D1- 1HF井溢漏同存安全钻完井新技术应用

吴 波,黄志安,王 委

中石化华东石油工程有限公司

1 D1-1井基本情况

D区块位于重庆市南川区，D1-1HF是川东高陡褶皱带万县复向斜平桥背斜南部构造上的一口评价水平井。目的层为茅口组，设计地层压力系数1.1～1.2。该区块多口井在二叠—三叠系地层，井漏、溢流频发。

D1-1HF井实际完钻井深2 185.00 m，垂深1 081.65 m，井斜：95.40°，方位：135.47°，A靶井深1 260.00 m/垂深1 120.90 m,B靶井深2 165.00 m/垂深1 081.65 m，水平位移1 118.00 m，水平段长925.00 m。井身结构见表1。

表1 D1- 1HF井井身结构表

二开以密度1.30 g/cm3钻至1 174.00 m，与邻井压裂段相窜，大量压裂液溢出，最大溢流量77.00 m3/h，出现了溢、漏同层。以密度1.15 g/cm3强钻至1 256.00 m，釆用双液法注水泥堵漏成功，钻井液密度提到1.50 g/cm3地层不漏，当扫塞至1 194.31 m,再次出现溢、漏同存。为保证井控安全，安装旋转防喷器，釆用控压钻井技术钻进。以密度1.21 g/cm3钻进至1 746.00 m，全烃升高至49%，气侵严重，气窜速度达581.00 m/h，放喷火焰最高5～10 m。将钻井液密度提高至1.34 g/cm3后，控制套压0.60～3.95 MPa,钻进到完钻井深2 185.00 m。

2 D1-1井施工主要难点

(1)溢、漏同存，井控安全风险大。该井目的层为茅口组、栖霞组，裂缝十分发育。二开钻至茅口组气层，先出现严重漏失，随后发生气侵，钻井液安全密度窗口窄。

(2)气体埋藏浅、上窜速度快，井口施工安全风险大。当井深1 174 m钻遇气藏时，垂深在1 050 m左右，气侵后气体滑脱上升速度快，关井后套压、立压直线上升，使正常的起下钻和下套管作业没有足够的井口安全操作时间。

(3)气层难压稳，固井质量难保证。因溢、漏同存，产层无法完全压稳，固井施工时水泥浆既发生气窜，也出现漏失，导致水泥浆返高不够，最终可能影响固井质量，甚至会造成固井后环空带压等问题。

3 D1-1井安全施工关键技术

3.1 控压钻井技术

该井二开用常规钻井技术施工至1 015.22 m，发生漏失，漏速28.8 m3/h。加入多种堵漏材料后钻进至井深1 174.00 m，出现溢、漏同存。经多次堵漏及压井，效果不好，强钻至1 256.00 m，用双液法注水泥堵漏成功。当扫塞至1 194.31 m时又发生溢流，全烃由2.065%上升至60.26%，关井套压由0.35 MPa升高至1.29 MPa，密度为1.21 g/cm3，同时伴有漏失现象，漏速6.21 m3/h。为确保施工安全，加装旋转防喷器，采用控压钻井技术继续施工。该技术能有效解决窄安全密度窗口地层安全钻进难题[1-7]。

该控压钻井装置安全控制套压为4.00 MPa。实施控压钻进时，密切监测钻井液出、入口流量变化，调节好节流阀开启度，保证井内处于微漏状态，且最大套压不大于4.00 MPa。由于控压钻进时一直存在溢漏现象，为减少地层流体侵入破坏钻井液性能，施工中采取的措施：一是加入随钻复合封堵剂、单向封闭剂、改性竹纤维等封堵材料;二是控制节流阀开启度，控制好钻井套压和钻井液漏失量(见表2)。控压钻进过程中，从井深1 194.31 m时入口钻井液密度1.22 g/cm3、出口钻井液密度1.21 g/cm3，逐渐提高到井深1 810.00 m时入口钻井液密度1.34 g/cm3、出口钻井液密度1.33 g/cm3，套压控制在0.60～3.95 MPa。从1 746.00 m钻至完钻井深2 185.00 m，全烃在10%～64%、火焰高度5～7 m，二开累计漏失钻井液1 392.30 m3。施工钻井参数及分段漏失量见表2。

表2 D1- 1井钻进主要参数

3.2 堵漏承压技术

溢、漏同存，要先堵漏，让地层达到一定承压能力，才能提高钻井液密度，保证井内液柱压力略大于地层压力，以便控制住溢流。要提高地层承压能力,使用可靠的承压堵漏技术是关键。

3.2.1 随钻堵漏

该井钻进至1 015.22 m发生漏失，漏速28.81 m3/h。用纤维素2 t、高效封堵剂0.25 t、随钻堵漏剂0.5 t配制堵漏浆23.0 m3，以随钻堵漏方式钻进至1 088.00 m。考虑茅口组气层活跃，决定对井段1 015.22～1 088.00 m进行承压堵漏试验。在加入上述堵漏材料封堵后，地层承压能力达到钻井液当量密度1.53 g/cm3。

以钻井液密度1.30 g/cm3钻进至1 174.00 m又发生井漏，漏速8.07 m3/h。随钻堵漏无效,于是起钻至套管内准备配堵漏浆。起钻过程中再次发生溢流，溢流量77.00 m3/h。虽多次配制不同浓度堵漏浆建立了循环,但由于钻具内有测量仪器，限制了大颗粒堵漏材料的使用，随钻堵漏效果差。

3.2.2 双液法注水泥堵漏

为提高地层承压能力，两次“注水泥浆+堵漏浆”双液法堵漏后，在井深1 174.00 m处地层承压当量密度达到1.50 g/cm3。但打开新地层后又发生漏失，并发生气侵。利用旋转防喷器强钻至1 256.00 m，压井后起出钻具。下入光钻杆，注入密度1.30 g/cm3浓度20%的堵漏浆6.0 m3，密度1.30 g/cm3的前置液2.0 m3，密度1.88 g/cm3的水泥浆32.00 m3，密度1.18 g/cm3的钻井液26.00 m3，此时关井憋压，共憋入密度1.18 g/cm3的钻井液5.40 m3。立压、套压由3.80 MPa下降至3.30 MPa，稳住不降，憋压候凝10 h扫塞钻进。在控压钻进施工中及时加入DF、LS-2、LS-4等封堵材料，钻井液密度由1.22 g/cm3逐渐提至1.35 g/cm3，直至完钻井深2 185.00 m。

3.3 “气滞塞”应用技术

3.3.1 “气滞塞”配方优选

“气滞塞”主要采用有机凝胶配置，是利用有机凝胶高强度、高黏度和高表面张力的特性，跟清水混合、搅拌均匀后，注到水平段环空，形成一段高黏切凝胶塞，阻滞气体上窜，延长气体到达井口的时间，以增加开井后井口安全操作时间[8-12]。表3是气滞塞配方优选对比表，最终优选3#配方。

表3 气滞塞配方优选对比表

“气滞塞”现场配制：先用清水30 m3+0.15 t有机凝胶，再用清水20 m3+2 t膨润土粉配制并加重至1.70 g/cm3，水化6 h后两者混合，制成1.35 g/cm3的低浓度凝胶土粉浆即气滞浆55.00 m3。

3.3.2 “气滞塞”技术的应用

利用“气滞塞”阻滞气体上窜，完成起钻作业。先从钻具内注入密度1.50 g/cm3钻井液30.00 m3，再泵入密度1.35 g/cm3气滞浆55.00 m3，最后泵入密度1.80 g/cm3钻井液10.00 m3。施工过程中顶驱以30 r/min转动，防止钻具黏卡。控制起钻速度，分别起至900.00 m、689.00 m、430.00 m,分段循环排气，平推密度1.80 g/cm3压井浆25.00 m3，套压降为0。起钻至170.00 m，再循环排气，套压2.50 MPa，再注入密度1.58 g/cm3压井液，套压0.55～1.22 MPa，正注密度1.82 g/cm3、黏度160 s-1的凝胶稠浆31.00 m3，停泵套压、立压均为0。此时井口安全，争取到2～3 h井口安全操作时间，便于起钻完在井口更换钻头、组合钻具等。由于下套管作业做准备工作的时间比更换钻头时间更长，因此需要更长的井口安全作业时间。为降低起钻抽汲压力、减少气体窜入井筒，下套管前通井只用光钻杆，同时增大注入井筒“气滞塞”的长度和密度。下钻时分段循环排气至井底，先注入密度1.50 g/cm3钻井液28.00 m3，再泵入密度1.50 g/cm3“气滞浆”70.00 m3，确保形成超过1 000.00 m的“气滞塞”。最后泵入密度1.80 g/cm3高密度钻井液5.00 m3。起钻时在水平段控制速度，减少抽取压力。起钻完，套压为0，立即抢下Ø139.7 mm套管。套管下至130.00～450.00 m时，中途平推密度1.80 g/cm3高密度钻井液压井3次。套管从450.00 m下至2 179.99 m过程中，套压在4.00 MPa以内时继续下套管；当套压上升到4.00 MPa时，立即停止作业、关井节流循环排气。经四次循环排气后，Ø139.7 mm套管安全下到预定深度。

3.4 泡沫水泥浆固井技术

由于该井溢、漏同存，要保证固井质量，既要做到相对压稳产层，又要做到固井施工时不发生漏失。因此，应用泡沫水泥浆体系，采取正注、反挤法固井施工技术。

3.4.1 正注双凝双密度泡沫水泥浆

设计领浆尾浆的分界面在井深1 000.00 m处，水泥浆返至井口。领浆用密度1.70 g/cm3弹韧性水泥基浆充气降密度至1.42 g/cm3，注入量29.00 m3，20 MPa条件下，试验温度经30 min达到40 ℃,190 min后稠度达到70 Bc。尾浆采用密度1.88 g/cm3弹韧性水泥基浆充气至密度降为1.65～1.85 g/cm3，注入量24.50 m3，20 MPa条件下，试验温度经30 min达到40 ℃,90 min后稠度达到70 Bc。确保既相对压稳气层，防窜又防漏。共计注水泥浆35.00 m3，替清水21.50 m3，施工终了压力10.00 MPa，碰压至15.00 MPa。整个正注过程井口节流放喷，放喷池火焰燃烧，套压最大0.70 MPa。替清水至11.50 m3时井口返出前置液，井口节流管汇闸门慢慢关小，直至碰压结束，完全关闭节流阀，套压为0.30 MPa。

3.4.2 环空反挤高密度水泥浆

正注施工结束，立即从环空挤入密度2.0 g/cm3水泥浆，关闭闸板防喷器开始以排量0.2 m3/min反挤，套压由0上升到2.0 MPa。挤入12.0 m3水泥浆后，把排量提至0.5 m3/min，套压升到3.0 MPa。共注入密度为2.0 g/cm3水泥浆29.4 m3。反挤结束后停泵套压为2.0 MPa，憋压候凝6 h后环空压力仍为2.0 MPa。

候凝48 h后,检测固井质量合格。实测水泥返至地面，声幅曲线数值大部分为15%～30%。其中357～413 m 、618～997 m、1 305～1 613 m第一界面胶结中等—好，个别井段胶结中等—差。声波变密度曲线反映地层波清晰且连续性好。第二界面胶结以中等—差为主，个别井段胶结中等—好。胶结好的井段为49%，胶结中等的井段为36%，胶结差的井段为15%。

4 认识与建议

(1)利用旋转防喷器实施控压钻井，能有效解决溢、漏同存井的钻井施工难题。应用该技术的关键是监测出入口流量变化和调节节流阀开启度，把套压控制在安全范围内。

(2)使用有机凝胶配置的“气滞塞”，能有效阻滞产层气体的上窜速度，为起下钻、下套管作业赢得了井口安全操作时间，保证施工作业安全。

(3)应用泡沫水泥浆体系、采用正注反挤固井技术，是保证窄密度安全窗口井段固井质量的有效方法。既能保证相对压稳产层、又能使水泥返高达到设计要求，从而保证固井质量。可尝试采用控压固井技术，以更好地确保固井质量。

(4)为确保钻井施工过程的井控安全，应停止一定范围内的压裂施工作业。