L煤層氣五分支水平井絨囊鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2012,29(1):5-8.