馮永超

（中國石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州450000）

杭錦旗區(qū)塊十里加汗區(qū)帶錦58井區(qū)為中國石化華北油氣分公司探明的重點(diǎn)區(qū)塊，下石盒子組儲層埋深約3100m，屬致密砂巖氣藏。該區(qū)塊地質(zhì)特征復(fù)雜，縱向發(fā)育中生界—古生界全套地層，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，易漏、易塌層多。其中上古生界劉家溝組—石盒子組以砂泥巖為主，地層疏松。劉家溝組與石千峰組為三疊系與二疊系交界面，也是中生界和古生界的交界面，裂縫發(fā)育，橫向連通性強(qiáng)，地層整體承壓能力低、易漏。石千峰組、石盒子泥巖呈硬脆性層理狀分布，易發(fā)生剝落破碎。為實(shí)現(xiàn)儲層有效動(dòng)用，達(dá)到效益開發(fā)，滿足儲層二次改造的要求，在分析杭錦旗錦58井區(qū)地層特征的基礎(chǔ)上，開展二級井身結(jié)構(gòu)套管固井完井現(xiàn)場試驗(yàn)，采取了井壁穩(wěn)定、防漏堵漏和長裸眼井段井眼軌跡控制等技術(shù)措施，并實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了鉆井提速新技術(shù)，初步形成了杭錦旗區(qū)塊復(fù)雜地層二級井身結(jié)構(gòu)水平井鉆井技術(shù)，2017年順利完成了3口復(fù)雜地層二級井身結(jié)構(gòu)水平井的鉆井作業(yè)，完鉆平均鉆井周期47.94d，較2016年杭錦旗水平井平均鉆井周期縮短32.56%。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 劉家溝破碎性地層易漏

杭錦旗區(qū)塊古生界劉家溝組地層埋深2400～2600m，厚度約200m，巖性以砂泥巖互層為主。地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析與成像測井解釋結(jié)構(gòu)表明：劉家溝與石千峰交界面是三疊系和二疊系交界面，同時(shí)也是中生界和古生界的交界面，地質(zhì)沉積環(huán)境和氣候環(huán)境變化巨大，造成區(qū)域內(nèi)裂縫發(fā)育，裂縫以水平界面縫和鉆井誘導(dǎo)縫為主。

1.2 石千峰組、上石盒子組泥巖易垮塌

石千峰組、上盒子組泥巖破巖時(shí)表現(xiàn)為硬脆性，掉塊明顯，隨著鉆井液濾液的侵入，逐漸變軟吸水膨脹，隨著循環(huán)漿沖刷極易形成大肚子或鍵槽。利用伽馬能譜測井及現(xiàn)場巖性返出情況研究表明：本區(qū)主要垮塌層位石千峰及上石盒子、下石盒子組泥巖，泥巖以層理狀為主，垮塌地層含易膨脹的蒙脫石，上石盒子組含易剝落掉塊的伊蒙混層和高嶺石，泥巖水敏性強(qiáng)，宜吸水剝落掉塊，井筒失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

1.3 裸眼段存在窄負(fù)安全密度窗口

易漏層與易塌層處于同一裸眼井段，井漏和井壁失穩(wěn)相輔相成，漏塌處理難度大，造成鉆井復(fù)雜處理時(shí)間大于裸眼段泥巖坍塌周期，進(jìn)一步惡化井壁失穩(wěn)情況。其中，錦58井區(qū)上部易漏地層漏失壓力最低至1.10g/cm3，下部坍塌壓力最高至1.25g/cm3,僅通過調(diào)節(jié)鉆井液密度實(shí)現(xiàn)一體化防漏抑塌難度大。其中防漏堵漏技術(shù)措施實(shí)施過程中通過降低鉆井液密度易引發(fā)井壁坍塌、處理漏失浸泡時(shí)間長易引發(fā)失穩(wěn)、而鉆井液體系高失水易造成泥巖破碎。而在井壁坍塌處理過程中大排量循環(huán)和劃眼壓力激動(dòng)引發(fā)井漏，增加了復(fù)雜處理難度。杭錦旗錦58井區(qū)安全密度窗口分布見表1。

表1 杭錦旗錦58井區(qū)安全密度窗口分布表

1.4 二級井身結(jié)構(gòu)井水平段摩阻大

杭錦旗錦58井區(qū)二級井身結(jié)構(gòu)水平井裸眼段長3600～3800m，斜井段累計(jì)泥巖段長700～800m，井壁易失穩(wěn)。且長裸眼水平段大于600m后摩阻系數(shù)和摩阻急劇增大，后期托壓扭矩大，施工緩慢，延長泥巖的浸泡時(shí)間，造成泥巖段井漏井垮。杭錦旗錦58井區(qū)二級井身結(jié)構(gòu)水平井水平段延伸模擬計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2 優(yōu)快鉆井技術(shù)

表2 杭錦旗錦58井區(qū)二級井身結(jié)構(gòu)水平井水平段延伸模擬計(jì)算

2.1 上部地層低承壓防漏堵漏技術(shù)

基于成像測井?dāng)?shù)據(jù)，細(xì)化杭錦旗區(qū)塊裂縫分布特征認(rèn)識，引入二次正應(yīng)力裂紋起裂及臨界能量釋放率裂縫延伸準(zhǔn)則，采用有限元模擬巖石的三維復(fù)合裂縫起裂與擴(kuò)展。建立劉家溝組裂縫擴(kuò)展規(guī)律模型，明確劉家溝組裂縫延展特征：誘導(dǎo)縫延展規(guī)則，延展長度0.5～0.9m，延展裂縫方位70°～80°，裂縫寬度在0.001～1cm，橫向連通性強(qiáng)。

同時(shí)由于錦58井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，橫向基于儲集層三維地震剖面描述和該區(qū)域地層連續(xù)發(fā)育的認(rèn)知，構(gòu)建劉家溝組地質(zhì)構(gòu)造剖面，縱向基于區(qū)域單井成像測井裂縫識別和走向刻畫，結(jié)合實(shí)際鉆井區(qū)域漏失分布和區(qū)域特殊測井解釋，精細(xì)描述錦58井區(qū)高、中、低漏失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分，為防漏堵漏技術(shù)的優(yōu)選提供依據(jù)。杭錦旗錦58井區(qū)漏失區(qū)域劃分如表3所示。

根據(jù)堵漏材料進(jìn)入地層裂縫所表現(xiàn)的以“力鏈”為核心的多尺度特征，結(jié)合中、低漏失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)易漏地層漏失特征，開展防漏堵漏配方研究。分別形成了以纖維布網(wǎng)、剛性充填、彈性承壓，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格護(hù)壁的高承壓防漏配方（纖維∶片狀∶剛性∶彈性=2∶2∶4∶5）和以纖維布網(wǎng)、片狀架橋、變形+彈性充填、剛性承壓、延遲膨脹有效應(yīng)對裂縫誘導(dǎo)開啟強(qiáng)力鏈堵漏配方（纖維∶片狀∶彈性∶剛性∶延遲膨脹=2∶2∶4∶5∶3）。

由于劉家溝組裂縫連通性強(qiáng)，一旦發(fā)生漏失，具有漏速快、漏失量大、堵漏困難的特征。針對高漏失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，在固井水泥堵漏的基礎(chǔ)上，應(yīng)用纖維架橋、膨脹填充和水泥固結(jié)的原理，形成纖維水泥KPD（G級水泥+降失水劑+緩凝劑+復(fù)合纖維增韌劑+晶格膨脹劑+分散劑+消泡劑）和高失水ZYSD專項(xiàng)堵漏技術(shù)，且根據(jù)鉆井工況選擇專項(xiàng)堵漏技術(shù)：其中KPD適用于鉆遇劉家溝組發(fā)生漏失進(jìn)行專項(xiàng)堵漏，ZYSD適用于鉆穿劉家溝組進(jìn)入下部泥巖段由于壓差導(dǎo)致劉家溝組漏失的專項(xiàng)堵漏。杭錦旗錦58井區(qū)不同漏失特征承壓防漏堵漏配方如表4所示。

表3 杭錦旗錦58井區(qū)漏失區(qū)域劃分

表4 杭錦旗錦58井區(qū)承壓防漏堵漏配方

2.2 下部泥巖井段防塌鉆井液技術(shù)

基于礦物組分和理化性能分析測試，開展下部泥巖工程地質(zhì)特征研究，明確地層井壁失穩(wěn)機(jī)理和鉆井液體系優(yōu)化方向。

劉家溝組、石千峰組、石盒子組巖屑中粘土礦物（32.25%）含量較高，粘土礦物中伊蒙混層（69.87%）、伊利石（22.5%）含量最高，水化膨脹、分散性礦物較多，鉆井液要求極強(qiáng)的抑制分散能力。泥巖微裂縫較為發(fā)育（長10～100μm，寬2～10μm），外力的作用下易沿微裂縫破裂，濾液侵入后，降低了泥巖強(qiáng)度，進(jìn)一步失穩(wěn)，為鉆井液優(yōu)先水化提供了天然通道，嚴(yán)控鉆井液體系濾失量和封堵能力，封堵地層微裂縫，防止鉆井液濾液侵入地層，延長坍塌周期。下盒子組紅褐色泥巖易水化、分散，回收率低（52.45%）；灰色泥巖微裂縫發(fā)育易剝落，回收率高（90.75%），鉆井液鉆遇泥巖需較強(qiáng)的抑制泥巖水化分散能力。

基于古生界泥巖組構(gòu)特征綜合分析，結(jié)合“多元協(xié)同”井壁穩(wěn)定理論，提出“物化封/固井壁阻緩壓力傳遞和濾液侵入—加強(qiáng)抑制表面水化—合理密度有效應(yīng)力支撐”防塌鉆井液技術(shù)對策，兼顧鉆井液高性能與成本問題。采用減少泥巖與鉆井液濾液接觸的方法，降低泥巖水化。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對聚胺抑制劑SDJA、包被抑制劑BLZ-1、瀝青類柔性封堵防塌劑SDFT等3種關(guān)鍵處理劑的性能進(jìn)行了評價(jià)，并確定了其加量，形成了下部泥巖井段防塌鉆井液配方：4%膨潤土漿+0.2%NaOH+0.2%PAC-LV＋0.2%強(qiáng)力包被劑BLZ-1+1.0%NH4-HPAN+2%SD201＋4%SDFT＋2%SD?JF+2%細(xì)目鈣+0.5%SDJA+1%GR（石灰石加重至1.13g/cm3）。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，泥巖在該防塌鉆井液中的線性膨脹率為4.37%，巖屑滾動(dòng)回收率為96.49%，與常規(guī)鉀銨基鉆井液相比，線性膨脹率降低了2.99%，滾動(dòng)回收率提高了13.57%。且優(yōu)化體系老化后極壓潤滑系數(shù)（0.5010）和泥餅粘滯系數(shù)（0.2323），潤滑性能進(jìn)一步優(yōu)化。聚銨體系對100μm裂縫承壓能力大于6MPa，在砂床中的侵入深度僅為0.8cm。下部泥巖井段防塌鉆井液的基本性能如表5所示。

表5 下部泥巖井段防塌鉆井液的基本性能

2.3 鉆井提速技術(shù)

2.3.1 井眼軌道優(yōu)化

杭錦旗區(qū)塊水平井的造斜段位于劉家溝組至石盒子組整個(gè)復(fù)雜地層，隨著杭錦旗區(qū)塊針對性的井眼穩(wěn)定技術(shù)不斷優(yōu)化，鉆完井井筒穩(wěn)定性的不斷提高，通過大斜度導(dǎo)眼井壁穩(wěn)定性論證、全井筒井眼軌道設(shè)計(jì)和防漏防塌技術(shù)措施研究，明確了大斜度導(dǎo)眼最大井斜70°～75°，主井眼自70°井斜側(cè)鉆的軌道設(shè)計(jì)方法，有效減少導(dǎo)眼段報(bào)廢進(jìn)尺。主井眼采用雙增式軌道，第一增斜段即導(dǎo)眼重復(fù)利用井段造斜率設(shè)計(jì)為5°/30m，導(dǎo)眼70°側(cè)鉆后穩(wěn)斜鉆進(jìn)50～80m，主探目的層有效砂頂，進(jìn)入目的層后全力增斜至A靶點(diǎn)，造斜率5.5°～6.0°/30m。

2.3.2 高效PDC鉆頭優(yōu)化

常規(guī)PDC鉆頭是整體式鉆頭，隨鉆具震動(dòng)橫向位移偏移量大，方位不穩(wěn)定，且下部泥巖地層適應(yīng)性差，鉆頭易泥包，不適合在長裸眼水平井中應(yīng)用。為此結(jié)合杭錦旗區(qū)塊巖石可鉆性極值，針對中生界強(qiáng)研磨性地層，優(yōu)選JRDP1655J和S1655FGA2胎體結(jié)構(gòu)、高切屑齒PDC鉆頭。針對古生界硬脆性泥巖，優(yōu)選M1655GG型剛體結(jié)構(gòu)PDC鉆頭，有效促進(jìn)巖屑返排，預(yù)防泥包，該型鉆頭有獨(dú)特的剛體結(jié)構(gòu)——窄高的刀翼設(shè)計(jì)，能有效促進(jìn)巖屑的返排，特殊的切削面接觸——中突的刨面流線、平直的刀翼形狀，能有效提升鉆進(jìn)效率、增強(qiáng)鉆頭的操控性。

2.3.3 短彎螺桿與隨鉆測量工具的優(yōu)選

杭錦旗區(qū)塊上部地層泥巖發(fā)育，鉆井井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，工具面擺放較為困難，對定向儀器要求高。為此，造斜段鉆井選用1.5°短彎螺桿，自帶222.3mm穩(wěn)定器的有效長度為160.0mm，彎點(diǎn)至底部的距離為975.0mm，定向復(fù)合鉆井比例達(dá)6∶4，有效提高定向效率。

同時(shí)斜井段易發(fā)生漏失，優(yōu)選EMMWD隨鉆測量工具，特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)防堵漏條件下數(shù)據(jù)有效傳輸，有效傳輸距離為5000m。避免常規(guī)堵漏起下鉆換鉆具組合，實(shí)現(xiàn)邊定向邊堵漏，且表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

2.3.4 減摩降阻技術(shù)

應(yīng)用減摩降扭工具，實(shí)現(xiàn)長裸眼水平段有效延伸。選用鉀基聚合物鉆井液體系，利用該鉆井液良好的潤滑性降低摩阻。采用不帶穩(wěn)定器的柔性鉆具組合，減少鉆具與井壁的接觸面積，以降低摩阻。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)2017年完鉆3口二級井身結(jié)構(gòu)水平井——JPH-404、PH-405和JPH-423井。三口二級井身結(jié)構(gòu)井平均鉆井周期47.94d，較2016年杭錦旗水平井平均鉆井周期縮短32.56%。

（1）防漏堵漏效果顯著。3口二級井身結(jié)構(gòu)水平井采用三元復(fù)合隨鉆防漏方式鉆穿劉家溝破碎性地層。JPH-405、JPH-423井在鉆井液中加入1%～2%纖維+2%DF-1，井底循環(huán)當(dāng)量密度控制在1.25g/cm3左右，沒有發(fā)生漏失。JPH-404井加入2%竹纖維+1%SRD+2%DF-1，井底循環(huán)最高當(dāng)量密度控制在1.28g/cm3左右，無漏失情況發(fā)生，地層穩(wěn)定。

（2）防塌效果顯著。水平段鉆遇大段泥巖是二級井身結(jié)構(gòu)井保證井眼穩(wěn)定最大的挑戰(zhàn)。3口二級井身結(jié)構(gòu)井現(xiàn)場實(shí)施過程中，二開水平段均采用優(yōu)化后的密度1.20～1.25g/cm3的防塌鉆井液體系，整體鉆井過程中斜井段井壁穩(wěn)定，平均井徑擴(kuò)大率8.3%。水平段JPH-405井鉆遇98m泥巖后完鉆，水平段長867m，JPH-404和JPH-423水平段分別鉆遇89m、97m大段泥巖后地質(zhì)回填側(cè)鉆，整體水平段井筒穩(wěn)定，無嚴(yán)重掉塊阻卡等井壁失穩(wěn)現(xiàn)場發(fā)生。

（3）井眼軌跡控制效果良好。3口井均采用螺桿定向鉆具組合，全部命中靶區(qū)，井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌道符合率達(dá)85%以上。其中JPH-423作為JPH-404老井場后續(xù)施工的叢式井，最近距離0.21m（位于JPH-404實(shí)鉆井深2721.43m），二者在一開直井段及二開井段軌道存在大段交叉及相鄰情況，JPH-423施工過程中，二開從600m開始進(jìn)行定向造斜繞障（造斜率2.9°/30m，方位345°），鉆至751.65m進(jìn)行降斜鉆進(jìn)（井斜變化率2.9°/30m，方位345°），鉆至第1控制點(diǎn)903.31m（井斜0°）后進(jìn)行直井段鉆進(jìn)，鉆至造斜點(diǎn)2704.81m，采用造斜率5.56°/30m單增定向造斜入A靶點(diǎn)，穩(wěn)斜鉆達(dá)B點(diǎn)完鉆。

4 結(jié)論與建議

（1）基于強(qiáng)力鏈網(wǎng)絡(luò)的防漏堵漏技術(shù)，可在一定程度抑制劉家溝組裂縫開啟，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)，可有效提高劉家溝地層漏失壓力當(dāng)量密度由1.08g/cm3至1.12g/cm3。

（2）使用加入聚胺抑制劑SDJA的聚銨鉆井液體系，可有效解決下部泥巖地層井壁失穩(wěn)的問題。

（3）現(xiàn)場3口井的應(yīng)用表明，杭錦旗區(qū)塊錦58井區(qū)二級井身結(jié)構(gòu)水平井鉆井技術(shù)能夠滿足長裸眼水平井安全高效鉆井的需求，能顯著縮短鉆井周期，提速提效。