田林海， 屈 剛， 雷 鳴， 于德成， 張 偉

（1. 中國石油西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009；2. 中國石油西部鉆探工程有限公司工程技術(shù)處，新疆烏魯木齊 830011；3. 中國石油集團(tuán)油田技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100027）

瑪湖油田瑪18井區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)和布克賽爾蒙古自治縣，其東南為瑪納斯湖，距克拉瑪依市烏爾禾區(qū)29 km，西北距已開發(fā)的百口泉油田22～28 km。區(qū)域構(gòu)造位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷西環(huán)帶瑪西斜坡，目的層為該凹陷瑪湖區(qū)三疊系百口泉組?，?8井區(qū)三疊系百口泉組油藏申報新增探明石油地質(zhì)儲量5 947.07×104t，含油面積82.04 km2，石油技術(shù)可采儲量1 272.68×104t；溶解氣地質(zhì)儲量 98.27×108m3，技術(shù)可采儲量21.03×108m3[1]。截至2018年11月，瑪18井區(qū)已開鉆水平井71口，其中已完鉆井54口，在鉆井17口。瑪18井區(qū)從2016年10月開始利用水平井進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)，從2017年5月開始對已完鉆水平井開展體積壓裂。體積壓裂過程中，發(fā)現(xiàn)該井區(qū)原始地層壓力遭到破壞，部分在鉆中深水平井三開井段不同程度地發(fā)生井下復(fù)雜情況。截至2018年11月，共計(jì)發(fā)生較為嚴(yán)重的井下復(fù)雜情況89井次，損失作業(yè)時間807.63 d。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，因體積壓裂而使鄰井受到較大影響的案例，目前常見于四川盆地的頁巖氣開發(fā)當(dāng)中，但其影響主要表現(xiàn)在完井套管變形，對在鉆井的影響尚未見到相關(guān)報道。為此，筆者分析了瑪18井區(qū)體積壓裂對在鉆中深水平井三開鉆進(jìn)干擾的問題，提出了應(yīng)對措施及后續(xù)處理方案，以期預(yù)防或消除由這種干擾帶來的不良影響。

1 地層壓力分布及水平井井身結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)[2]，瑪湖油田瑪18井區(qū)中深水平井鉆遇地層的壓力系數(shù)，縱向上呈自然遞增的趨勢（見表1），侏羅系普遍為低壓地層，侏羅系與三疊系交界區(qū)的壓力系數(shù)遞增較為明顯。該井區(qū)域目的層百口泉組1段為高壓層，壓力系數(shù)為1.60。以前，該井區(qū)中深水平井的設(shè)計(jì)原則是，技術(shù)套管封至白堿灘組第一套砂巖，有效封隔三疊系上部的低壓層后，專打高壓層（井身結(jié)構(gòu)見表2；其中，造斜點(diǎn)在井深3 600.00 m（克上組1段），入靶點(diǎn)在井深4 100.00 m（百口泉組），出靶點(diǎn)在井深5 800.00 m（百口泉組））。該井身結(jié)構(gòu)基本滿足瑪18井區(qū)水平井安全施工的要求，是目前最常用的井身結(jié)構(gòu)。

表1 瑪18井區(qū)中深水平井鉆遇地層壓力系數(shù)分布Table1 Distribution of formation pressure coefficient in mediumdeep horizontal wells of Ma 18 well area

表2 瑪18井區(qū)中深水平井井身結(jié)構(gòu)Table2 Casing program of medium-deep horizontal wells of Ma 18 well area

2 體積壓裂對水平井三開鉆進(jìn)的影響

2.1 體積壓裂前已完鉆中深水平井情況

瑪18井區(qū)從2016年10月開始規(guī)?；@水平井。2016年10月至2017年4月，可認(rèn)為是瑪18井區(qū)中深水平井鉆井的第一階段，在該段時間內(nèi)完鉆的中深水平井，同等情況下各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)較為均衡，井下故障時率較低（見表3）。

表3 2016年10月—2017年4月瑪18井區(qū)已完鉆中深水平井情況Table3 Statistics on the drilled medium- deep horizontal wells in Ma 18 well area from October 2016 to April 2017

2.2 體積壓裂后鄰井三開鉆進(jìn)中的復(fù)雜情況

2017年5月，瑪18井區(qū)已完鉆中深水平井開始進(jìn)行體積壓裂，隨著體積壓裂作業(yè)的進(jìn)行，鄰近正鉆井不同程度地出現(xiàn)了井下復(fù)雜情況。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)的井下復(fù)雜情況有2類：1）目的層及斜井段的泥巖段鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)井眼失穩(wěn)現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)井壁垮塌和卡鉆；2）侏羅系與三疊系交界面附近，即白堿灘組和克上組過渡段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的竄漏現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為井漏、水竄、酸竄、溢流和氣侵等復(fù)雜情況。

2.2.1 部分泥巖失穩(wěn)案例

MaHW6110井三開鉆至井深3 936.00 m（井斜角67°）揭開泥巖，繼續(xù)鉆至井深3 941.00 m（井斜角67°）時憋泵蹩頂驅(qū)，泵壓由24 MPa 升至30 MPa，蹩停頂驅(qū)，發(fā)生卡鉆。此時，該井鉆井液密度已達(dá)設(shè)計(jì)上限1.68 kg/L，處理過程中從井下返出大量泥巖段掉塊，證明泥巖已失穩(wěn)垮塌造成卡鉆。該井采取套銑、倒扣等手段解卡，但因此損失的時間長達(dá)46 d。分析認(rèn)為，該井出現(xiàn)井下故障的原因是鄰井MaHW6122井實(shí)施了體積壓裂作業(yè)。MaHW6122井實(shí)施了18級壓裂，其與 MaHW6110井三開井段的井眼軌跡在3 600.00～4 009.00 m井段僅相距94.00～320.00 m。對比地質(zhì)錄井資料發(fā)現(xiàn)，MaHW6110井三開井段氣測基值達(dá)到10 000，遠(yuǎn)高于MaHW6122井同井段氣測基值（3 000），證明MaHW6110井三開井段地層原始壓力遭到了破壞，造成泥巖段地應(yīng)力發(fā)生變化引起失穩(wěn)，從而導(dǎo)致了垮塌和卡鉆。

MaHW6129井三開水平段使用旋導(dǎo)鉆具組合鉆至井深5 109.00 m時揭開泥巖，繼續(xù)鉆至井深5 168.00 m處（井斜角由88°開始上調(diào)至91°）發(fā)生垮塌、卡鉆，鉆井液密度為1.74 kg/L。發(fā)生井下故障后，采取了一系列處理措施（泡解卡劑6次，爆炸松扣作業(yè)3次，用反扣鉆具實(shí)施倒扣作業(yè)3次），共計(jì)倒出鉆具180.04 m。由于當(dāng)時正處于冬季，打撈作業(yè)操作難度大，加之該井為兩井平臺中的一口，所以暫定封井，先處理平臺另一口井（MaHW6130井），然后再進(jìn)行后續(xù)打撈作業(yè)，處理井下故障的時間達(dá)到了99 d。分析認(rèn)為，其與鄰井 MaHW6126井三開井段的井眼軌跡最近處僅相距210.00 m，受到了鄰井體積壓裂的影響（MaHW6126井實(shí)施了19級壓裂作業(yè)）。

2.2.2 部分竄漏案例

MaHW6007井三開井段井眼軌跡與鄰井MaHW6014井最近的距離僅281.00 m，受體積壓裂的影響，水平段鉆至井深5 100.00 m時發(fā)生嚴(yán)重氣侵，壓井作業(yè)耗時22 d。

MaHW6132井三開鉆至井深3 896.00 m（地層為白堿灘組，井斜角為54°）時發(fā)生溢流。當(dāng)時，距其1.2 km的鄰井MaHW6104井和MaHW6105井正在進(jìn)行體積壓裂，壓裂流體（水和酸化物質(zhì)）竄入MaHW6132井井筒，導(dǎo)致返出鉆井液的pH值由9.5降至6.5。該井由于發(fā)生了嚴(yán)重水竄、酸竄，三開裸眼段出現(xiàn)了大面積的井壁剝落垮塌現(xiàn)象，致使無法恢復(fù)正常作業(yè)，被迫停鉆封井。

2.2.3 體積壓裂給鉆井帶來的主要影響

1）井控風(fēng)險增大?，?8井區(qū)目的層百口泉組地層主要為砂礫巖，屬高壓低滲儲層。在利用水平井進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)前期，未發(fā)生一起井控險情，屬于新疆油田三級井控風(fēng)險井區(qū)。但自2017年5月開始受到體積壓裂的干擾之后，水平井鉆井開始出現(xiàn)各種井下故障，該井區(qū)也升級為新疆油田的二類井控風(fēng)險井區(qū)。

2）鉆井液密度提高。在利用水平井進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)初期，瑪18井區(qū)北部、南部水平井三開井段所用鉆井液密度最高分別為1.60和1.68 kg/L，但實(shí)施體積壓裂后達(dá)到了1.65和1.80 kg/L。

3）井下故障時率增大。在利用水平井進(jìn)行規(guī)?；_發(fā)初期，瑪18井區(qū)鉆了12口水平井，除MaHW6125井因地質(zhì)原因（油層未探明）實(shí)施回填、MaHW6122井井下完井時斷套管外，其余10口井的井下故障時率均小于1%。而實(shí)施體積壓裂后，該井區(qū)水平井鉆井井下故障時率不斷增大，后來達(dá)到8%。

3 體積壓裂干擾鉆井原因分析

3.1 形成游離狀態(tài)下圈閉異常壓力

受體積壓裂影響，在以壓裂井為中心的一定范圍內(nèi)，形成了一種游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力，這是導(dǎo)致鄰近水平井三開井段出現(xiàn)復(fù)雜情況的主要原因。

鉆井中，異常高壓和圈閉壓力對井控有較大影響。一般情況下，對異常高壓和圈閉壓力的描述，是建立在常規(guī)認(rèn)識基礎(chǔ)上的。其中，異常高壓通常是指地層原生的、本來就有的異常壓力；而圈閉壓力也僅僅是指存在于單一井筒條件情況下的壓力。但是，本文描述的因體積壓裂影響而形成的游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力，與傳統(tǒng)認(rèn)知的異常高壓和圈閉壓力既有相同之處，又有不同之處。常態(tài)下的異常高壓與圈閉壓力在鉆井中，基本上都是單一指向的，而瑪18井區(qū)受體積壓裂影響而生成的游離狀態(tài)下圈閉異常壓力具有雙向指向特性，這也加大了處置該類問題的難度[3]。

分析認(rèn)為，瑪18井區(qū)體積壓裂后水平井鉆井時出現(xiàn)的2種復(fù)雜情況，都是受這種游離狀態(tài)下圈閉異常壓力的影響所致：在水平段目的層，由于受這種壓力的影響，泥巖段井眼的周向應(yīng)力發(fā)生波動，直接表現(xiàn)為揭開泥巖段后如不對鉆井液密度進(jìn)行補(bǔ)償，就容易發(fā)生井眼失穩(wěn)，最終導(dǎo)致井壁坍塌。

3.2 鄰井三開裸眼段成為趨弱的集中點(diǎn)

因體積壓裂形成的游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力具有趨弱性，這導(dǎo)致鄰近水平井三開裸眼段成為趨弱的集中點(diǎn)。

在因體積壓裂而形成的較為復(fù)雜的簇縫條件下，注入地層內(nèi)無法釋放的那部分壓力，具有圈閉壓力特點(diǎn)的同時，又有異常高壓的特性。同時，人造簇縫所形成的空間與游離行程，是常規(guī)狀態(tài)下異常高壓和圈閉壓力所不具有的環(huán)境。在復(fù)雜簇縫的條件下，這種因體積壓裂形成的游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力，具有異常高壓的趨弱特點(diǎn)，可以傳至更遠(yuǎn)的地方，而這里的壓力弱點(diǎn)通常就是在鉆井井筒。

由于瑪18井區(qū)水平井目的層百口泉組主體為砂礫巖，不易形成所謂的弱點(diǎn)，更多地表現(xiàn)為一種應(yīng)力的傳遞，在目的層井段的井眼周圍形成一種橫向應(yīng)力波動，導(dǎo)致井眼失穩(wěn)。并且，這種游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力更容易在縱向上擴(kuò)展出通往弱點(diǎn)的通道，瑪18井區(qū)白堿灘組和克上組地層的不整合交接過渡區(qū)域?yàn)樵摲N壓力通往弱點(diǎn)創(chuàng)造了條件，也是該過渡區(qū)域成為竄漏問題主要發(fā)生區(qū)域的原因。

4 體積壓裂干擾鉆井的處理措施及效果

4.1 處理措施

由體積壓裂而形成的這種運(yùn)動能力較強(qiáng)的圈閉異常壓力，依托簇縫創(chuàng)造出的通道，通常處于一種游離狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有弱點(diǎn)出口，就會形成一種壓力傳遞趨勢，向弱點(diǎn)集中、擴(kuò)散和輸出，在鉆井中即表現(xiàn)為溢流與液竄。因此，鉆井過程中一旦發(fā)現(xiàn)有這種趨勢，就要立即采取措施，對弱點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)力封堵，以改變壓力輸出的方向或在一定程度上消減其能量。這種做法，在鉆井過程中就是要在確保井下工具、儀器安全的前提下，及時關(guān)井，達(dá)到封堵弱點(diǎn)的目的。由于這種游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力具有趨弱、運(yùn)動、延展等特性，致使該壓力在此弱點(diǎn)被封堵后會主動尋覓下一個弱點(diǎn)。壓力運(yùn)移過程也是該壓力能量消減的過程。

游離狀態(tài)下的圈閉異常壓力具有雙向指向特性，因此封堵方法的選擇要有別于常規(guī)情況下的封堵作業(yè)。

橋塞堵漏成敗的關(guān)鍵在于堵漏顆粒的直徑分布是否與漏失通道直徑相匹配，其最佳直徑為裂縫寬度或孔隙直徑的1/7～1/3。鉆井過程中，由于難以準(zhǔn)確掌握漏失地層的裂縫寬度或孔隙直徑，因此客觀上很難保證采用常規(guī)橋堵材料堵漏，每次均在地層中形成一個橋塞。因此，進(jìn)行橋塞堵漏時，應(yīng)根據(jù)漏層的地質(zhì)特性，選擇與裂縫相匹配的架橋粒子的形狀、直徑、強(qiáng)度和濃度，以及各級填塞粒子的合理級配和濃度。只要粒徑與裂縫直徑相匹配，就能在某個位置卡住，起到架橋作用，小直徑的顆粒填充裂縫，并最終封堵住裂縫，形成牢固的堵塞層，提高地層承壓能力[4]。否則，不是在漏失通道中形不成“橋架，”就是在井壁處“封門”，往往導(dǎo)致堵漏失敗。在封堵漏失層過程中，通過剛性材料的架橋、堵塞、嵌入和滲濾作用，以及片狀或纖維狀顆粒的“拉筋”、滲濾和“卡喉”作用等，在裂縫內(nèi)建立起封堵隔離帶，增大流體在縫內(nèi)的流動壓降，阻止裂縫延伸和擴(kuò)展，同時提高井壁巖石抵抗產(chǎn)生新裂縫的能力，這樣就能降低漏失量，提高地層承壓能力[5-6]。

橋塞堵漏對于井筒內(nèi)單一指向的壓力傳遞可行且有效，但沒有考慮因體積壓裂而形成的游離狀態(tài)下圈閉異常壓力所具有的雙向指向特性。因而，受體積壓裂影響的水平井采取橋塞堵漏措施，往往只是在短時間內(nèi)見到效果，隨著壓力能量聚集到一定程度則會出現(xiàn)反吐現(xiàn)象，致使橋塞堵漏形成的“橋架”出現(xiàn)“崩塌”，導(dǎo)致封堵失敗[4,7]。因此，推薦使用水泥封堵，水泥在固化后可在弱點(diǎn)處構(gòu)筑具有抗雙向沖擊的“永久工事”。

不過，在施工過程中水泥漿容易出現(xiàn)雙向指向現(xiàn)象，導(dǎo)致其反吐，甚至被反推遠(yuǎn)離弱點(diǎn)，從而導(dǎo)致水泥封堵失敗[7-8]。為了規(guī)避上述現(xiàn)象發(fā)生，鉆井現(xiàn)場采取先造“緩沖區(qū)”、再造“永久工事”的做法，也就是在用水泥封堵前，先用合適密度（一般高出井漿密度0.03～0.05 kg/L）的重漿作為前置液，減緩雙向指向作用，為水泥漿在弱點(diǎn)處凝固贏得時間。

4.2 措施效果

目前，瑪18井區(qū)體積壓裂干擾水平井鉆井問題的處理措施，逐漸向以水泥漿為主要封堵材料的封堵措施轉(zhuǎn)變，并取得了理想的效果。表4為部分應(yīng)用井的封堵情況。

由表4可知：MaHW6123井只采取了橋塞堵漏措施，實(shí)施了8次，耗時28 d，效果一般；MaHW6008井橋塞堵漏6次后，因?yàn)樾Ч患迅挠盟喾舛?，封?次后見到效果；MaHW6006井、MaHW6207井和MaHW6130井主要采用水泥進(jìn)行封堵，處理竄漏復(fù)雜情況所用時間都明顯縮短，說明其效果較好。由此可見，水泥封堵是目前解決瑪18井區(qū)體積壓裂干擾中深水平井三開井段鉆井問題最有效的手段。

表4 瑪18井區(qū)部分中深水平井的封堵情況Table4 Plugging of partial medium-deep horizontal wells in Ma 18 well area

5 結(jié)論與建議

1）體積壓裂對正鉆井施工的干擾已成為制約瑪湖油田瑪18井區(qū)產(chǎn)能建設(shè)的一個重要因素，因此，隨著體積壓裂在該井區(qū)中深水平井推廣，為了保證水平井鉆井安全，急需尋找解決體積壓裂干擾鉆井的方法。

2）目前，瑪18井區(qū)水平井的技術(shù)套管僅封至白堿灘組第一套砂巖，因此最佳方案是用技術(shù)套管封固白堿灘組與克上組的過渡帶。但是，克上組剛好為該區(qū)域縱向壓力抬升拐點(diǎn)的過渡區(qū)，如果二開揭開克上組過多，極易在二開裸眼段揭開二疊系高壓區(qū)，或在二開段就發(fā)生因體積壓裂造成的竄漏現(xiàn)象，出現(xiàn)更難處理的局面。因此，可以爭取用技術(shù)套管完全封固白堿灘組，但需要確定增加技術(shù)套管下深封固克上組的原則。

3）對于因體積壓裂導(dǎo)致的中深水平井三開泥巖段井眼失穩(wěn)問題，在進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井液抑制性、封堵性的同時，必須要選擇合適的鉆井液密度，從化學(xué)和物理2方面入手，預(yù)防或解決該問題的出現(xiàn)。

4）單井進(jìn)行水泥封堵時，需要封堵多次才能取得好的效果，這說明在水泥封堵過程中，仍有無效施工出現(xiàn)。因此，應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化水泥漿配方，提高水泥封堵效率。

5）建議進(jìn)一步分析該井區(qū)各斷裂帶對游離狀態(tài)下圈閉異常壓力運(yùn)移規(guī)律的影響，進(jìn)一步優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，如在部分受體積壓裂干擾嚴(yán)重區(qū)域可考慮采用四開井身結(jié)構(gòu)，盡量降低體積壓裂對鉆井的干擾；建議開展納米堵漏材料研究，同時引入隨鉆封堵技術(shù)，以降低中深水平井進(jìn)行水泥封堵的風(fēng)險。