段崇卫++张会荣++王世斌

[摘 要]环江油田位于甘肃省环县境内，2016年水平井重点开发层位为长6。该地区存在直罗组泥岩易坍塌，同时水平段油层薄，泥岩钻遇率高，一般水平段存在大段泥岩，坍塌问题严重，成为制约本区块水平井提速的主要因素，2016年施工的第一口水平井环平309-14井，就因坍塌而起下钻遇阻严重，险造成井下故障。本文通过优化钻井液体系配方及性能，合理确定转化时间，起钻补偿循环压耗等措施，解决了两大坍塌问题。2016施工完成的环平313-17井，与2015年水平井对比，整体提速7.17%，成效显著，为进一步完善环江油田水平井技术方案提供了依据。

[关键词]水平井；直罗防塌；水平段泥岩；井眼稳定

中图分类号：TE254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0002-02

引言

水平井鉆井作为油气开发的关键技术已经得到了全面应用，环江区块是采油七厂重点部署的采油区块，但在水平井钻井施工中存在着直罗组泥岩坍塌、碳质泥岩垮塌等现象，坍塌时起下钻困难，容易造成卡钻故障，严重影响钻井井下安全，如环平309-14井直罗组泥岩浸泡时间长，发生垮塌，起钻遇阻严重，被迫改为常规井。因此针对该技术难题，开展了防塌钻井液体系研究，并在环平313-17井成功进行了现场应用，取得了良好效果。

1 技术难点

1.1 直罗组泥岩坍塌

环江区块直罗组上部存在大段泥岩，且极不稳定，易吸水膨胀坍塌，形成“大肚子”井眼，且坍塌周期短，打开后36小时就开始不断的剥落坍塌，密度较高的岩屑掉块不能被及时带出，下沉滞留在斜井段，导致起钻及完钻电测遇阻、憋泵、憋漏地层甚至卡钻。（图1）

1.2 水平段泥岩坍塌

环江区块水平井水平段油层薄，泥岩钻遇率高，存在大段泥岩，此泥岩为碳质泥岩，岩性脆，微裂缝发育，易发生严重掉块，并呈周期性垮塌，而且泥质含量高，易造浆引起粘度切力快速升高，造成滑动拖压、起下钻遇阻及粘吸等严重后果。（图2）

2 技术对策

2.1 直罗组防塌措施

2.1.1 优化防塌钻井液配方：井浆+0.2-0.3%K-PAM+0.2-0.3CMP

2.1.1.1 防塌钻井液在进入安定组开始处理，在进入直罗组前50米调整性能达到要求。

2.1.1.2 钻井液量不少于200方，补充钻井液时应配置成胶液且充分水化，一次性打入井筒内，既可以补充钻井液量，又起到了清扫的作用。

2.1.1.3 该段每钻进150米配置粘度为50秒的聚合物清扫一次井筒。

2.1.2 早转化、早加重、尽早稳定直罗地层

针对上部地层易坍塌的问题，首先在井斜20°前转化钻井液体系，缩短清水聚合物浸泡时间，借助环江区块地层承压能力强的天然优势，迅速提高比重，尽早稳定上部地层，具体步骤见表1。其次借助斜井段使用牙轮钻头施工不粘托的技术优势，在体系中可以加入一定量的白土，提高体系粘切，及时带出掉块，预防坍塌后效。

2.2 水平段泥岩防塌措施

2.2.1 进行室内研究，从化学方面防止泥岩坍塌

根据樊家川区块水平段地层和岩性特点，首先考虑所设计的钻井液具有较强的抑制防塌能力、良好封堵能力及流变性能，因此环江区块继续使用CQSP-Ⅱ体系。

室内从提高钻井液的综合封堵、抑制平衡能力入手，进行试验对比确定ZDS和白土加量、降低失水，从化学方面防止泥岩坍塌。

2.2.1.1 提高综合封堵能力，确定ZDS加量。（图3，图4）

试验结果：ZDS失水加量在3-3.5%时失水降低不再明显，因此选择加量为3%。

2.2.1.2 降低失水，选择抗盐沥青粉SFT-1

环江区块水平井普遍使用FT-342作为防塌剂，在盐水体系中失水偏大，抑制能力不强，在室内对SFT-1和FT-342两种降失水剂进行试验对比。

试验结果：同样加量下SFT-1降失水能力比FT-342更强。因此选用2% SFT-1作为防塌降失水剂，配合使用。

2.2.1.3 确定白土加量

白土在水平井钻井液体系中起着基础性的不可替代的作用，在转化钻井液体系及遇到坍塌严重的地层时其作用显得尤为突出。但加量应该受到控制，应该在不明显增加钻井液粘度和失水的情况下使用。

试验结果：白土加量超过2%时，粘度失水增加的趋势变快，因此白土的加量在1-1.5%较为合适，水平段快速钻进时造浆严重，白土加量选择为1%。

（注：基浆为8%甲酸钠+0.15%PAC+0.15%NaOH+1GD-K；实验条件为在100℃老化16h。）

确定最终防塌钻井液配方为：1% 膨 润 土 +0.15%PAC+0.15% NaOH+ 1%GD-K+3%ZDS+2%SFT+8%甲酸钠+ 1.5%云母+1%DF-A+聚合醇+GD-2

2.2.2 物理防塌

2.2.2.1 提高钻井液密度，利用液柱压力平衡坍塌压力

长6目的层水平井泥岩坍塌压力34MPa，以各层顶界垂深计算坍塌压力下的当量密度，岩层打开前钻井液密度必须达到当量密度值。如果出现井漏，随钻加入DF-A、云母粉等堵漏材料进行随钻堵漏；若已经造成漏失量大于3m3/h的井，必须认真进行承压堵漏，严格控制挤封压力不高于3MPa，逐步提高地层承压能力。

2.2.2.2 起钻平衡外循环压耗，防止坍塌。

依据外环空循环压耗公式

理论计算：

计算数据见表1：（以井深2800米，密度1.25g/cm3，塑性粘度22mPa.s，计算环空循环压耗Ppa=Kpa*Lp*Q1.8；Kpa=7628*ρd0.8*μpv0.2/（dh-dp）3（dh+dp）1.8；泵冲按100冲/分钟计算）

制得表1，每次起钻前都需要依据表3计算出的密度和泥浆量在斜井段选择一段较长的砂岩段打入配置好的重浆，以平衡循环压耗，稳定井壁。

3 现场应用

3.1 直罗组坍塌掉块少，起下钻顺利

环平313-17二开斜井段采用低固相复合盐钻井液体系，在造斜到15度时开始转换钻井液体系，施工过程中保持适当的密度、较低的滤失量，为达到强抑制性和封堵能力，保持钻井液中8%甲酸钠、2% SFT-1、（2%-3%）ZDS、（1.5%～2%）云母+单封、0.5%-1% 聚合醇和0.5%-1%GD-2，并及时使用固控设备清除有害固相，保持钻井液的润滑性能良好，井壁稳定效果良好，起下钻顺利，无阻卡。

3.2 水平段的应用

进入水平段后密度成功提高至1.35g/cm3，经过换算，水平段当量密度已达到33.7-34.1MPa，根据现场砂样及伽马数据进行判断（伽马值大于120，泥岩出现），水平段钻遇四段泥岩共111米，未发生垮塌，证明了此钻井液体系优良的抑制防塌能力。

3.3 应用效果

经过改进后的钻井液体系在环平313-17井现场使用，效果良好，滑动钻时较快，摩阻小，直罗组及水平段泥岩稳定，起钻顺利，完井下套管顺利，且机械钻速和钻机月速度均大幅提高。（图5）

4 结论与认识

4.1 早转换泥浆体系，降低失水，形成致密的泥饼，减少浸泡时间，可有效防止直罗组垮塌，起下钻顺利无阻卡。

4.2 研究的防塌钻井液复配使用甲酸钠、聚合醇提高钻井液的抑制性；用乳化沥青、超细碳酸钙，提高综合封堵能力；

4.3 水平段连续大段泥岩的坍塌压力约为34MPa，入窗前钻井液密度要达到相应的当量密度，利用钻井液的液柱压力，支撑井壁，达到物理防塌的目的。

4.4 起钻前，打入重浆，及时补偿循环压耗，可有效防止泥岩垮塌。