宁216H21-2 页岩气井钻井关键技术＊

王根柱，祝小林，李 伟，殷 娜

（渤海钻探工程有限公司第一钻井工程分公司，天津300280）

1 地质情况

宁216H21-2 井地层自上而下依次钻遇三叠系的须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组，二叠系的长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组，志留系的韩家店组、石牛栏组、龙马溪组，奥陶系的五峰组、宝塔组。目的层为龙马溪组下部优质页岩[1-2]。

2 钻井难点

地层复杂，井漏严重。三叠系须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组以及二叠系长兴组、茅口组、栖霞组等灰岩地层裂缝和溶洞发育，容易发生裂缝失返性漏失；在志留系韩家店、石牛栏组以及龙马溪组地层钻进过程中容易发生裂缝性漏失。志留系韩家店组、以泥岩为主，地层承压能力低，坍塌压力较高，易发生井漏和井壁垮塌。页岩气井对钻井液技术提出了严峻的挑战[2-3]。

地层致密，抗研磨性强，机械钻速低。长宁页岩气区块地质埋藏深，地层老，地层可钻性差，机械钻速慢，特别是一些复杂地层如茅口组地层含黄铁矿、燧石结核；石牛栏组地层非均质性强，软硬交错，泥质含量高、下部存在致密砂岩，这些原因均会使机械钻速降低[2]。

3 关键技术

3.1 雾化钻井工艺技术

一开Φ660.4 mm 井眼钻进至76 m 井漏失返，改使用雾化钻井。76～86 m 返出少量砂子，86～368 m 井段出口无清水返出、返出少量气体。二开Φ444.5 mm 钻开新地层后发现漏失，至372 m 漏速12 m3/h，至376 m 井口失返，改雾化钻井。376～410 m 井口间断返出清水及细砂，410 m 后井口无清水返出，返出少量气体。现场雾化钻井空气钻设备流程如图1 所示。

图1 现场雾化钻井空气钻设备流程

雾化钻井技术实施过程如下。

推荐参数：空气量180 m3/min，注液量5～12 L/s。调整气液比，观察井口返出情况，寻找携砂和漏失的合理气液比雾化钻进，确保以最大的液量钻进。

若岩屑与空气正常返出，则保持该参数钻进。若无岩屑返出时，钻进期间密切注意扭矩变化情况。扭矩波动大时，表明井底携砂不好，可能存在泥包，此时应加大液量至40～60 L/s 冲洗钻头。

钻具提到最高，先停气、等水将气替出后再停泵，另外钻具内接浮阀，防止堵钻具水眼。

打完一个立柱，循环洗井3～5 min，上提下放钻具，观察有无阻卡现象，钻头提离井底20 m 以上，先停气、后停泵，待气水完全停后，下放钻具，观察有无沉砂。沉砂满足接立柱，否则继续循环划眼。

增压机举砂。钻进过程中发现沉砂段长有增加趋势时，采取正注清水30～40 m3，使用增压机，以空气量120 m3/min的排量举砂，并根据举砂情况定是否继续举砂。

短起下。初期钻进时，钻进30～50 m 短起下一次，拉进导管里或起出检查钻头。若起下拉力正常、钻头及钻具无泥包，则后续拉长短起下的井段。

钻进过程中，扭矩增大时必须立即停钻，采取倒划眼的方式拉顺井眼，同时增大液相排量。扭矩及拉力正常后再继续钻进。

每钻进50～80 m，使用绞车测斜一次。根据测斜情况及时调整钻井参数。

500 m 后井底沉砂会越来越多，为防止卡钻发生，制定如下防砂卡对策：钻进时单根最后1～2 m 使用60 L/s 以上排量钻进，打入清水至少130 m3（井眼容积100 m3），大排量清水洗井；接单根前再探沉砂，若沉砂减少，则不打稠塞；若沉砂不变，则过稠塞入井40 m3，使用纯土粉配，粘度滴流。

3.2 堵漏施工技术

四川长宁背斜构造中宁216 区块地质条件最复杂，三叠系、二叠系等灰岩地层裂缝和溶洞发育，容易发生裂缝失返性漏失，在志留系地层中也容易发生裂缝性漏失[2]。

三开φ311.1 mm 井眼施工井段：895～2 801 m，井漏主要层位在茅口组—韩家店组以上井段。三开期间井漏21 次，其中7 次失返性漏失，三开累计漏失密度1.32～1.40 g/cm3聚合物钻井液3 352.7 m3，三开因井漏耽误时间364.5 h。

四开φ215.9 mm 井眼施工井段：2 801～3 685 m，井漏主要层位在石牛栏组（龙马溪组三次）。四开期间井漏20 次，其中两次失返性漏失。四开累计漏失密度1.75～1.90 g/cm3氯化钾盐水钻井液2 317 m3，四开因井漏耽误时间498.5 h。

具体漏失情况如表1 所示。

表1 宁216H21-2 井井漏基本数据

发生井漏时，根据是否带定向井仪器及漏失速度调配同浓度、不同粒径的堵漏剂进行堵漏。漏速低时，配置低浓度细颗粒的堵漏浆（配方：4%BZ-ACT+3%SD-801+5%ACT+3%STA1）随钻堵漏，或使用原钻进钻具进行桥堵；漏速较大或者井口失返，配置高浓度大颗粒的堵漏浆（配方：5%桥塞堵漏剂+5%STA-2+5%综合堵漏SD803+7%复合堵漏剂+3%（3～5 mm）果壳+5%（5～8 mm 果壳）），起钻使用光钻杆进行承压堵漏，或直接注水泥堵漏等。该井三开及四开累计41 次漏失中，采用随钻堵漏、桥塞堵漏、承压堵漏、注水泥堵漏等方法，取得了较好的堵漏效果，其中针对漏失不是特别严重的情况，桥塞堵漏成功次数较多。

3.3 钻头优选技术

宁216H21-2 井各开次钻头数据如表2 所示。

须家河-嘉陵江地层研磨性高、可钻性差，一开使用Φ660.4 mmTS1689B，二开使用Φ444.5 mmSD6647VZ 和SD6543 PDC 钻头+常规钻具空气雾化钻进，机械钻速较快。其中Φ444.5 mmSD6647VZ 钻头由于起钻困难需倒划眼，划眼时间较长，起出钻头刀翼冠部磨损严重，如图2 所示。

三开飞仙关、长兴组、龙潭组地层可钻性差，机械钻速低，茅口组、栖霞组可钻性差，地层存在夹层，地层软硬交错变化对钻头损伤较大，机械钻速明显下降。采用5 刀翼PDC 钻头Φ311.2 mmTS1655BS，机械钻速较快。

图2 起出钻头刀翼冠部磨损严重

四开韩家店组地层可钻性差，选用5 刀翼双排齿PDC钻头+螺杆，机械钻速一般。石牛栏、龙马溪组地层选用5刀翼双排齿，因地层可钻性差，机速较低。

3.4 钻井液技术

宁216H21-2 井根据地层特点及压力系数，一开、二开使用清水雾化钻井，三开895～1 604 m 采用聚合物体系，1 604～2 801 m 采用BH-KSM 体系，四开采用BH-KSM 体。

3.4.1 三开钻井液

895～16 04 m：聚合物体系。

配方：井浆+0.1%～0.3%BZ-BYJ-I+0.5%～1%PAC-HV+0.1%～0.2%片碱+重晶石。

地层：嘉陵江组嘉四2 段、嘉二1 段、飞仙关组飞二段；岩性为灰岩、云岩、泥岩、石膏。

表2 宁216H21-2 井钻头使用数据

1 604～2 801 m：BH-KSM 体系。

配方：4%～6%膨润土+5%～7%KCl+0.2%～0.3%片碱+0.3-0.5%BZ-BYJ-1+1%～1.5%BZ-KLS-1+2%～3%BZ-YFT+0.2%～0.3%BZ-HXC。

地层：飞二段—韩家店组。

岩性：灰岩、页岩、砂岩。

维护及处理要点：①三开初始井段采用0.5%BZ-BYJ-I来控制泥岩造浆，使用0.5%～2%聚阴离子纤维素PAC-LV类降滤失剂，1%～2%抗盐降滤失剂BZ-KLS-I 调节钻井液滤失量，控制API 小于等于5 mL，采用2%BZ-FFT-I、2%BZ-YFT 封堵地层稳定井壁。②维护时将降滤失剂、聚阴离子纤维素、包被剂、防塌剂等按比例浓度配制成胶液。③钻至飞四段，转型为BH-KSM 体系，井浆直接干加入5%的KCL，增大泥浆体系抑制性用量保证井壁稳定，井下正常，同时密度提至1.30 g/cm3，严格控制加重速度，每个循环周密度增加值不超过0.02 g/cm3。龙潭组地层施工钻井液密度1.37～1.40 g/cm3。④钻至龙潭组地层前，控制BZ-BYJ-1含量0.3%～0.5%，使钻井液具有较强的抑制能力；控制BZ-KLS-1 含量1%～1.5%，BZ-YFT 含量2%～3%，使钻井液具有较低的API 滤失量，控制API 失水小于等于5 mL。龙潭组地层，避免煤层、铝土质泥岩复杂。控制漏斗粘度45～55 s，动切力8～13 Pa，动塑比大于等于0.3，初切2～4 Pa，终切4～11 Pa，使钻井液具有良好的流变性，保证悬浮携带能力；控制膨润土含量30～40 g/L。

3.4.2 四开钻井液

2 801～3 685 m 钻井液：BH-KSM 体系（3%～4%膨润土+5%～7%KCl+0.2%～0.3%片碱+0.3%～0.5%BZ-BYJ-I+1%～1.5%BZ-KLS-I+0.2-0.4%PAC-LV+2%～3%BZ-FFT-I+2%～3%SMP-I+2%～3%SMP-II +2%～3%BZ-YFT+0.2%～0.3%BZ-HXC+重晶石）。

地层：韩家店组—宝塔组，其岩性主要为粉砂岩、黑色页岩、灰岩。

维护及处理要点：①钻进过程中，泥浆性能以配胶液的方式维护为主，同时补充泥浆量。控制膨润土含量25～30 g/L， BZ-BYJ-1 含量0.3%，KCl 含量大于等于6%，BZ-KLS-I 含量1%～1.5%，SMP-I 含量2%～3%，BZ-FFT-I含量2%～3%，BZ-YFT 含量2%～3%，使钻井液具有较低的滤失量API 失水小于等于4 mL，HTHP 失水小于等于12 mL。②钻进过程保证排量在30 L/s 以上。强化固控措施，严格要求工程方面钻进中保证振动筛使用率100%，除砂器、除泥器使用率100%以上，离心机根据泥浆含砂、密度情况适当开启。③加强坐岗。发生井漏时，根据漏速大小，采用随钻堵漏、桥塞堵漏、承压堵漏、或水泥堵漏进行堵漏作业。

4 认识与体会

通过优化调整雾化钻井参数及尝试各种洗井方式，减少井下沉砂，解决了泄压后易堵水眼问题，保证了雾化钻井期间井下安全。建议针对地层特点，加强钻头优选，与钻头厂家沟通，针对需频繁倒划眼井段使用的钻头加强其刀翼冠部的抗耐磨性；针对类似石牛栏组等致密地层，尝试改变PDC钻头的复合片布齿及仰角设计，从而进一步提高机械钻速。针对是否带定向井仪器及漏失速度调配同浓度、不同粒径的堵漏剂进行堵漏，不断总结并优化堵漏措施，取得了较好的堵漏效果。优选钻井液体系，加强日常维护处理，保证了钻井液的防塌封堵及抑制性能，满足了安全施工要求。