丁頁10井水平井鉆井液技術

莊艷君 肖林通 于 雷 邱春陽

(1.貴州頁巖氣勘探開發有限責任公司，貴州遵義，563400；2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井液技術服務中心，山東東營，257017)

丁頁10井是中石化重點預探井，設計井深5526.00m，為三開制水平井。根據區塊地質資料及鄰井實鉆資料分析，丁頁10井鉆井過程中面臨的最大難點為井漏和井壁失穩問題，鄰井丁頁1井、丁頁2井、丁頁3井、丁頁4井和丁頁5井鉆進過程中多次發生井漏，單井平均漏失鉆井液近500m3。丁頁4井在韓家店、小河壩地層、茅口組及以下頁巖地層發生井壁失穩，出現掉塊。丁頁10井在分析區塊前期施工難點的基礎上，對各個開次井段鉆井液進行了優選，并對油基鉆井液老漿進行了重復利用，保證了井壁穩定，達到了鉆探目的。

1 鉆井液技術難點和措施

1.1 鉆井液技術難點

1.1.1 井壁坍塌

龍潭組地層發育煤層與頁巖，并且二者互層井段較長，施工中易坍塌；韓家店組地層易出現掉塊；目的層為頁巖氣層，微裂縫和層理發育，鉆井液濾液易加速地層中黏土礦物的水化作用，導致泥頁巖吸水膨脹，地層沿層理、裂縫的斷面發生剝落坍塌。

1.1.2 井眼漏失

須家河組-韓家店組巖性以泥巖為主夾砂巖、碳酸鹽巖與泥質巖、灰質泥頁巖互層，目的層龍馬溪組可能存在斷層，易發生漏失。

1.1.3 老漿利用

三開井段地層發育大段泥頁巖，坍塌性較強。為保證井眼穩定，采用油基鉆井液鉆進，油基泥漿經多次使用后，鉆井液黏切較大，繼續使用具有一定難度。

1.2 鉆井液技術措施

1.2.1 合理密度支撐

施工中合理調控鉆井液密度，使井眼內流體液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保證井眼穩定。

1.2.2 強化抑制封堵

用有機胺強化鉆井液的抑制性，以應對泥巖易掉塊、垮塌；保持鉆井液中超細碳酸鈣、多級配填充封堵劑及抗溫防塌劑的有效含量，通過對微裂縫和孔隙的有效封堵，阻止鉆井液濾液侵入地層，提高防塌效果。

1.2.3 加強井漏預防

優選多維網狀承壓材料，通過網狀承壓材料在疏松地層的強效封堵，降低孔隙和微裂縫尺寸，配合乳化瀝青、固體瀝青、超細碳酸鈣和隨鉆堵漏劑，提高堵漏效果。頁巖不穩定井段鉆過后采用封堵漿加固。

1.2.4 做好室內實驗

通過油基鉆井液老漿流變性調配實驗，優化老漿的流變性，提高其穩定性和封堵性。

2 室內評價實驗研究

2.1 多元協同封堵性能評價實驗

為了有效提高對地層微孔縫的封堵能力，將納米乳液、膠乳瀝青和多級配填充封堵劑進行了復配。研究資料表明[1-3]，納米乳液中的表面活性劑能夠中和粘土表面的負電荷，使巖石表面發生潤濕反轉；納米乳液能夠將膠乳瀝青聚合在一起，封堵地層大的孔隙和微細裂縫；納米乳液本身尺寸很小，可以在井壁形成韌而致密的保護層。瀝青類材料在井底高溫下軟化，在壓力作用下擠進地層孔隙和微裂縫中，減少了水相對泥頁巖的侵入。多級配填充封堵劑是在地層孔縫分布基礎上，優化鉆井液粒度分布，從而使鉆井液粒度分布與地層孔縫分布實時保持一致，提高致密封堵性。

根據“理想充填理論”，對其封堵材料進行優化，加入多級配填充封堵劑、納米乳液和膠乳瀝青，高攪20min后重新測定前后API中壓濾失量，API中壓濾失量由4.8mL降為2.6mL，表明體系的封堵能力強，有利于形成更加致密的濾餅，因此濾失量也就更低。

2.2 彈性孔網防漏堵漏評價實驗

彈性孔網材料[4-6]是一種多孔的固體泡沫，在井底壓力下收縮變小，能夠進入孔隙和微細裂縫，進入其中后，由于外界壓力釋放，固體泡沫膨脹變大，充填整個孔隙和微細裂縫，以降低裂縫封堵層滲透性和漏失速率，輔助其他堵漏材料和地層巖屑，進一步填充漏失通道，進而增加堵漏成功率。實驗采用高溫高壓堵漏模擬實驗裝置進行裂縫封堵模擬評價實驗，其中B、C、D代表不同粒徑的剛性顆粒，SQD-98是一種礦物纖維堵漏劑，PS表示彈性孔網材料，封堵性能評價見表1。實驗結果表明，彈性孔網材料的加入可以顯著降低漏失量，當加量為0.2%時堵漏效果最優，但粒徑相對裂縫寬度過大時，會產生封門。

表1 長裂縫封堵評價實驗

2.3 油基鉆井液回收利用性能調整實驗

對老漿流變性進行了測試，實驗結果見表2。

表2 前期老漿流變性

表2看出，使用過的油基鉆井液老漿漏斗黏度高，切力低，破乳電壓很低，并且高溫高壓濾失量為6.0mL，說明老漿流變性差。如果對老漿進行重復利用，必須對其流變性進行調節，提高老漿電穩定性，降低老漿的高溫高壓濾失量。

經過分析，老漿流變性差的原因在于老漿中水含量較高，且含有一定固相，因此，借鑒國內施工經驗[7-8]，配制高油水比基漿，攪拌下逐漸加入到老漿中，改善老漿的流變性。室內新配制高油水比油基鉆井液基漿，攪拌下加入到老漿中，高速攪拌50min，測其流變性，實驗結果見表3。從實驗結果上看，老漿加入基漿后，流變性得到改善，可以進行現場應用。

表3 調整后鉆井液流變性

3 現場應用

丁頁10井設計為三開次水平井，一開鉆至井深853.00m，表層套管直徑為Φ339.7mm；二開鉆至井深3200.00m，井眼直徑為Φ311.2mm；三開完鉆井深5898.00m，垂深3900.35m，井斜86.5°，三開鉆遇地層主要為韓家店組、石牛欄組、龍馬溪組。

3.1 聚胺封堵防塌鉆井液體系

3.1.1 體系配方

二開及三開導眼井段采用聚胺封堵防塌鉆井液體系，配方為：3.5%膨潤土+0.3%純堿+0.2%燒堿+0.2%KPAM+0.2%LV-CMC+0.5%胺基抑制劑+(2.0-3.0)%多級配填充封堵劑+1.5%KFT-2+1.0%褐煤樹脂+2.0%SMP-1+1.5%膠乳瀝青+2.0%納米乳液。

3.1.2 維護處理措施

(1)加入胺基抑制劑和KPAM膠液來維護鉆井液體系的抑制性。膠液配方為：井場用水+0.3%燒堿+0.35%KPAM+1.0%胺基抑制劑。

(2)定期加入膠乳瀝青等多軟化點封堵材料，保證膠乳瀝青含量在3.0%以上，納米乳液含量在2.5%以上，多級配填充封堵劑含量在3.0%以上，提高鉆井液對井壁的封堵能力。

(3)采用褐煤樹脂和磺化酚醛樹脂調控鉆井液的高溫高壓濾失量，控制高溫高壓濾失量在12.0mL以內，防止地層水化膨脹分散。

(4)合理調控鉆井液密度，鉆井液加重時補充0.5%潤滑劑，保證體系的潤滑性；嚴格控制起下鉆速度，防止壓力波動過大而導致井壁失穩，并且降低鉆具對井壁的撞擊。

(5)嚴格保證固控設備的使用效率，振動篩、除砂器和除泥器使用效率達到100%，保證鉆井液的清潔。

(6)鉆進過程中，定期短起下鉆，以確保井眼清潔。鉆完進尺后，適當提高鉆井液的黏度和切力，以保證井眼中鉆屑的凈化效率。

3.1.3 應用效果

二開井段鉆進過程中井壁穩定；鉆進至2871.37m發現漏失，漏失層位棲霞組，通過采用彈性孔網堵漏技術，一次堵漏成功。三開直導眼鉆進中出現少量掉塊，通過加大封堵防塌材料及提高鉆井液密度措施確保了井眼穩定。

3.2 三開井段鉆井液技術

3.2.1 體系轉換及維護處理措施

3.2.1.1 體系轉換

用油基老漿將井眼內鉆井液完全頂替出井眼；逐漸加入新配制的基漿，充分循環鉆井液，保證鉆井液混合均勻，流變性達到要求后開鉆。

3.2.1.2 維護處理措施

(1)采用篩網目數為200目—230目震動篩，連續運轉除泥器和除砂器，通過固控設備去除無用固相，確保鉆井液具有良好的流變性。

(2)根據實鉆情況及地質錄井氣測值監測情況在設計范圍內逐步調整鉆井液比重，通過力學平衡，保證井眼穩定。

(3)適當加入有機土和瀝青，補充乳化劑及潤濕劑，配合跟入高油水比基漿，保證鉆井液的流變性和乳化穩定性，維護鉆井液破乳電壓在400V以上。

(4)在鉆井過程中，定期檢測鉆井液的堿度值，并隨時補充；通過調節水相中的 CaCl2濃度，調節油基泥漿的活度。

(5)定期監控油水比，通過調整鉆井液中油和水的比例，并加入封堵劑和降失水劑，控制高溫高壓濾失量不大于3.0mL。

(6)保證體系有4.0% 封堵防塌劑和3.5% 多級配填充封堵劑，保證油基鉆井液體系具有較強的封堵防塌性，強化體系對地層及微裂縫的封堵性。

3.2.2 應用效果

鉆進過程中井壁穩定，井下安全，起下鉆順暢，三開鉆井液性能控制見表4。

表4 三開油基鉆井液性能

4 結論及認識

(1)采用納米乳液、膠乳瀝青、多級配填充封堵劑等材料可以顯著提高封堵性能，有利于穩定井壁。采用彈性孔網堵漏技術可以提高對裂縫地層的自適應封堵性能，堵漏效果好。

(2)調控油基鉆井液老漿的流變性，必須先分析老漿流變性失穩原因，并在室內小型實驗的基礎上進行調控，保證老漿在重復利用中具有良好的流變性。