X 油田中深部易坍塌地層鉆井防塌關鍵技術

陳 波，和鵬飛，賈 雍，孫永樂，馬志忠

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

X 油田是渤海勘探開發難度最大的油田之一。早期勘探開發階段，共鉆多口探井和開發井，溢流、卡鉆、井壁垮塌、電纜測井等惡性事故，鉆井作業難度大，生產效率低下[1-6]。2014 年，該油田作業2 口井，摸索井身結構、鉆井液等方面的變革，在事故預防等方面有了一定的提高，但井壁垮塌、起下困難、管柱阻卡等方面仍存在不足。生產效率有待提高。該油田綜合調整是渤海油田近幾年調整工作的重點，因此開展了井身結構優化及鉆井液體系評價優選等工作。

1 項目背景及難點

1.1 項目背景

X 油田水平最大地應力方向為NE70°～85°。歷史井東營組完鉆井平均工期37.91 d，去除事故處理時間30.66 d，生產時效為65 %，沙河街組完鉆井平均工期41.27 d，去除事故處理時間35.56 d，生產時效為70 %。

1.2 主要難點及問題

（1）東營組/沙河街組地層，坍塌壓力高。根據取心資料分析，巖石破碎，裂隙發育，井壁穩定周期短，地層不穩定，巖石過水后強度明顯降低。

（2）目的層段電測成功率低。根據已鉆井統計數據，電纜測井成功率僅為39 %。P1 井大滿貫電纜測井下放至2 928 m 遇卡，后從馬龍頭處拉斷打撈成功，兩次通井后測井成功，損失時間123 h。P2 井大滿貫電纜測井下放至2 903 m 遇阻，起出后通井，最終改為隨鉆測井成功，損失時間47.74 h。P1 井，大滿貫電纜測井下放至694 m 遇阻，通井后測井成功，損失23 h。P11 井大滿貫電纜測井下放至3 400 m 遇卡，后從馬龍頭處拉斷打撈成功，通井后FEWD 測井成功，損失62.25 h。P3 井第一趟電測3 279 m 遇卡，打撈不成功，后套銑，損失135 h。

（3）井眼漏失問題嚴重。地質條件復雜，次生斷層發育，壓力窗口窄，循環壓耗大，極易漏失。

2 關鍵技術與應用

2.1 井身結構針對性設計

平原組地層膠結差、松散，明化鎮組泥巖極容易水化膨脹，館陶組砂巖為主極容易漏失，東營組沙河街組地層容易坍塌并發生漏失[7-10]。結合井眼軌跡，優化各裸眼段長度，縮短東營/沙河街段長度，降低該井段裸露時間，同一裸眼段內保證相近的壓力體系和地層性質，在條件允許的情況下，技術套管下至儲層頂部附近，確保井壁穩定及井控安全。各層裸眼段較短；不同難度地層相對分開；井眼尺寸大，后續備用手段及措施多樣。具體井身結構設計：一開546.1 mm 井眼鉆進至200 m，下入457.2 mm 套管，封固平原組的膠結松散地層，二開406.4 mm 井眼鉆進至2 500 m，下入339.7 mm 套管，封固明華鎮組和館陶組上部地層，解決上部地層水化膨脹嚴重的問題，三開311.2 mm 井眼鉆進至3 700 m，下入244.5 mm 套管，封固館陶組下部和東營組上部地層，解決東營組容易坍塌的問題，四開215.9 mm 井眼鉆進至完鉆深度，下入177.8 mm 尾管，封固東營組下部和沙河街組地層，解決儲層保護和坍塌問題。

2.2 鉆井液體系優選

（1）總體目標。穩定井壁：鉆井液密度控制在坍塌壓力之上，應力/物理平衡。延長穩定周期：增強抑制性及封堵性，化學平衡。井眼漏失：增強封堵性，配合隨鉆堵漏材料。儲層保護：壓差大，增強承壓能力。可處理加重材料選擇。

（2）具體配方。三開PEM 鉆井液體系配方：3 %海水膨潤土漿+0.3 %PAC-LV+0.1 % XCH+1.5 % DYFT+1.5 %LPF+1 %～2 %EPF+1.5 %TEMP+1.5 %SMPC+5 %KCl+3 %JLX C+石灰石加重至1.32 g/cm3。

四開HIBDRILL 鉆井液體系配方：PEM 鉆井液體系配方+10 %～20 %COK（甲酸鉀）+3 % JLX C+1.5 %LSF（瀝青樹脂）+1%改性石墨。油田壓力系數1.0 g/cm3，坍塌壓力1.4 g/cm3，壓差在14 MPa 左右，HIBDRILL體系滿足承壓要求，該體系的實驗室性能（見表1）。

（3）防止坍塌、阻卡、壓差卡鉆及套管下入問題。采用高密度開鉆，平衡地層坍塌應力；開鉆體系即封堵、抑制、平衡兼備；合理安排短起下頻率，縮短井段周期（見圖1）。

圖1 沙河街組坍塌壓力當量密度與井眼鉆開時間關系

（4）儲層保護的性能評價。通過對兩種體系的儲層保護性能做了實驗評價（見表2），性能良好。

2.3 防井漏處理的鉆井工藝配套參數及固井防漏措施

（1）作業前優化井眼軌跡，并取得過井剖面和過井斷層數據。

（2）作業過程中加強ECD 監控和管理。

（3）進入東營/沙河街地層后，鉆井排量/轉速按正常的70 %～80 %（1 600 L/min～1 800 L/min，50 r/min）選取，降低高強度參數下的擾動效應；配套MWD 工具要選取與之適應的排量范圍。

（4）鉆井液密度在滿足應力平衡的前提下盡量走低值（控制在1.40 g/cm3以上），降低壓差；保證鉆井液滿足封堵和抑制性能要求，保證鉆井液中隨鉆堵漏材料的濃度。

表1 HIBDRILL 體系實驗室性能

表2 儲層保護性能實驗評價

（5）起下鉆/下套管控制速度，啟停泵動作平緩，防止抽吸及壓力激動，避免人為誘導井漏。

（6）固井過程中的循環/頂替等，控制排量在正常的70 %～80 %（尾管固井800 L/min 以內，技術套管2 000 L/min 內）；若條件允許，尾管固井期間盡量活動管串。

3 工程應用與效果

該油田新鉆井11 口，根據鉆后統計結果，整體作業效率和效果明顯優于老井情況，平均生產作業時效89 %，提高20 %以上。

4 結語

通過X 地區東營組/沙河街組井鉆井井身結構優化、鉆井液體系及性能評價優選，配套深部地層井漏處理的鉆井工藝配套參數及固井防漏措施，有效解決該地區深部地層鉆井坍塌問題，形成一套X 地區東營組/沙河街組深井鉆井配套技術方案，鉆井作業時效大幅提高，平均生產作業時效提高20 %。