緬甸Y－1井鉆井液的研究與應(yīng)用

岳江河，楊 志，李自立，耿 鐵，陳忠華，孟凡洲

（1.中國(guó)海洋石油有限公司國(guó)際公司，北京100010；2.中海油服油化事業(yè)部，河北 燕郊101149；3.天津中海油服化學(xué)有限公司，天津300301）

緬甸Y－1井是預(yù)探井，其凝灰?guī)r地層特性以及強(qiáng)地層應(yīng)力，決定了僅靠鉆井液的抑制能力并不能有效地保證井壁穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)鉆井液的封堵能力，并控制合理的鉆井液密度。作者在此根據(jù)石油勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用鉆井液方面的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合C2區(qū)塊的實(shí)際情況和Y－1井預(yù)測(cè)的地層情況，采用KCl／PHPA鉆井液體系[1］，依據(jù)該地區(qū)地應(yīng)力、過(guò)井剖面地震資料，預(yù)測(cè)地層孔隙壓力與坍塌壓力，確定井深結(jié)構(gòu)與鉆井液密度，鉆井過(guò)程中繼續(xù)跟蹤研究，隨鉆修正各項(xiàng)壓力系數(shù)，及時(shí)調(diào)整鉆井液密度、配方與性能，控制鉆井過(guò)程中復(fù)雜情況的發(fā)生，以滿足安全鉆井的要求。

1 緬甸Y－1井的特點(diǎn)

緬甸Y－1井目的層多為始新統(tǒng)Laungshe組砂巖和古新統(tǒng)Paunggyi組頂部砂巖，層系多、巖性復(fù)雜，給鉆探帶來(lái)較大的技術(shù)難題，主要有：

（1）地層巖性復(fù)雜，以凝灰質(zhì)泥巖和凝灰質(zhì)砂巖互層為主，粘土礦物含量高，粘土礦物以伊／蒙混層為主，混層比高，水化能力強(qiáng)[2］。因此，鉆井液要增強(qiáng)抑制能力，控制地層水化膨脹。

（2）地層經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成硬脆性地層裂縫發(fā)育，泥漿沿裂縫滲入導(dǎo)致壓力滲透，周期性阻卡坍塌[3～6］。因此，鉆井液應(yīng)增強(qiáng)封堵性能。

（3）Y－1井進(jìn)入中新統(tǒng)，地層受到較大構(gòu)造應(yīng)力作用，地應(yīng)力高，水平地應(yīng)力差值較大，需要較高的泥漿密度平衡地應(yīng)力。因此，要適時(shí)、準(zhǔn)確地選用合理的鉆井液密度。

2 鉆井液室內(nèi)研究

2.1 鉆井液體系配方確定

通過(guò)大量的室內(nèi)研究，優(yōu)選了各種功能處理劑，并對(duì)其加量及體系配伍性進(jìn)行了優(yōu)選和驗(yàn)證，確定適用于Y－1井的KCl／PHPA鉆井液體系配方如下：

三開(kāi)鉆井液配方：3%膨潤(rùn)土漿＋0.3%NaOH＋0.08%PAC－HV＋0.2%PAC－LV＋0.15%XC＋0.3%NPAN＋0.54%TEMP＋0.42%PLUS＋4%KCl＋2.4%JLX－C＋1.2%PHIB＋1.5%MONYL＋1.2%GBL＋2.7%LPF＋0.5%DYFT－Ⅱ＋0.68%LUBE＋重晶石（鉆井液密度：1.63g·cm－3）。

四開(kāi)鉆井液配方：3%膨潤(rùn)土漿＋0.2%XC＋0.875%SMP＋1%TEMP＋0.4%PLUS＋2%JLX－C＋4%KCl＋0.4%PHIB＋2.56%MONYL＋0.88%GBL＋2.5%LPF＋1%LUBE＋重晶石（鉆井液密度：1.67g·cm－3）。

2.2 鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

2.2.1 常規(guī)性能評(píng)價(jià)（表1 ）

2.2.2 抑制性評(píng)價(jià)

按照Y－1井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配方配制鉆井液，對(duì)三開(kāi)、四開(kāi)塌塊進(jìn)行回收率和膨脹率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2 。

表1 鉆井液常規(guī)性能Tab.1 General performame of the drilling fluids

表2 滾動(dòng)回收率及膨脹率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of roller recovery and expansion rate

由表2 可以看出，Y－1井三開(kāi)、四開(kāi)鉆井液抑制性較強(qiáng)，對(duì)塌塊一次回收率、二次回收率均超過(guò)94%，40℃、80℃下的膨脹率均低于6.5%。

2.2.3 封堵性評(píng)價(jià)

采用20～40目、40～60目砂床測(cè)定80℃、壓差3.5MPa下室內(nèi)研制的Y－1井三開(kāi)鉆井液和四開(kāi)鉆井液滲透濾失量及滲透失水量來(lái)評(píng)價(jià)其封堵性能，結(jié)果見(jiàn)表3 。

表3 三開(kāi)、四開(kāi)鉆井液砂床滲透濾失量及滲透失水量／mLTab.3 Sand bed filtration and water loss for 3rd，4th section drilling fluids／mL

由表3 可以看出，20～40目、40～60目砂床的滲透濾失量、滲透失水量較小，說(shuō)明三開(kāi)、四開(kāi)鉆井液具有一定的封堵性能。

2.2.4 對(duì)巖石強(qiáng)度的影響

室內(nèi)測(cè)定了塌塊在不同鉆井液中浸泡4h后巖石強(qiáng)度的變化，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 鉆井液浸泡塌塊巖石強(qiáng)度的變化／MPaTab.4 Changes of soaked collapse rock strength by drilling fluid／MPa

由表4可以看出，塌塊在三開(kāi)、四開(kāi)鉆井液中浸泡后，巖石強(qiáng)度大幅度下降。在三開(kāi)鉆井液中浸泡4h，巖石強(qiáng)度下降100%～65.5%；在四開(kāi)鉆井液中浸泡4h，巖石強(qiáng)度下降95%。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及復(fù)雜情況處理措施

3.1 Y－1井工況簡(jiǎn)介

Y－1井于2011年1月13日開(kāi)鉆，采用4個(gè)開(kāi)次完鉆，鉆井周期約為74d，井深2420m，垂深2419.69m，最大井斜角0.89°。采用水基鉆井液體系，鉆井泥漿密度在1.01～1.68g·cm－3之間，上部井段采用膨潤(rùn)土、搬土聚合物泥漿體系，下部井段（三開(kāi)和四開(kāi)井段）采用室內(nèi)研究的PDF－PLUS／KCl泥漿體系。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.2.1 提高泥漿的封堵性

進(jìn)入始新統(tǒng)地層后，地層以灰色泥巖為主，受擠壓構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響程度高，其中微裂縫發(fā)育，在鉆井液中應(yīng)特別注意提高泥漿的封堵性。在三開(kāi)鉆井過(guò)程中鉆至890m后出現(xiàn)掉塊，此時(shí)鉆井液中的材料濃度與掉塊前的材料濃度對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 三開(kāi)鉆井過(guò)程中，掉塊前后鉆井液材料濃度對(duì)比Fig.1 Comparison of material concentration of drilling fluid before and after collapse in the 3rd section drilling process

圖2 四開(kāi)鉆井過(guò)程中，不同封堵材料的濃度對(duì)比Fig.2 Comparison of concentration of different blocking agents in the 4th section drilling process

現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)調(diào)整了鉆井液體系的流變性能，提高了鉆井液體系的密度、抑制性能、封堵性能，凝灰?guī)r地層坍塌掉塊基本得到控制。四開(kāi)時(shí)保持三開(kāi)時(shí)的鉆井液性能，并在三開(kāi)回收鉆井液中加入封堵劑和抑制劑，增強(qiáng)鉆井液體系抑制性能和封堵防塌性能，在四開(kāi)鉆井液中加入各種不同粒徑封堵材料，力求達(dá)到封堵不同地層微裂縫的目的。不同封堵材料的濃度對(duì)比見(jiàn)圖2。

3.2.2 提高泥漿密度

在四開(kāi)鉆井過(guò)程中鉆至1596m，井下出現(xiàn)掉塊，而且有增加趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)將鉆井液密度由1.50g·cm－3逐步增大到1.67g·cm－3，掉塊現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，井徑相對(duì)規(guī)則。三開(kāi)鉆井液和四開(kāi)鉆井液的密度調(diào)整情況見(jiàn)圖3。

圖3 三開(kāi)鉆井液（a）和四開(kāi)鉆井液（b）的密度調(diào)整情況Fig.3 Density adjustment for the 3rd，4th section drilling fluids

3.2.3 控制鉆井液濾失量

Y－1井井壁地層含有大小不一的微裂縫，鉆井液失水過(guò)多，會(huì)加速它的坍塌速度；為此對(duì)鉆井液濾失量加強(qiáng)了控制。通過(guò)增加降濾失材料的使用量、添加封堵材料，在井壁迅速形成泥餅，減少鉆井液濾液的滲入。三開(kāi)和四開(kāi)鉆井液API濾失量及氯離子、鉀離子濃度變化見(jiàn)圖4。

圖4 三開(kāi)鉆井液（a）、四開(kāi)鉆井液（b）的API濾失量及氯離子、鉀離子濃度變化Fig.4 Changes of API filtration and concentration of K＋ ，Cl－ for the 3rd，4th section drilling fluids

3.2.4 維護(hù)泥漿良好的流變性

針對(duì)凝灰?guī)r地層的特殊性及現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)調(diào)整了鉆井液體系的密度、抑制性、包被性及封堵性，配合固控設(shè)備，合理清掃重、稠漿，使凝灰?guī)r地層坍塌掉塊基本得到控制，保證了安全、順利作業(yè)。三開(kāi)、四開(kāi)鉆井液攜帶能力調(diào)控情況見(jiàn)圖5（R6、R3分別為六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)6r·min－1、3r·min－1的讀數(shù)，表示鉆井液在靜態(tài)條件下的攜帶能力大?。Ｈ_(kāi)、四開(kāi)鉆井液性能對(duì)比見(jiàn)表5 。

圖5 三開(kāi)鉆井液（a）與四開(kāi)鉆井液（b）的攜帶能力調(diào)控情況Fig.5 Carrying capacity control of the 3rd，4th drilling fluids

表5 鉆井液的設(shè)計(jì)性能與實(shí)際性能對(duì)比Tab.5 Comparison of design performance and actual performance of the drilling fluids

4 結(jié)論

將KCl／PHPA鉆井液體系用于緬甸Y－1井的現(xiàn)場(chǎng)鉆探。結(jié)果表明，該體系有效克服了凝灰?guī)r地層破碎掉塊、坍塌、巖屑攜帶等問(wèn)題，起下鉆暢通，下套管順利，井徑規(guī)則，控制了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，滿足了安全鉆井的要求。

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