天山南緣復(fù)雜山前構(gòu)造鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

徐 江 （中石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

黨冰華 （中石化華北分公司工程技術(shù)研究院，河南 鄭州450006）

譚春勤，梅春桂 （中石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

張光輝 （中石化西南石油局湖南鉆井公司，湖南 長沙410000）

施 文 （中石化中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽457000）

塔里木盆地天山南緣區(qū)塊是中石化培育大型天然氣田的主力勘探區(qū)塊之一。該區(qū)塊屬典型的山前構(gòu)造，地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，具有較大的不確定性，鉆井液維護(hù)處理難度大，該區(qū)塊鉆遇了多起不同程度的井下復(fù)雜情況。為減少井下事故發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)該區(qū)塊勘探提速目標(biāo)，研發(fā)適用于該區(qū)塊復(fù)雜地層的鉆井液體系變得非常迫切。

1 復(fù)雜地層特點(diǎn)

1.1 多套膏泥巖

該區(qū)塊庫車、吉迪克組均存在膏泥巖。庫車組膏泥巖壓實(shí)程度弱，易吸水膨脹，具有極強(qiáng)塑性，俗稱 “膠泥巖”。膏泥巖水化特性增大了縮徑阻卡、鉆頭泥包風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)塊的DuH1井、YL1井、S3－2井和S3－4井在庫車組均出現(xiàn)了不同程度的阻卡、鉆頭泥包現(xiàn)象。

吉迪克組膏泥巖埋藏相對(duì)較深，泥巖蒙脫土含量減少，主要受上覆地層壓力影響表現(xiàn)為強(qiáng)塑性蠕變縮徑。

1.2 高壓鹽水層發(fā)育

該區(qū)塊新生界埋深較厚，存在多套高壓鹽水層。該區(qū)塊的YL1井在新生界庫車組 （382m）就鉆遇鹽水層；DuH1井、Y1井及YL3井在康村組鉆遇高壓鹽水層，最高鉆井液壓穩(wěn)密度為1.84g/cm3；Y1井在吉迪克組鉆遇高壓鹽水層，鉆井液壓穩(wěn)密度2.10g/cm3。

1.3 山前高陡地層易破碎，井壁穩(wěn)定性差

天山南緣區(qū)塊位于山前構(gòu)造[1]，強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)致使地層破碎、裂隙發(fā)育，同時(shí)受古氣候環(huán)境影響，地層剝蝕嚴(yán)重，缺失多套地層，面對(duì)較大跨度變化的地層，鉆井液維護(hù)處理難度進(jìn)一步加大。

2 鉆井液技術(shù)關(guān)鍵

2.1 提升鉆井液體系抑制水化能力

天山南緣區(qū)塊上部新生界地層普遍使用鉀銨基聚合物鉆井液體系，該體系具有一定的抑制水化能力，但針對(duì)具有強(qiáng)水化能力的膏泥巖地層還顯不足[2]，為有效抑制膏泥巖的水化膨脹，筆者在高鈣鹽鉆井液基礎(chǔ)上，引入了強(qiáng)抑制劑XJA－1，該劑為聚胺類產(chǎn)品，抑制水化能力突出[3]。

2.2 提升鉆井液體系防塌能力

針對(duì)山前構(gòu)造井壁穩(wěn)定性差[4]，提升體系的防塌能力應(yīng)從物理、化學(xué)兩方面著手。普遍采用的瀝青質(zhì)防塌劑是以物理封堵來提高巖石強(qiáng)度的。但單一物理封堵針對(duì)破碎高陡地層效果不太理想，物理封堵是一個(gè)漸進(jìn)過程，而大都表現(xiàn)為親水特性的巖石，極易與鉆井液濾液發(fā)生接觸水化。為避免接觸水化對(duì)巖石強(qiáng)度的破壞，可提高濾液礦化度，膏泥巖的存在不需人為再次引入高礦化度離子，為此選用高鈣鹽鉆井液體系非常適合該區(qū)塊的井壁穩(wěn)定需求。

2.3 增大鉆井液固相容量限

該區(qū)塊為壓穩(wěn)高壓鹽水層，需使用高密度鉆井液。高壓鹽水存在于較新的地層中，地層造漿嚴(yán)重，加之埋深較深，高溫加劇的造漿作用，致使高密度鉆井液流變性能控制困難，因此，提升鉆井液固相容量限成為解決這一矛盾[5]的有效途徑。高鈣鹽粗分散體系具有較高的固相容量限。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

天山南緣區(qū)塊的DuH4井位于庫車坳陷，是一口典型的山前構(gòu)造探井。該井現(xiàn)場使用高鈣鹽聚胺鉆井液體系成功鉆進(jìn)庫車組、吉迪克組膏泥巖、庫姆格列木群的多套高壓鹽水層。

高密度高鈣鹽聚胺鉆井液體系配方：在100g水中加入1～3g夏子街土＋0.5～1.2g XJA－1＋0.1～0.3g KPAM＋0.1～0.3g CMC－LV＋0.3～0.6g PFL－H （抗鹽抗高溫降失水劑）＋0.5～1g液體潤滑劑＋1～3g瀝青質(zhì)防塌劑＋ 適量重晶石。體系中的鈣離子均由膏泥巖地層提供，鈣離子質(zhì)量濃度最高為2000mg/L。

選擇DuH1井作為參比井，DuH4井、DuH1井鉆遇地層近似度很高，井身結(jié)構(gòu)相同，由同一鉆井公司隊(duì)伍施工，具有很好的可比性。

3.1 井壁穩(wěn)定、井徑規(guī)則

DuH1井庫車組鉆進(jìn)期間，2600m以下砂泥巖互層交替頻繁，井壁水化失穩(wěn)，出現(xiàn)嚴(yán)重阻卡，其遇阻情況見表1。

DuH1井鉆進(jìn)至2890、2995、3052、3114、3194、3223.45、3347、3356m上提接單根時(shí)均有遇阻，個(gè)別單根阻卡嚴(yán)重。DuH4井庫車組鉆進(jìn)期間井壁穩(wěn)定，短起下順利。DuH4井庫車組 （150～3281m）平均井徑擴(kuò)大率僅4.77%。DuH4井庫車組井徑規(guī)則，鄰井DuH1井庫車組上部縮徑，下部擴(kuò)徑，井徑極不規(guī)則。

表1 DuH1井庫車組起下鉆遇阻情況統(tǒng)計(jì)

3.2 抑制能力強(qiáng)

DuH4井庫車組采用17.5in PDC鉆頭連續(xù)鉆進(jìn)20d無泥包，進(jìn)尺2269m，DuH1井在該段鉆進(jìn)期間，鉆頭泥包頻發(fā)，導(dǎo)致5趟不必要的起鉆。圖1～3為這兩口井的鉆頭照片。高鈣鹽聚胺鉆井液抑制了DuH4井上部膏泥巖的水化造漿作用，防止了鉆頭的泥包。

圖1 DuH4井鉆頭出井照片

圖2 DuH1井鉆頭出井照片

圖3 DuH4井扶正器出井照片

3.3 順利鉆穿巨厚膏鹽巖，壓穩(wěn)高壓鹽水層，縮短建井周期

高鈣鹽聚胺鉆井液體系的應(yīng)用，克服了山前構(gòu)造復(fù)雜地層鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，順利鉆穿巨厚膏鹽巖（4575～4767m）、3套高壓鹽水層 （5319～5326、5348～5351、5366～5371m），沒有發(fā)生任何井下復(fù)雜情況，DuH4井二開井段鉆進(jìn)時(shí)間比設(shè)計(jì)周期提前10d，相對(duì)DuH1井提前了15d；DuH4井3開井段鉆進(jìn)時(shí)間比設(shè)計(jì)周期節(jié)約41d，相對(duì)DuH1井提前了50d。新型鉆井液體系的使用提高了鉆井效率，縮短了鉆井周期。

3.4 高密度高鈣鹽鉆井液性能穩(wěn)定

高鈣鹽的高礦化度可增加體系的固相容量限[6]，DuH4井三開使用了高密度鉆井液體系，該井段主要鉆進(jìn)中新統(tǒng)，地層較新、易水化分散，現(xiàn)場由于固控設(shè)備較差，無高低速離心機(jī)，高密度鉆井液劣質(zhì)固相清除困難，含量較高。但由于高鈣鹽鉆井液具有較高的固相容量限，維護(hù)處理空間相對(duì)較大，DuH4井井段鉆井液性能相對(duì)平穩(wěn)。

4 結(jié)論及建議

1）高鈣鹽聚胺鉆井液體系具有良好的抑制、防塌能力，庫車組鉆進(jìn)中成功抑制了膏泥巖的水化膨脹、鉆頭泥包；DuH4井應(yīng)用井段井身質(zhì)量良好，井徑規(guī)則。

2）高鈣鹽聚胺鉆井液體系適用于需采用高密度體系鉆進(jìn)強(qiáng)造漿地層，該體系解決了天山南緣山前構(gòu)造復(fù)雜地層難題，提高了鉆進(jìn)效率，縮短了鉆井周期。

3）建議在天山南緣區(qū)塊推廣使用高鈣鹽聚胺鉆井液體系。

[1]李本亮，陳竹新，雷永良，等 .天山南緣與北緣前陸沖斷帶構(gòu)造地質(zhì)特征對(duì)比及油氣勘探建議 [J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（3）：395～403.

[2]劉汝山，朱德武 .中國石化深井鉆井主要技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策 [J].石油鉆探技術(shù)，2005，33（5）：6～10.

[3]邱正松，鐘漢毅，黃維安 .新型聚胺頁巖抑制劑特性及作用機(jī)理 [J].石油學(xué)報(bào)，2011，32（4）：678～682.

[4]鄒靈戰(zhàn)，鄧金根，徐顯廣 .等 .山前高陡構(gòu)造節(jié)理圍巖的井壁失穩(wěn)機(jī)制研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（增1）：2733～2740.

[5]王富華，王瑞和，劉江華 .高密度水基鉆井液高溫高壓流變性研究 [J].石油學(xué)報(bào)，31（2）：306～310.

[6]孫舉，王中華，王善舉，等 .強(qiáng)抑制性高鈣鹽聚合物鉆井液體系的研究與應(yīng)用 [J].斷塊油氣田，2011，18（4）：541～544.