江苏油田套管开窗侧钻井井下复杂情况的处理与研究

王建，施智玲，杨小敏，杨雪山

江苏油田套管开窗侧钻井井下复杂情况的处理与研究

王建，施智玲，杨小敏，杨雪山

中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225001

针对江苏油田域内套管开窗侧钻井的井漏和井壁垮塌频发问题，开展堵漏和防塌技术研究。利用成胶剂和交联剂形成网状结构的胶体，并在网状结构中充填纳米增强剂提高强度，配加小颗粒堵漏剂形成适合侧钻井的堵漏体系，该体系的成胶时间为1～2 h，强度大于7 MPa，可解决堵漏材料堵塞井眼环空和火成岩裂缝性地层漏失问题。研究了强抑制封堵KCl聚合物钻井液体系，该体系具有抑制性强、流型好、性能稳定等特点，配合井眼净化模拟计算推荐排量，可解决阜宁组黑色泥岩易塌地层安全钻进难题。研究成果在复杂漏失井CS20-32A井和井壁垮塌井CSX23A井进行应用，复杂时效分别为6.19%和0，达到预期效果，为油田推广应用低成本套管开窗侧钻井开发提供了技术支持。

开窗侧钻井 井漏 井壁垮塌 钻井液 堵漏 漏层封堵

利用开窗侧钻井挖潜油田断块的剩余油是低成本开发的一种方式。近年来，具有“周期短、投资少、见效快”等优势的139.7 mm套管开窗侧钻118 mm井眼的侧钻井部署比例大幅上升，逐渐成为江苏油田老区挖潜的主要手段［1-4］。侧钻井因井眼尺寸小、环空间隙窄、携砂困难等工程因素和上部三垛组和戴南组漏层多、下部阜宁组黑色泥岩易垮塌等地质因素制约，造成施工中有以下难点：①江苏油区的火成岩地层发生井漏时漏失速度为15～30 m3/h，采用常规桥堵技术，虽能够降低漏速，但是桥接类堵漏材料容易在小井眼窄间隙环空中形成堆积，堵塞环空，降低堵漏成功率；②118 mm井眼钻进排量低（450～600 L/min），井壁掉块不易携带至地面，提高排量易冲蚀井壁，从而加剧井壁垮塌；③随着裸眼段增长和井斜角增大，如果施工排量不合适，岩屑会在环空中不断堆积形成岩屑床，导致下钻不易到底，开泵憋泵，甚至憋漏、憋垮地层。

部分井井下复杂情况统计如表1所示。多口侧钻井在处理过程中发生井漏、划眼、电测遇阻等井下复杂情况，处理时间较长，部分井填井重新侧钻，甚至封井报废，造成较大的经济损失。因此，有必要针对江苏油田侧钻井中常见的井下复杂情况进行分析和研究，为油田推广应用低成本套管开窗侧钻井开发提供技术支持。

表1　2018—2019年部分井井下复杂情况

1　侧钻井井漏复杂情况的处理对策

1.1　WJ-1堵漏浆体系设计

针对大颗粒堵漏材料堵塞井眼环空问题，采用凝胶配合细颗粒堵漏剂的WJ-1堵漏浆体系实现漏层封堵［5-6］。该体系中交联剂JL-1的活性基团可以与成胶剂CJ-1的分子链相连，形成空间网状结构，成胶剂CJ-1的加量越大则形成的网状结构越密；增强剂ZJ-1是一种纳米级化学剂，可以对网状结构进行充填，可达到增强体系强度的作用；在凝胶体系内加入细颗粒堵漏剂HND-1，提高体系在漏速通道内的滞留量，形成有效封堵层；加入悬浮剂XF-1防止颗粒类堵漏材料发生沉降。

1.2　堵漏浆体系室内评价

1.2.1堵漏浆体系筛选

在模拟漏层井温条件下，对影响WJ-1堵漏浆体系性能的成胶剂CJ-1和交联剂JL-1的加量进行室内试验研究，结果如表2所示。由表2可知：成胶剂的加量对交联时间影响较小，随着交联剂用量增加成胶时间降低，同时考虑施工时间为1～2 h，最终选择成胶剂加量为5%～6%，交联剂加量为2%～2.5%。

表2　WJ-1堵漏浆体系筛选数据

注：模拟地层温度为50 ℃。

1.2.2增强剂浓度筛选

以5%成胶剂CJ-1+2%交联剂JL-1+8%堵漏剂HND-1+9%悬浮剂XF-1+水为基液，评价增强剂对堵漏浆强度的影响，评价结果如表3所示。由表3可知：加入增强剂后抗压强度随着增强剂增加而增加，每增加5%，可提高堵漏浆强度约0.75 MPa。由室内研究初步确定该堵漏浆体系配方为5%～6%成胶剂CJ-1+2%～2.5%交联剂JL-1+5%～10%增强剂ZJ-1+8%堵漏剂HND-1+9%悬浮剂XF-1+水。

表3　WJ-1堵漏浆强度筛选数据

注：模拟地层温度为50 ℃。

2　防塌预防与处理对策

2.1　防塌钻井液体系

在侧钻井施工条件下，井壁失稳应以预防为主，因此需要对防塌钻井液进行优化［7-10］。室内研究强抑制封堵KCl聚合物钻井液体系，筛选的钻井液配方为3%膨润土浆+0.25%Na2CO3+0.15%NaOH+0.05%～1%XC+0.2%～0.3%FA367+0.5%～1%LV-PAC+5%～7%KCl+1.5%FH-96+1.5% OSAM-K+3%QS-4+CaCO3。强抑制封堵KCl聚合物钻井液体系与目前侧钻井常用复合金属离子钻井液体系室内性能评价对比结果见表4。

表4　2种钻井液体系性能评价对比

注：热滚条件为100 ℃，16 h；钻井液密度为1.25 g/cm3。1#配方：3%膨润土浆+0.2%FA367+1%LV-PAC+0.05%XC+7%KCl+1.5% FH-96+1.5%OSAM-K+2%JS-LUB-1+3%QS-4+CaCO3（强抑制封堵KCl聚合物钻井液体系）；2#配方：5%膨润土浆+0.3%PMHA- II+0.6%NH4HPAN+1.5%FH-96+1.5%OSAM-K+2%KD-21C+3%QS-4+CaCO3（复合金属离子钻井液）。

由表4可知：强抑制封堵KCl聚合物钻井液较复合金属离子钻井液在模拟井筒温度50 ℃下，API滤失量降低1.7 mL，高温高压滤失量降低3 mL，页岩回收率提高12.4%；在100 ℃热滚16 h后，体系性能仍然稳定，具有抗温性强、滤失量低、润滑性能优和抑制性强的优点，在钻进中具有更佳的防垮塌效果。

2.2　井眼清洁度评价

防止阜四段黑色泥岩垮塌，堆积形成岩屑床，利用Landmark软件开展水力携岩分析计算井眼清洁状况，计算条件为江苏油田《套管开窗侧钻井设计规范》要求的极限难度（井深3 000 m、井斜角45°、裸眼段长1 200 m），垮塌物直径取10 mm，模拟结果如图1所示。

图1　不同排量下井眼净化能力分析

由图1可知：在配套的3缸 735 kW泥浆泵工作能力下（施工泵压22 MPa以内），井斜角小于30°，推荐排量450 L/min；井斜角30°～37°，推荐排量500 L/min；井斜角37°～45°，推荐排量550 L/min。在提高钻井液携带能力后，可将直径10 mm以内的垮塌物携带至地面。

3　现场应用及效果

3.1　CS20-32A井堵漏试验

3.1.1试验井概况

为了充分动用断层附近井间剩余油，对CS20-32井进行井漏处理，但处理失败（复杂处理时间802 h，复杂时效42.8%），重新侧钻CS20-32A井。借鉴CS20-32井处理经验，侧钻后存在以下难点：①S20断块垂直裂缝发育，裂缝附近存在80～100 m火成岩，连通性好，漏速超过20 m3/h；②采用桥接堵漏，大颗粒堵漏材料发生环空憋堵故障，降低了堵漏成功率；③采用凝胶堵漏，堵漏浆在成胶前全部漏失，无法在漏失通道中形成有效封堵带。

3.1.2现场试验与效果

打斜向器重新开窗侧钻CS20-32A井，开窗深度1 460 m，开窗完进入裸眼段，钻进至1 675 m发生井漏，测出漏速5 m3/h；采用强钻的方式钻进至1 810 m发生失返性漏失，起钻换堵漏钻具，注入WJ-1堵漏浆（配方为 6% 成胶剂CJ-1+2.5% 交联剂JL-1+10% 增强剂ZJ-1+8% 堵漏剂HND-1+9% 悬浮剂XF-1 +水），堵漏段塞长度200 m，向漏层替入WJ-1堵漏浆3 m3，井内留WJ-1堵漏浆1.5 m3。关井候凝2 h后，试压7 MPa，稳压30 min压力未降，下钻后恢复正常钻进。

效果评价：WJ-1堵漏浆体系利用颗粒堵剂形成滞留带，化学凝胶在滞留带成胶的原理，可达到该类漏层的有效封堵效果。CS20-32A井复杂处理时间58 h，复杂时效仅为6.19%。

3.2　CSX23A井防塌处理

3.2.1试验井概况

为了挖潜S23断块E1f31+2，充分发挥高部位剩余油价值，对CSX23A井侧钻，该井施工存在以下难点：①轨道设计复杂、定向井段多（开窗后设计采用了降-稳-增-稳四段制轨道）；②定向段位于阜宁组灰黑色泥岩易垮塌地层，要求钻井液有足够的防塌能力；③设计井斜角大（最大井斜41.25°），稳斜段长度＞500 m，裸眼段长＞1 000 m，对携岩能力要求高。

3.2.2现场试验及效果

CSX23A井采用强抑制封堵KCl聚合物钻井液，侧钻前用3%膨润土、0.25% Na2CO3，预水化坂土浆16 h以上。先用0.1 t FA367配制胶液10 m³，缓慢加入膨润土浆搅拌均匀。另用LV-PAC 0.25 t配制胶液8 m³，也加入膨润土浆充分搅拌。用剪切泵加入3% QS-2和7% KCl干粉，加烧碱调整pH至9左右，循环均匀测密度后再增加其至设计密度，加入0.05% 黄原胶XC，提高钻井液沉降稳定性。侧钻成功后及时加入环保型生物润滑剂JS-LUB-1，并根据定向钻进摩阻情况定期补充，保持含量2%左右。使用四级固控设备，控制泥岩造浆，维护膨润土为25～35 g/L。定期补充KCl，保持含量在7%左右。钻至易垮地层前加入1%～1.5% FH-96进行防塌预处理，后续侧钻中定期补充KCl，并配加1.5%OSAM-K。利用Landmark井眼净化模拟模块实时计算井眼清洁程度和岩屑床高度，优化施工排量，全井钻进排量控制在550 L/min以上。

效果评价：CSX23A井顺利钻进至设计井深，定向时无明显托压现象，电测结果显示全井井径扩大率仅为15.3%，钻井周期16.42 d，复杂时效为0，投产后，初期日产油量为4.2 t，堵塞比0.71，储层处于完善状态，取得了较好的钻探效果。

4　结论

1）筛选的WJ-1堵漏浆体系利用颗粒堵剂形成滞留带，通过化学凝胶在滞留带成胶的原理，可实现江苏油区火成岩垂直裂缝漏层封堵。

2）优化的KCl聚合物钻井液配方体系控制地层造浆能力强，携岩性和润滑性好，封堵防塌能力强，流型易控制，配合合适的钻进排量，可实现失稳地层安全钻进。

3）研究成果在CS20-32A井和CSX23A井应用，解决了堵漏材料堵塞井眼环空和火成岩地层漏失问题及阜宁组易塌地层的安全、快速钻进难题。

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Research of Jiangsu Oilfield sidetrack drilling downhole complex dispose

WANG Jian，SHI Zhiling，YANG Xiaoming，YANG Xueshan

，225001，

In order to solve the well loss and wellbore collapse in sidetrack drilling of Jiangsu Oilfield， the plugging and anti-collapse technology had been researched. Using coss-linking agent and gelatinizing agent to connect a reticulate structure gel， and nanometer materials were filled for enhancing the strength of the gel. The gel with small particle plugging additive could gelatinize in 1-2 hours， and the strength was larger than 7 MPa. This gel system was used to solve the bridging particle blocking wellbore annulus problem and block off igneous rock losing. The inhibition blocking KCl polymer drilling fluid had been reached， which had high inhibitive ability， good liquidity and stable property. By calculating the wellbore cleanliness， the black mudstone of funing formation collapse problem had been solved during the sidetrack drilling. The research results had been used in losing well CS20-32A and the wellbore collapse well CSX23A， the downhole complex aging was 6.19% and 0， respectively which could support the sidetrack drilling using widely in Jiangsu Oilfield.

sidetrack drilling； well loss； wellbore collapse； drilling fluid； plugging； leakage layer plugging

2021-09-15

王建，副研究员；研究方向：钻完井工艺技术；E-mail：285297992@qq.com

［责任编辑 荀志金］