鄂爾多斯盆地LP14H井強抑制封堵鉆井液技術應用

李希君，肖黨林，王海軍，馬 勇，郭宏亮，溫守云

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司泥漿公司，山東 東營 257064)

LP14H井位于寧夏回族自治區吳忠地區鹽池縣花馬池鎮，該井屬于鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田，構造位置為鄂爾多斯盆地天環向斜中段。2014年下半年中石化華北分公司在該區塊部署了4口井，分別為LP11H、LP12H、LP13H、LP14H。斜導眼完鉆層位為奧陶系的馬家溝組，水平井開發的目的層為二疊系石盒子組盒1段的油氣，在相繼開鉆的這些井中出現多次劃眼、填井側鉆等復雜情況。LP14H井以最快周期順利完鉆，完鉆周期為98 d。該井斜導眼完鉆井深:4 202 m，水平井著陸點:3 973 m，二開裸眼段長達 3 697 m，最后完鉆井深:5 173.00 m，井底井斜:90.28°，方位:344.97°，垂深:3 729.31 m，水平位移:1 621.85 m，水平段長:1 200 m。

1 地質概況

LP14H井自上而下鉆遇地層依次為新生界第四系全新統(Q4);中生界白堊系下統志丹群(K1z)，侏羅系中統安定組(J2a)，直羅組(J2z)，延安組(J1-2y);三疊系上統延長組(T3y)，中統二馬營組(T2e)，下統和尚溝組(T1h)，劉家溝組(T1l);上古生界二疊系上統石千峰組(P2sh)，上石盒子組(P2s)，下統下石盒子組(P1x)，山西組(P1s);上古生界石炭系上統太原組(C3t2)，下古生界奧陶系下統馬家溝組(O1m)(未穿)。斜井段和水平段所鉆遇地層的厚度及巖性描述見表1。

表1 地質分層及巖性描述

2 工程概況

LP14H井為三開井身設計。其井身結構與套管程序數據見表2。

表2 井身結構與套管程序數據表

3 鉆井液施工技術難點

導眼直井段鉆進至石千峰組(3 300 m左右)，以上井段的施工采用聚合物防塌鉆井液體系，在保證排量足夠的情況下，維持鉆井液的低粘切，基本上能順利施工。該區塊的關鍵段(斜井段和水平段)施工難點分析如下。

1)斜井段和水平段，軌跡本身的原因，鉆屑在運移阻力和重力作用下易在下井壁形成巖屑床，在停泵和排量不足的情況下，易堆積在下井壁，從而造成起下鉆受阻，甚至卡鉆，要求泥漿有足夠的懸浮攜帶能力。

2)盒1地層的砂巖層薄，只有4 m的厚度，再加上地層存在傾角，水平段鉆進過程極易鉆進至泥巖段，相比直井段，泥巖更易出現坍塌掉塊的現象，其次是山西組和太原組的煤層及碳質泥巖，易出現坍塌掉塊。在保證泥漿密度能平衡地層應力的情況下，要求鉆井液具有較好的抑制封堵防塌能力。

3)根據井身的特點，在斜井段和水平段鉆具與井壁的接觸面積更大，甚至平躺在下井壁，造成鉆具在井下的摩阻大、轉動時扭矩大、定向鉆進造成托壓現象。要求鉆井液具有良好的潤滑防卡能力。

4 鉆井液現場施工技術

施工井段:二開導眼斜井段(3 300 m～4 202 m)和三開水平段(3 973 m～5 173 m)。

導眼斜井段是二開的關鍵井段，其順利與否成為本區塊井施工的焦點，主要鉆遇地層為劉家溝組、石千峰組、石盒子組、山西組、太原組和馬家溝組。劉家溝組易漏，石盒子組的灰色泥巖、山西組和太原組的煤層和炭質泥巖易塌。三開水平段在石盒子組1地層中施工，砂巖層薄，而且地層傾角存在，可能鉆遇大段泥巖，將大大增加了鉆井液的施工難度。考慮到鉆井液必須具有較好的懸浮攜帶能力、抑制封堵防塌能力和潤滑防卡能力，優選采用胺基硅醇強抑制封堵防塌鉆井液體系。鉆井液性能見表3所示。該體系的基本配方如下:原鉆井液、0.2% ～0.5%(質量濃度，下同)PAM/KPAM、0.3% ～0.5%胺基硅醇、1% ～2%WFL-1、1% ～2%TC-KYG、2% ～3%SMP-1、2% ～3%FT-1、2% ～4%潤滑劑、2% ～3%封堵材料、石粉視情況而定。

表3 鉆井液性能表(導眼斜井段和三開水平段)

1)導眼段鉆穿劉家溝組后，提高鉆井液密度至1.23～1.25 g/cm3，來平衡地層壓力，用徑向支撐應力來保持井壁穩定。水平段施工時，在套管里采用開啟離心機，補充膠液和優質膨潤土漿降低密度至1.15 g/cm3(設計要求為1.15 ～1.20 g/cm3)，后期鉆遇大段泥巖，又將密度逐漸提高至 1.23 g/cm3，由于起下鉆遇阻顯示嚴重，繼續提密度，最高提至1.29 g/cm3，井下正常，直到該井順利完井。

2)導眼鉆進至劉家溝組后，及時補充預水化膨潤土漿，并加入PAM/KPAM膠液、胺基硅醇和提粘降失水處理劑，將粘度調整至50 s左右，保持動塑比在0.3～0.4，保證鉆井液有較好的懸浮攜帶能力。水平段施工時，隨著水平位移的增加，巖屑的運移阻力增大，自身的重力作用，容易在下井壁形成巖屑床。前期裸眼水平段較短，調節鉆井液流型，保持合適粘切，泥漿性能 FV:38～45 s，PV:15～20 mPa·s，YP:5 ～7 Pa，Gel:1 ～3/4 ～8 Pa/Pa，完全能滿足施工要求，返砂正常，井下摩阻為5 ～8 t。隨著水平段增加，而且鉆遇的泥巖段增加，出現了巖屑攜帶不及時，通過對性能的調整，稍微提高粘切，調整后的泥漿性能 FV:45 ～60 s，PV:18 ～25 mPa·s，YP:7 ～15 Pa，Gel:2～5/8 ～20 Pa/Pa，保證了順利施工。另外，施工過程中黏切不宜過高，黏切太高也會導致鉆屑滯留在下井壁。針對巖屑床的存在，可以間斷地替入滴流塞段液來清掃。其次，采取工程上的措施來破壞巖屑床，接單根時可以開泵倒劃2次，提升鉆屑返高，減少巖屑床;并配合短程起下鉆、倒劃等措施，破壞巖屑床，保持井眼暢通，現場效果比較明顯。

3)劉家溝組底易漏，鉆井過程以預防為主，下鉆時要控制下放速度，防止下鉆速度過快造成激動壓力過大壓漏地層，降低漏失采用超細碳酸鈣和單向壓力封閉劑。超細碳酸鈣選用500～1 500目，加量2%～3%。若遇較大的漏失，則配制合理粒徑的堵漏漿進行堵漏。

4)井底溫度接近125℃，所以進入石千峰組后加入抗鹽抗高溫的降濾失劑WFL-1、TC-KYG和SMP-1以及瀝青類的防塌劑，來提高鉆井液的抗溫能力，同時控制鉆井液中壓失水小于5 mL，逐漸降低高溫高壓失水至10 mL。降低失水的同時改善了泥餅質量，同時提高了鉆井液的抑制防塌能力。水平段針對石盒子組地層的灰色泥巖進行防塌，首先提高密度，用液柱壓力來平衡地層的壓力;其次由于泥巖微裂縫、裂縫的存在，引起毛細管效應吸水，顆粒間和層面間連結力削弱，并且水平段井斜約為90°，側向壓力大，鉆井液密度偏低時，產生物理崩解。在水平段鉆進后期，為穩定泥巖，鉆井液密度控制過大，現場統計表明鉆井液密度普遍高至1.25～1.30 g/cm3，鉆井液在正壓差作用下進入地層，甚至發生漏失，由于水力尖劈作用，引發井壁坍塌[1-2］。現場采取抑制封堵防塌措施，加入0.5% ～1.0%PAM/KPAM膠液和0.3% ～0.5%胺基硅醇，保持鉆井液中抑制劑含量在0.5%左右，提高濾液的抑制性，降低地層中泥巖的水化作用，抑制泥巖坍塌。封堵材料主要使用超細碳酸鈣、合適軟化點的瀝青類材料FT-1等。超細碳酸鈣加量為2% ～3%，瀝青類材料加量在2%以上，加強封堵，改善泥餅的質量，使泥餅光滑、致密，防塌效果良好。

5)LP14H井二開導眼斜井段軌跡設計比較特殊，先增斜至73°左右，然后再降斜至井底(井底井深4 202 m，井斜45°)。然后進行測井，根據測井結果，進行回填側鉆，鉆進至A靶(斜深:3 973 m)，二開完鉆，然后進行三開水平段的鉆進。針對這種情況，鉆井液以抑制防塌為主，同時需保證有足夠的潤滑性。潤滑劑采用勝利泥漿公司自主研制的全油基鉆井液潤滑劑，首次加量為1.5%，效果明顯，以后根據進尺及井下情況，及時補充，保持泥餅的摩阻系數＜0.06。而水平段的施工，首先是充分使用好固控設備，控制泥漿中的劣質固相，適時開啟離心機，降低亞微米低密度固相顆粒，提高泥餅質量和減小摩阻系數;其次，就是保持潤滑劑在泥漿中的含量。水平段施工的中后期，一直保持液體潤滑劑含量在3%以上，并配合使用石墨類的固體潤滑劑，來提高鉆井液的潤滑性，完鉆時，鉆具在井下的動摩阻為8～10 t，靜摩阻為 12 ～18 t。

5 現場復雜情況處理及施工效果

LP14H井鉆至3 919 m起鉆更換鉆頭，下鉆至3 100 m，下鉆過程中返漿困難，開泵時泵壓高時，出現井下漏失，小排量循環時把粘度適當降低至50 s左右，考慮到帶螺桿的鉆具結構劃眼會出現更為復雜的情況，現場決定，換常規鉆具進行通井。下常規鉆具鉆至3 100 m遇阻，開始劃眼，劃眼下鉆至3 766 m，出現劃眼比較困難，此處井斜62°左右，方位變化略大，反復劃眼，上提不暢。劃眼過程中提高粘切，先提至65 s，劃眼情況有所好轉，繼續劃眼至3 830 m，出現了劃眼憋泵，上提遇阻現象嚴重，根據現場情況，再次提粘切，粘度提到85 s，性能:密度1.24 g/cm3、粘度85 s、塑性粘度33 mPa·s、動切力16 Pa、初/終切5/17.5 Pa/Pa、失水2.8 mL、pH 9。維持較高的粘切劃眼到底，劃眼過程中，滲透漏失比較嚴重，補充新漿的同時并及時補充聚合物和胺基硅醇來提高濾液的抑制性，加入單封、超細和瀝青類的材料進行封堵防塌。充分循環后，進行短起下鉆一次，然后起鉆，順暢。11月14日換動力鉆具下鉆，由于上趟鉆處理劃眼復雜，泥漿粘切較高，下鉆過程中進行多次頂通循環，斜井段每10柱一頂通，下至3 755 m，遇阻，小排量開泵劃眼通過后，順利下鉆至井底，循環時降低粘切，正常鉆進，調整后的泥漿性能:密度 1.24 g/cm3、粘度 52 s、塑性粘度 22 mPa·s、動切力 8 Pa、初/終切 3.5/9 Pa/Pa、失水 2.8 mL、pH 9，維持該性能至二開完鉆。

本次處理劃眼復雜情況損耗7.2 d，相對來說比較順利。出現復雜情況的原因為石盒子組的泥巖不穩定，浸泡時間較長，有部分垮塌現象，鉆井液通過調整粘切和密度，幫助攜帶巖屑，再及時補充聚合物和胺基硅醇來提高濾液的抑制性，補充單封、超細碳酸鈣和瀝青類的材料對地層進行了有效的封堵防塌，效果比較明顯，確保施工比較順利，完井周期為98 d。鄰井LP11H井，二開采用聚磺鉆井液體系，施工過程中出現漏失，同時出現泥巖段縮徑和垮塌，下鉆過程中，在劉家溝組和石盒子組遇阻劃眼，在井段3 300 m～3 800 m劃眼艱難，越劃越淺，出現復雜導致填井，重新側鉆，使得鉆井周期延長。鄰井LP10H井，鉆進至劉家溝組以后，出現了多次較嚴重的漏失，累計漏失量達3 000 m3，鉆井液漏失的同時還出現井底垮塌，下鉆需劃眼，也使得鉆井周期延長。

6 結論

1)在井內沒有漏失的情況下，鉆進時觀察巖屑返出情況，如果返出掉塊呈增大增多趨勢，將密度盡量提到設計上限。實踐證明:將密度維持在設計上限，能有效減少正壓差作用及水力尖劈作用造成井壁失穩。

2)針對柳楊堡氣田石盒子組的泥巖不穩定，采用纖維狀塑性粒子、粒徑不同的超細以及瀝青類材料對地層微裂縫進行封堵，防止裂隙內填充的土相水化膨脹導致的井壁失穩，能有效地提高防塌能力。本井在處理劃眼復雜時，封堵防塌效果比較明顯，縮短了處理復雜的時間。

3)胺基硅醇強抑制封堵防塌鉆井液體系具有懸浮攜帶能力強、抑制封堵防塌效果好、潤滑防卡能力強的特點，該體系的現場應用表明，能較好地滿足鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田區塊的導眼斜井段和水平段的施工要求。

[1]張祥，侯萬武，曹曉輝，等.蘇里格氣田53區塊長水平段鉆井液防塌技術[J］.鉆井液與完井液，2013，30(5):46－49.

[2]李春霞，黃進軍，催茂榮.評價鉆井液完井液對裂縫性地層封堵效果的新方法[J］.西南石油學報，2003，25(5):57－59.