蘇120區(qū)塊鉆井液技術(shù)難點及對策

一、背景介紹

蘇120區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北側(cè)，該區(qū)塊中生界地層以砂巖為主、夾泥巖，安定組和直羅組泥巖輕度垮塌；紙坊組泥巖蒙脫石含量較高，水化分散能力較強(qiáng)，有一定的造漿能力；劉家溝組地層承壓能力較低，易發(fā)生壓力誘導(dǎo)性漏失；石千峰上部和石盒子組下部泥巖在鉆井液長時間浸泡下可能垮塌；山西組地層巖性以厚層狀深灰色泥巖夾薄層灰白色細(xì)砂巖為主，其次為泥質(zhì)砂巖及煤層，煤層易垮塌掉塊。太原組地層巖性為深灰色灰?guī)r，深灰、灰黑色泥巖夾薄煤層，煤層易垮塌掉塊。

二、主要內(nèi)容

1.鉆井液技術(shù)難點

1.1第四系黃土層和流沙層易坍塌問題

一開黃土層土質(zhì)疏松，膠結(jié)松軟，欠壓實且滲透性強(qiáng)，易發(fā)生垮塌。

1.2井漏問題

該區(qū)塊劉家溝組地層承壓能力低，易發(fā)生壓力誘導(dǎo)性漏失，鉆井過程中有時會出現(xiàn)連續(xù)滲透性漏失。

1.3井壁穩(wěn)定問題

安定組、直羅組和石盒子組地層的大段泥巖、砂巖互層水敏性較強(qiáng)，泥巖在鉆井液長期浸泡下可能發(fā)生嚴(yán)重坍塌掉塊；延安組、延長組地層泥巖中蒙脫石含量較高，水化分散能力較強(qiáng)，易縮徑導(dǎo)致起下鉆阻卡；紙坊組地層造漿性強(qiáng)，易發(fā)生井徑擴(kuò)大；山西組和太原組煤層強(qiáng)度低、脆性大、裂縫發(fā)育、膠結(jié)疏松，在鉆頭破碎、鉆井液沖蝕、鉆具碰撞等外力作用下，極易破碎坍塌；極發(fā)育的裂縫和孔洞使煤體比表面積特別大，毛細(xì)管作用突出，易吸附水，鉆井液濾液進(jìn)入煤層后，降低膠結(jié)力，引起煤體的水化膨脹，溶解裂縫間的膠結(jié)物，使煤層失去支撐、強(qiáng)度下降，常造成煤層突發(fā)性剝落坍塌。

1.4防污染問題

如果鉆井液的抑制性和抗污染能力不足，伴隨氣體流入井內(nèi)的地層流體會破壞鉆井液的性能，易導(dǎo)致井下復(fù)雜情況發(fā)生。

2.鉆井液現(xiàn)場施工

2.1導(dǎo)管

井深25m左右該地層屬于蘇里格氣田流沙層，土質(zhì)疏松，膠結(jié)性差，欠壓實承壓能力低，且滲透性強(qiáng)，為了預(yù)防垮塌和漏失，采用配漿開鉆，配方如下：

4%～6%膨潤土+0.5%純堿+（0.2%～0.4%）HV-CMC開鉆前用淡水配40m3預(yù)水化膨潤土漿，充分?jǐn)嚢瑁A(yù)水化24h后開鉆。鉆進(jìn)過程中用清水、膨潤土粉、CMC將鉆井液粘度調(diào)整在40s～50s，使鉆井液具有一定的懸浮和攜帶能力，防止井口坍塌，以滿足下導(dǎo)管工作的順利進(jìn)行。

2.2一開

井深為1000m左右，下完導(dǎo)管后將膨潤土漿稀釋到30～35s，采用小循環(huán)鉆進(jìn)，完鉆后大排量充分循環(huán)鉆井液兩周，等井底清潔后，將提前配制好的50～60s的稠漿打入井內(nèi)封閉井底裸眼井段，保證安全順利下入表層套管。

2.3二開

上部井段采用無固相聚合物鉆井液，采取地面大循環(huán)，加入0.1%～0.3%HPAM和K-PAM，利用其強(qiáng)絮凝性快速沉淀鉆屑和分散的地層粘土，有效控制密度和含砂量，保持最低固相，紊流洗井，克服阻卡以提高鉆速；同時工程上必須堅持好無固相鉆井液鉆井的強(qiáng)化措施，以保證井下安全。紙坊組地層造漿性強(qiáng)，易發(fā)生井徑擴(kuò)大，進(jìn)入紙坊組前50m，加入0.2%～0.3%強(qiáng)抑制性防塌劑，提高鉆井液的抑制性，降低粘土的水化膨脹和分散作用，維持鉆井液體系有足夠的抑制和絮凝能力，保持井壁穩(wěn)定。

進(jìn)入和尚溝組底部灰黑色泥巖層前改小循環(huán)鉆進(jìn)，充分利用固控設(shè)備清除有害固相，使鉆井液中保持合理的粘土含量，使用HV-CMC適當(dāng)提高鉆井液粘切，加入1%～2%褐煤類降濾失劑，降低鉆井液的濾失量；劉家溝組地層承壓能力低，易發(fā)生滲透性漏失，在該井段鉆井液盡量保持低密度，適當(dāng)加大高分子聚合物處理劑的用量，以提高鉆井液的粘切，同時預(yù)加入單封和隨鉆堵漏劑提高地層的承壓能力，嚴(yán)防井漏。若發(fā)生井漏，加入單封和復(fù)合堵漏劑循環(huán)堵漏，單封和復(fù)合堵漏劑加量應(yīng)根據(jù)漏失速度確定；如循環(huán)堵漏無效，則用土粉、純堿、HV-CMC、復(fù)合堵漏劑和單封等配制20～40m3粘度為滴流狀態(tài)的堵漏鉆井液，替入井內(nèi)漏失層段，起鉆靜止堵漏10小時以上，下鉆循環(huán)試漏，堵漏成功后恢復(fù)鉆進(jìn)。

古生界石千峰組上部和石盒子組下部泥巖在鉆井液長時間浸泡下可能垮塌，進(jìn)入石千峰組后要加大高分子聚合物處理劑和抑制防塌劑的用量，改善泥餅質(zhì)量、降低鉆井液的濾失量，進(jìn)一步穩(wěn)定井壁、克服阻卡，保證井下安全，提高鉆速。進(jìn)入古生界石盒子組氣層將鉆井液轉(zhuǎn)換為聚磺鉆井液，轉(zhuǎn)換鉆井液前先對鉆井液性能進(jìn)行先期調(diào)整，提高鉆井液的pH值到9以上，控制膨潤土含量為20～35g/L，密度為1.04～1.06g/cm3，配方中增加高分子聚合物使鉆井液粘度不低于40s，提高鉆井液剪切稀釋性，改善鉆井液流變性。調(diào)整好鉆井液性能后，轉(zhuǎn)換為聚磺鉆井液，其配方如下：

（3%～5%）膨潤土+3%SMP-2+（1%～2%）SAS+（0.2%～0.3%）

K-PAM+（1%～2%）KFT+（0.1%～0.2%）CMC+（1%～2%）強(qiáng)抑制性防塌劑+適量NaOH

在鉆進(jìn)過程中根據(jù)鉆井速度補(bǔ)充K-PAM和SAS，以增加鉆井液的抑制性和防塌性，加入SMP-2和KFT提高鉆井液的抗鹽和抗溫性能，同時改善泥餅質(zhì)量，降低鉆井液的濾失量，控制API濾失量小于5mL，根據(jù)實際情況定期補(bǔ)充NaOH，保持鉆井液的pH值在9.5以上，防止硫化氫污染。同時要加強(qiáng)固相控制，嚴(yán)格控制鉆井液中膨潤土含量25～35g/L，提高鉆井液抗溫和抗各種污染能力，防止地層流體或硫化氫等進(jìn)入井內(nèi)破壞鉆井液性能。

山西組和太原組煤層強(qiáng)度低、脆性大、節(jié)理微裂縫發(fā)育、膠結(jié)疏松，鉆井過程中易受到鉆頭鉆具碰撞、高壓射流沖刺、起下鉆時的壓力激動而失穩(wěn)導(dǎo)致井壁垮塌。針對煤層上述特點采取以下技術(shù)對策：

2.3.1調(diào)整并保持合理的鉆井液密度

合理鉆井液密度要根據(jù)煤巖物理力學(xué)參數(shù)、煤層壓力、煤層地應(yīng)力等參數(shù)綜合分析計算后確定，同時要考慮泥頁巖夾層的穩(wěn)定問題，防止泥頁巖夾層剝落導(dǎo)致煤層失去支撐而失穩(wěn)。

2.3.2強(qiáng)化鉆井液封堵能力及造壁性

煤層往往呈條帶狀或線狀分布，而且煤層的割理、節(jié)理以及裂縫比較發(fā)育，鉆井液濾液進(jìn)入煤層層理和裂縫中容易引起煤層強(qiáng)度降低，煤中粘土礦物水化膨脹和分散，加劇煤層坍塌。在施工中要及時加足瀝青類防塌劑，并加入成膜樹脂，強(qiáng)化鉆井液封堵能力、改善泥餅質(zhì)量，減少鉆井液濾液進(jìn)入地層。

2.3.3優(yōu)化鉆井液流變參數(shù)

粘度一般控制在45～55s。切力一般控制在2～5Pa即可滿足要求。

2.3.4進(jìn)一步提高鉆井液的抑制性

煤巖中泥頁巖夾層粘土礦物含量高，水化分散和膨脹性較強(qiáng)，抑制性差的鉆井液濾液進(jìn)入泥頁巖會產(chǎn)生水化膨脹壓，改變井周應(yīng)力分布，誘發(fā)或加劇井壁失穩(wěn)，泥頁巖坍塌會導(dǎo)致煤巖坍塌。因此， 為防止因泥頁巖夾層剝落導(dǎo)致煤層失去支撐坍塌，在鉆井液中加入1～2%強(qiáng)抑制性防塌劑，進(jìn)一步提高鉆井液的抑制性。

2.3.5起鉆前配制30m3粘度不低于80s的稠漿封閉井底煤層，防止煤層坍塌。

2.3.6同時工程上要適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，控制起下鉆速度，減少旋轉(zhuǎn)鉆具和壓力激動對煤層井壁的影響，防止井下復(fù)雜情況發(fā)生。

三、應(yīng)用情況

以下是蘇120區(qū)三口井的施工情況對比見下表：

通過該區(qū)塊三口井的施工情況對比，我們可以看出在對鉆井液體系優(yōu)化之后，取得了很好的效果。機(jī)械鉆速明顯提高，縮短了鉆井周期，而且井壁穩(wěn)定、井徑規(guī)則，尤其是第三口井在采用聚磺鉆井液后，井徑擴(kuò)大率明顯減小。

蘇120區(qū)塊口井施工情況對比

四、推廣前景

1.該體系在高溫條件下性能穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抑制能力，防塌效果好，井壁穩(wěn)定，井徑規(guī)則、井徑擴(kuò)大率小，在鉆井周期比較長的情況下對于防塌具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。

2.該體系具有良好的剪切稀釋性，無厚虛泥餅，起下鉆正常，開泵順利。應(yīng)用該體系有效地克服了蘇120區(qū)塊的井塌和井漏問題，大大縮短了鉆井周期，節(jié)約了成本。

作者簡介：張偉東，男， 2008年7月畢業(yè)于大慶石油學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)任黃河鉆井北方公司40555隊鉆井液工程師。