東濮凹陷高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液

李午辰（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北 武漢430074 中原石油勘探局鉆井液技術(shù)公司，河南 濮陽457001）

贠功敏，高小芃（中原石油勘探局鉆井三公司，河南 濮陽457001）

東濮凹陷高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液

李午辰（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北 武漢430074 中原石油勘探局鉆井液技術(shù)公司，河南 濮陽457001）

贠功敏，高小芃（中原石油勘探局鉆井三公司，河南 濮陽457001）

中原油田東濮凹陷柳屯洼陷區(qū)塊文九井鹽層段厚、埋藏深，地層壓力系數(shù)最高2.0，井底溫度高達150℃。針對高溫、高鹽、高固相條件下鉆井液流變性難以控制、高溫高壓濾失量與流變性難以兼顧的技術(shù)難點，進行了室內(nèi)研究，確定了高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液配方以及維護措施，并在濮深18井、文408井成功應(yīng)用，解決了“三高”條件下順利鉆進難題，形成了一套適合東濮凹陷柳屯洼陷鹽層施工的高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液配套技術(shù)。

東濮凹陷；文九鹽；高溫；高密度飽和鹽水

近幾年，隨著勘探開發(fā)力度的不斷加大，中原油田深井、區(qū)域深探井的數(shù)量在逐年增加，鉆井液所面臨的安全、快速、油氣層保護及環(huán)境保護等問題更為突出［1，2］。東濮凹陷柳屯洼陷地質(zhì)條件復(fù)雜，其突出難點就是文九井鹽層段厚、埋藏深，主要分布在沙三段（3000～4500m），鹽污染和鹽層蠕變對鉆井施工影響大。另外，地層壓力系數(shù)高（最高2.0），井底溫度高（最高150℃）。高溫高密度下的鉆井液流變性能控制難度非常大，鉆井液施工困難。在調(diào)研與分析鄰井資料，借鑒元壩1井、紅參1井等多口重點探井成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，確定了研究思路，經(jīng)過室內(nèi)評價試驗，優(yōu)選出了適應(yīng)該區(qū)塊鉆井施工的高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液體系配方，同時制定了配套的鉆井液維護工藝，成功應(yīng)用于濮深18井、文408井，應(yīng)用效果良好。

1 鉆井液施工技術(shù)難點

東濮凹陷柳屯洼陷區(qū)塊鉆井液施工難點除了上部造漿嚴重、膨潤土含量控制難度大、地層滲漏嚴重外，還具有以下技術(shù)難點：

1）沙一段鹽底、沙二段、沙三段井壁穩(wěn)定性差，極易產(chǎn)生掉塊。

2）文九井鹽層段厚、埋藏深，鹽污染與鹽層蠕變嚴重影響鉆井施工。

3）井底溫度高，預(yù)計在140～150℃。

4）地層壓力系數(shù)高，最高設(shè)計當(dāng)量密度在1.90g/cm3以上。

5）鉆井液固相含量高，流變性能控制難度大。

6）目的層油氣比高，且伴生有CO2，防油氣侵、防HCO－3污染的難度大。

2 鉆井液性能要求

1）良好的鉆井液穩(wěn)定性，具有抗鹽、抗鈣等污染的能力和抗高溫能力，且具有良好的懸浮能力。

2）具有多功能的抑制性，抑制結(jié)晶鹽類的溶解、抑制無機高價陽離子的污染、抑制活性粘土的水化膨脹和低活性粘土礦物的破碎和裂解等作用。

3）適當(dāng)?shù)牧髯冃?，開泵泵壓低，洗井效果好，攜砂和懸浮能力強。

4）具有良好的潤滑性，防止在高壓差下卡鉆。

5）具有合理的濾失量和優(yōu)良的造壁性，減少濾失量，穩(wěn)定井壁。

3 室內(nèi)研究

針對技術(shù)難點和要求，開展了攻關(guān)，對該區(qū)塊使用的鉆井液處理劑、體系配方等進行了大量的室內(nèi)評價試驗，優(yōu)選出了適合該區(qū)塊鉆井施工的鉆井液體系配方以及相適應(yīng)的維護措施。

鉆井液配方1：清水＋1%～2%鈉膨潤土＋0.05%NaCO3＋0.3%～0.8%降粘劑＋0.8%NaOH＋0.3%～0.6%抗鹽聚合物＋0.2%～0.6%LV－CMC＋0.5%～1.5%FT－1＋3%～8%SMP－2＋3%～8%SMC＋5%～8%原油＋BaSO4。

鉆井液經(jīng)過井下循環(huán)以后，能否依然保持穩(wěn)定的性能，對深井鉆井作業(yè)的順利試驗至關(guān)重要［3］。因此，按照上述配方配制鉆井液，對鉆井液的熱穩(wěn)定性、沉降穩(wěn)定性、潤滑性、抗污染等性能進行了評價。

3.1 抗溫性能

鉆井液配方1在不同溫度下的抗溫試驗結(jié)果見表1。從表1可見，鉆井液在常溫和高溫下老化后性能均較穩(wěn)定，API濾失量、HTHP濾失量等參數(shù)變化幅度不大，抗溫可達180℃，可以滿足高溫深井地層鉆探的要求。

表1 不同溫度下的鉆井液性能測試結(jié)果

3.2 沉降穩(wěn)定性

鉆井液配方1的沉降穩(wěn)定性試驗結(jié)果見表2。從表2可見，鉆井液在120℃和180℃高溫靜置48h后，鉆井液密度差均小于0.06g/cm3，沉降穩(wěn)定性好，鉆井液的流變性在可控范圍之內(nèi)，能夠滿足現(xiàn)場需要。

表2 鉆井液高溫密度差

3.3 潤滑性能評價

鉆井液的潤滑性試驗結(jié)果見表3。從表3可見，鉆井液配方1和配方2均具有良好的潤滑性，在配方1中加入固體防塌潤滑劑得到的配方2的潤滑效果更佳。

3.4 抗污染性能

鉆井液配方2的抗鈣、鎂污染試驗結(jié)果見表4。從表4可見，0.1%CaCl2和MgCl2將引起鉆井液粘度、切力降低，而鉆井液濾失量略有增大，在可控范圍之內(nèi)，表明鉆井液體系能夠抗一定量的鈣鹽和鎂鹽的污染。

表3 鉆井液的潤滑性能

表4 鈣、鎂鹽對鉆井液性能的影響

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 施工井概況

濮深18井、文408井是中原油田分別布置在東濮凹陷柳屯洼陷北翼、東北翼斷鼻構(gòu)造的2口重點預(yù)探井，勘探目的是了解柳屯洼陷北翼、東北翼文九井鹽下沙三中亞段儲層發(fā)育情況及物性情況；預(yù)探柳屯洼陷北翼、東北翼文九井鹽下沙三中亞段含油氣情況、油氣藏類型及規(guī)模。濮深18井設(shè)計垂深4800m，最高設(shè)計密度1.95g/cm3，于2009年6月30日開鉆，2009年10月10日完鉆，完鉆井深4470m，最高使用密度2.02g/cm3，最大井斜14.77°，最大水平位移151.89m。文408井設(shè)計垂深4800m，最高設(shè)計密度1.90g/cm3，于2010年1月14日開鉆，2010年6月4日完鉆，完鉆井深4671m，最高使用密度1.90g/cm3，最大水平位移54.81m。

4.2 鉆井液配方及維護處理措施

根據(jù)東濮凹陷柳屯洼陷的地層特點、室內(nèi)評價試驗，制定了相適應(yīng)的鉆井液配方及鉆井液維護措施，同時對井壁穩(wěn)定技術(shù)、穿鹽膏層等技術(shù)進行了研究，形成了一套高密度抗高溫的鉆井液配套技術(shù)。

配方：清水＋1%～2%鈉膨潤土＋0.2%～0.4%Na2CO3＋0.5%LV－CMC＋0.5%LF－1＋0.5%SD－17W＋5%SMC＋5%SMP－2＋1%～2%FT－1＋0.8%～1.2%NaOH＋36%NaCl＋5%～8%原油，充分溶解后加重至1.85g/cm3。

維護措施：

1）鉆井過程中及時補加飽和鹽水膠液，配方為：8～10m3清水＋0.24～0.3tSMP－2＋0.24～0.3t SMC＋3tNaCl＋0～35kg抗鹽聚合物，三磺類處理劑和聚合物的加量可根據(jù)鉆井液具體情況增加或減少，以保持鉆井液抗溫性能和抑制性能。

2）進入易塌井段前加入防塌材料，加量控制在2%，鉆進過程中及時補充，同時控制鉆井液中壓濾失量、高溫高壓濾失量、鉆井液密度，保持井壁穩(wěn)定。

3）深井段施工中加入10%原油或者2%～3%潤滑劑，鉆井過程中根據(jù)具體情況及時補充，同時充分利用固控設(shè)備，降低鉆井液中有害固相含量，維持鉆井液良好的潤滑性能。

4）合理控制鉆井液密度，嚴密監(jiān)測鹽層情況，防止文九井鹽層蠕變。

5）鹽層鉆井過程中嚴格控制鉆井液中壓濾失量小于5ml、高溫高壓濾失量小于12ml。

6）調(diào)整好鉆井液流型，控制合適的動切力、塑性粘度、環(huán)空返速和流性指數(shù)、稠度系數(shù)值，確保環(huán)空為平板型流動，達到最佳的攜屑效果。

7）及時補加燒堿，維持鉆井液pH值在9～10之間。

8）為了控制鉆井液中低密度固相含量，使用2臺離心機（1臺高速，1臺低速）對固相進行控制。保證所有的循環(huán)鉆井液都必須流經(jīng)振動篩。使用振動篩時，要注意觀察其實際使用效果，如果鉆井液覆蓋篩網(wǎng)面積小于50%，就應(yīng)換用更細的篩布。除砂器應(yīng)連續(xù)使用，除泥器可間歇使用。

9）使用瀝青（加量＞2%）、石蠟制品，特別是存在裂隙微裂隙的泥巖、泥頁巖地層，以利于有效封堵，改善泥餅質(zhì)量，使之形成致密的濾餅。

10）鹽水鉆井液要保持足量的Cl－濃度（飽和鹽Cl－＞17×104mg/L），防止“鹽溶”現(xiàn)象發(fā)生而影響鹽層上下井壁的穩(wěn)定。

4.3 應(yīng)用效果

在濮深18井、文408井整個鉆井施工中鉆井液性能指標(biāo)符合鉆井液設(shè)計要求，三開使用高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液體系，在保證井下安全的前提下鉆井液密度和高溫高壓濾失量均控制在要求范圍內(nèi)，并且井壁穩(wěn)定，潤滑效果好，成功應(yīng)對了大段文九井鹽層，滿足了各階段鉆井工藝的要求；高密度抗高溫飽和鹽水鉆井液體系，抗溫性好，攜砂能力強，潤滑性好，鉆井液整體性能穩(wěn)定，成功克服了密度高（濮深18井最高2.02g/cm3）、井溫高、嚴重氣侵等技術(shù)難題，做到了接單根正常、攜砂正常、井下正常；不僅保證了鉆井施工的安全、快速、高效、環(huán)保，還滿足了地質(zhì)錄井的需要。2口井中完電測、完井電測一次成功率均為100%，三開井段平均井徑擴大率分別為10%、10.6%。鉆井液在該井的初步使用基本達到預(yù)期設(shè)想。

5 結(jié) 論

1）通過優(yōu)選處理劑和適當(dāng)控制膨潤土含量的基礎(chǔ)上，形成了適合中原地區(qū)抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液配方。

2）濮深18井、文408井的現(xiàn)場應(yīng)用表明，飽和鹽水鉆井液抗高溫、抗污染能力強，流變性和潤滑性好，性能穩(wěn)定，維護簡單，能夠滿足中原地區(qū)深層文九井鹽層鉆井施工的需求。

［1］王中華.鉆井液技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.斷塊油氣田，2004，11（5）：59～62.

［2］王中華.國內(nèi)外鉆井液技術(shù)進展及對鉆井液的有關(guān)認識［J］.中外能源，2011，16（1）：48～60.

［3］汪海閣，劉巖生，楊立平，等.高溫高壓井中溫度和壓力對鉆井液密度的影響［J］.油田化學(xué)，2000，23（1）：42～46.

A High Density and High－temperature Resisting Salt－water Drilling Fluid Used in Dongpu Depression

LI Wu－chen，YUN Gong－min，GAO Xiao－peng（First Author's Address：College of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan430074，Hubei，China；Drilling Fluid Company，Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau，SINOPEC，Puyang457001，Henan，China）

In Liutun Depression Block of Dongpu Depression in Zhongyuan Oilfield，salt beds were thick and deeply buried，formation pressure was as high as 2.0，bottom－h(huán)ole pressure was as high as 150℃.In consideration of the problems of rheologic property hard to controlled under the conditions of high temperature，high salt content and high solid and filtration rate and rheology hard to ensure under HTHP，experimental study was performed to determine the formula of high density and high－temperature resisting salt－water drilling fluid and its maintenance measures.It is used successfully in Well Pusheng 18and Well Wen 408，the problems of“3high indexes”are solved，a matching technique for the high density and high－temperature resisting salt－water drilling fluid is determined in Dongpu Depression.

Dongpu Depression；Wenjiu Salt Bed；high temperature；high－density saturated salt water

TE254

A

1000－9752（2012）05－0095－04

2012－02－20

李午辰（1966－），男，1988西南石油大學(xué)畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場管理工作。

［編輯］ 蘇開科