页岩地层漏失井油控漏提速关键钻井技术

摘要：提高钻井速度对于加快页岩油勘探开发速度至关重要，然而页岩油普遍存在的漏失问题成为安全提速的症结所在，制约了页岩油高效安全的开发和钻井速度的提升。为解决页岩油漏失问题，减少漏失频次和漏失量，实现页岩油高效钻进，有必要针对页岩油钻井过程中普遍存在的易漏难题进行研究，制定安全有效的防漏、减漏措施，降低钻井事故复杂情况，优化钻头、钻具组合等提速工具选择，提高机械钻速，实现页岩油勘探过程的提速提效。

关键词：钻井速度；机械钻速；钻具组合；防漏减漏；页岩油勘探

某页岩油区块表层疏松易漏，特别是浅部极易发生失返性漏失；目的层含盐膏岩、高压油气层，窄密度窗口，地层复杂，漏失风险大，溢漏同存，易发生卡钻和其他复杂情况，井下风险高。统计前期6口施工井，平均机械钻速4.45m/h，平均钻井周期94.77d，共计发生漏失42次，漏失量2010.1m3，平均单次漏失47.86m3，平均单井漏失量335.02m3，漏失主要集中在N21和E32地层，严重制约了该地区钻井的提速提效。针对该地区钻井难点，通过优化井身结构，固封地层必封点，分井段和地层匹配钻井液体系，实现防漏、减漏；优选钻具组合降低滑动钻进比例，根据地层匹配钻头序列，提高破岩能力；配套优选高造斜率旋导工具，提高机械钻速，缩减钻井周期，形成了一套某页岩油防漏提速的钻井技术，解决了页岩油地层易漏、机械钻速低和钻井周期长等问题。

1方法过程

1.1室内研究

1.1.1防漏措施研究

(1) 井身结构优化。某页岩油地层岩性总体上以一套细粒灰色-深灰色纹层状灰云质页岩和层状灰云质页岩为主，其次为纹层状黏土质页岩及层状黏土质页岩，夹有部分钙质粉砂岩重力流沉积，具有典型的混积特征。

(2) 钻井液体系优选。钻井液漏失依据形成条件，主要有压差性漏失和压裂性漏失。压差性漏失主要发生在存在天然裂缝、孔隙和溶洞通道的地层中；压裂性漏失是指储层本身并不存在漏失通道，在各种作业过程，井筒压力超过地层破裂压力，诱导地层产生人工裂缝形成漏失通道而造成漏失，因此压裂性漏失又被称为诱导性漏失。

1.1.2提速措施研究

(1)钻具组合优化。井身结构精简为二开结构后，一开井段包括直井段、一次造斜段以及稳斜段。通过在螺杆钻具上方连接不同长度的短钻铤，优化调整螺杆本体扶正器(下扶)与欠尺寸扶正器(上扶)之间的距离，达到快速有效增斜、降斜的目的。钻具组合：Ø333.4mmPDC钻头+Ø244mm弯螺杆(弯角1.5°、Ø400mm下扶)+Ø228mm无磁钻铤(可变)+Ø228mmMWD短节+Ø398mm螺旋扶正器(上扶)+浮阀+Ø228mm钻铤×3根+Ø203mm钻铤×6根+Ø178mm钻铤×6根+Ø178mm随钻震击器+Ø139.7mm加重钻杆×12根+Ø139.7mm钻杆。

(2)PDC钻头选型和优化。在PDC钻头切削井底岩石过程中，岩石的连续破碎是通过切削齿切削同时辅以固定刀翼对岩石的旋转剪切实现的。井眼的中心部位岩石主要通过刀翼切削，而难钻进的岩块则以切削齿破碎为主。根据以上破岩机理，降低钻头破岩所需扭矩，优化钻头的后倾角和侧倾角，提升钻头的攻击性，使钻头可充分利用钻柱提供的扭矩破岩，提高钻头的破岩效率。

（3）旋导工具优选。旋转导向作为钻井施工中地质导向的关键性工具，具有造斜率高、钻速快、井眼轨迹控制精准、降低压差卡钻风险和清洁井眼等优点，在四川页岩气和胜利页岩油等非常规钻井中得到广泛应用。

1.2现场应用

某页岩油钻探前期未掌握该地区地层的必封点和风险点，地层复杂情况了解不透彻。为了施工便利，一开Ø660.4mm钻头钻至300m，下入Ø508mm表层套管；二开Ø406.4mm钻头钻至2140m，下入Ø339.7mm技术套管；三开Ø311.2mm钻头钻至2560m，下入Ø244.5mm技术套管，四开Ø215.9mm钻头钻至设计井深。该井身结构采用勺形井眼轨迹设计，存在反向位移，为实现走偏移，需大井眼造斜，存在造斜难度大、扭方位困难等问题［21］。应用以上防漏提速关键钻井技术在某页岩油施工了8口井，全部顺利完钻，平均单井漏失量由335.02m3降至23.02m3，机械钻速由4.45m/h增至7.36m/h，提高了65.4%，平均钻井周期由94.77d降至68.26d，缩短了27.9%，解决了钻探过程中漏失频发、漏失量大、机械钻速低和钻井周期长等问题。

2结果与讨论

2.1防漏效果评价

2.1.1井身结构优化防漏效果

井身结构优化是钻井工程中一项重要技术，主要目的是防止在钻井过程中由于地层裂缝或其他原因导致的钻井液漏失，确保钻井顺利进行和井身的稳定性。井身结构的设计需综合考虑必封点，确保井下安全。必封点是指在钻井过程中，基于地质条件和油气储层特征，必须进行封固的特定地层或层位，通常包括高压层位、易漏失层位、地层交界面和目的层顶界。某地区页岩油地质特征独特，储层巨厚、断裂发育。

2.1.2钻井液防漏效果

由上文分析可知，上部压差性漏失井段，易漏层前，优选盐水聚合物钻井液体系，加入1%~2%聚氨酯纤维封堵剂ZK-MF和2%超细钙，提高钻井液封堵能力和抑制性能力，防止漏失发生。聚氨酯纤维封堵剂是一种化学注浆材料，其中的活性异氰酸酯端基(—NCO)可以直接与水反应，生产坚硬的固体。这种反应不仅生成固化的聚氨酯树脂，还会产生二氧化碳气体，使体系膨胀，增强封堵效果。该封堵剂黏度低，流动性好，能够渗透到细小的裂缝或孔隙内，对于天然裂缝发育的N21地层，具有优异的封堵性能。针对裂缝性漏失井段，在原高密度复合有机盐BH-WEI钻井液体系配方基础上进行关键处理剂加量筛选，分别加入2%~3%降滤失剂BZ-KLS-Ⅱ、2%~3%防塌堵漏剂BZ-YFT和2%~3%抑制润滑剂BZ-YRH。BZ-KLS-Ⅱ降滤失剂作为高分子化合物的降滤失剂，是由含烷烃支链的丙烯类单体与含磺酸基的丙烯类单体共聚合成的中等分子量的线型分子，其分子中亲水基团多，与水、土结合能力强，护

胶能力强，有利于形成滤饼，降低滤失量。

2.2提速效果评价

2.2.1钻具组合优化提速

某页岩油井身结构优化为二开后，一开井段包括直井段、一次造斜段和稳斜段三部分，使用常规螺杆+MWD/LWD仪器的钻具组合施工，通常需频繁调整钻具组合，变化其稳斜和造斜能力；二开井段包含造斜段、稳斜段和水平段，使用旋转导向+直螺杆的钻具组合定向施工，不需要频繁起下钻，旋导工具自身即可根据工况随时调整稳斜和造斜功能。

2.2.2钻头匹配地层提速

某页岩油地区钻井数量偏少，实钻经验不足，通过对Baker、百斯特、江汉、中成等厂家的7种型号钻头现场使用分析，机械钻速大都在0.5m/h以下，单支进尺基本都在100m以内，抗振都比较弱，且该地区N21和N1地层，以棕褐色泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩，灰色粉砂岩、细砂岩为主，地层硬，研磨性强，导致钻头崩齿、磨损严重。因此，该井段钻头还有很大选型空间。

2.2.3旋导工具优化提速

该区块施工时主要使用了BakerHughes公司的ATC、ATK-G3和ATK-Extra旋导工具。ATK-G3采用三维轨迹精确制导，是行业内精度最高的导向工具，模块化连接，但其造斜能力偏低，仅为6.5(°)/30m。ATK-Extra旋导工具缩短了导向头肋板与钻头之间的距离，虽然提高了工具的造斜率，但不能添加常规螺杆钻具，钻头转速仅可依靠顶驱提供，增加了井眼垮塌和掉块的风险。

3结论

(1)针对某页岩油地层易漏、漏失量大等导致机械钻速低和钻井周期长的问题，利用二开井身结构和优化钻井液体系配方有效预防地层漏失，减少漏失量，优化钻具组合、钻头和旋导工具提高机械钻速，缩短钻井周期，形成了某页岩油防漏提速钻井关键技术。

(2)该区块优化成二开结构设计后，上直段深度达1000m以上，直井段打直防偏难度增大，可尝试引入垂直钻井技术，精细控制上直段井眼轨迹，且有助于进一步提高上直段机械钻速。同时，为进一步节约成本，降低旋导工具灭失风险，可考虑在高风险井段采用近钻头工具代替高成本旋导工具施工。

参考文献：

[1]胡素云,赵文智,侯连华,等.中国陆相页岩油发展潜力与技术对策［J］.石油勘探与开发,2020,47（4）：819-828.