川西中深水平井鉆井液技術(shù)

唐冰 張勇 呂燭 劉銳 駱強

【摘要】川西蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組為川西中深水平井主要開發(fā)儲層，地層泥頁巖發(fā)育，地層砂體發(fā)育不均質(zhì)性，地層埋深淺。中深水平井存在水平井水平段長、位垂比大、靶點調(diào)整、控制點增加，井眼軌跡復雜，摩阻、扭矩大等難點。聚胺仿油基鉆井液具有較強的封堵性，有效地抑制泥頁巖水化分散及較佳的潤滑性，較好地應用于川西中深水平井鉆井。

【關(guān)鍵詞】蓬萊鎮(zhèn) 沙溪廟 泥頁巖 封堵 抑制

川西中深層致密氣藏一直是西南油氣分公司的主力氣藏，由于水平井能大大增加儲層的泄流面積，提高鉆遇裂縫的機會，降低流向井筒的阻力，從而使其也逐漸應用到低滲致密氣藏開發(fā)中。目前川西中深水平井以蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組為主要目的層，2012年針對開發(fā)蓬萊鎮(zhèn)組氣層共開發(fā)了63口水平井，針對開發(fā)沙溪廟組共開發(fā)了45口水平井。川西中深水平井開發(fā)區(qū)域主要分布在馬井氣田、孝泉氣田、新場氣田、合興場氣田、新都—洛帶氣田、什邡—馬井地區(qū)及廣金地區(qū)等。

1 地質(zhì)特征

川西中深水平井主要目的層蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組，地層泥頁巖發(fā)育，含砂質(zhì)，鉆井施工過程中極易發(fā)生井壁失穩(wěn)復雜井況。

蓬萊鎮(zhèn)組地層巖性多樣，主要為綠灰、棕褐色（粉砂質(zhì)）泥巖與淺灰、綠灰、褐灰色細粒巖屑、巖屑長石石英砂巖、（泥質(zhì)）粉砂巖不等厚～等厚互層。區(qū)內(nèi)蓬萊鎮(zhèn)組泥巖較發(fā)育，一般都暗褐色、暗紫色。部分含砂質(zhì)，含少量石膏。

沙溪廟組地層巖性主要為砂、泥巖及礫巖地層，分上沙溪廟組和下沙溪廟組。上沙溪廟組地層巖性主要為：綠灰、紫棕泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與褐灰、綠灰色細粒巖屑、巖屑長石、巖屑石英砂巖、中粒巖屑砂巖、（泥質(zhì)）粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖略等厚～不等厚互層；下沙溪廟組地層巖性主要為：綠灰、棕、紫棕色（粉砂質(zhì)）泥巖與淺灰、綠灰色細粒巖屑、長石巖屑砂巖、中粒長石巖屑、巖屑砂巖、粉砂巖不等厚互層，底為一套淺灰色粉～中砂巖。

2 鉆井液技術(shù)難點

2.1 靶點調(diào)整、控制點增加，井眼軌跡復雜，摩阻、扭矩大

水平儲層段存在砂體發(fā)育不均質(zhì)性，水平段控制點增加，導致水平段井眼軌跡復雜情況、井下摩阻增加。

2.2 水平位移大、位垂比大、水平段長，易阻卡

地層埋深淺，水平段長（最大1500m）、位垂比大（最大2.01：1），在造斜段及水平段鉆井施工時易出現(xiàn)“托壓”，完鉆下套管時可能存在摩阻大，下放困難等難題；同時其水平段較長，隨著水平段的延伸，起下鉆摩阻也相應增大，特別是水平段蓬萊鎮(zhèn)組鉆井時可能出現(xiàn)砂巖、泥巖交替出現(xiàn)的情況，在水化作用下，井壁易失穩(wěn)，鉆遇泥巖時井內(nèi)摩阻較大；在水平段鉆進時，鉆具帶有井下馬達，加之鉆井液密度較低，因此可能存在鉆具對井內(nèi)的擾動不夠和排量受限等難題，而導致井內(nèi)存在巖屑堆積以致形成巖屑床導致井下阻卡。

2.3 B靶點上翹

部分中深水平井，B靶點上翹，鉆井時井內(nèi)摩阻大，易阻卡。

2.4 易井壁失穩(wěn)

蓬萊組、沙溪廟組地層為川西工區(qū)中深主產(chǎn)氣層，地層微裂縫發(fā)育，富含泥頁巖，含砂質(zhì)，極易水化分散，鉆井施工中極易發(fā)生坍塌、掉塊、縮徑等井壁失穩(wěn)復雜井況。

3 聚胺仿油基鉆井液配方及性能評價

適用于川西中深水平井快速鉆井的聚胺仿油基鉆井液配方如下所示：

3～5%膨潤土、4%純堿（土量）、0.2～0.3%聚合物包被劑、0.1～0.4%聚合物降粘劑、0.8～1.5%聚合物降濾失劑、5～8%仿油基處理劑、4～7%液體潤滑劑、1～2%極壓潤滑劑、2～4%磺化褐煤、2～4%磺化丹寧、3～5%瀝青類防塌劑、0.8～1.5%聚胺抑制劑。3.1 抑制性

取50g蓬萊鎮(zhèn)組泥頁巖巖心，將其在鉆井液及清水中于100℃下滾動16h后回收，通過目數(shù)為40目的篩網(wǎng)，巖屑回收率分別為98.5%及27.3%。表明該鉆井液體系具有很強的抑制能力，夠有有效的抑制川西蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組的泥頁巖水化分散，從而保護井壁。

3.2 潤滑性

在鉆井液中加入15%的巖屑粉，分別選取鉆井液基漿及加入巖屑粉后的鉆井液熱滾100℃×16h，測試其摩阻系數(shù)。鉆井液基漿摩阻系數(shù)為0.07，加入巖屑粉后的鉆井液摩阻系數(shù)為0.1。由此可以看出，該鉆井液體系潤滑性能較好，有利于大位移、長水平段、大位垂比水平井的鉆井施工。

3.3 封堵性

將鉆井液在100℃×16h熱滾后，測試其60℃條件下的API失水及100℃下的高溫高壓失水，其API失水為3ml泥餅為0.5mm，高溫高壓失水為6ml泥餅為2mm。由此可以看出該鉆井液體系具有良好的封堵性能，能有效的封堵蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組地層，減少鉆井液濾液對地層的浸泡，較好的維護井壁穩(wěn)定及保護儲層。

綜上所述，該鉆井液體系具有較好的抑制性和封堵性，有利于井壁穩(wěn)定；且具有良好的潤滑性，適合于川西工區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組等不穩(wěn)定巖性地層及大位移、長水平段、大位垂比水平井的鉆井施工。

4 現(xiàn)場應用情況

該鉆井液體系廣泛應用于川西中深水平井鉆井施工，如孝蓬2-1H井，該井位垂比（1.91：1），創(chuàng)川西地區(qū)水平井水平位移最大（1821.97m）和水平段最長（1502m）兩項紀錄；什邡104-3HF井完鉆井深2844m，鉆井周期26.42天，臺月效率3231.81米/臺月，創(chuàng)川西地區(qū)2501～3000m水平井鉆井周期最短和臺月效率最高紀錄；什邡115-1HF水平井完鉆井深2114m，位垂比2.01，創(chuàng)川西地區(qū)2001～2500m水平井位垂比最大紀錄。

2012年川西水平井平均機械鉆速達到4.36m/h，同比去年提高29.3%；2012年蓬萊鎮(zhèn)水平井完井63口，鉆機月速度1663m/臺月，同比去年提高20%；沙溪廟水平井完井45口，鉆機月速度1498m/臺月，同比去年提高7%。

該鉆井液體系在鉆井施工過程中主要的維護處理措施如下所示：

（1）將聚合物包被劑、聚合物降粘劑等處理劑配成膠液，以“細水流長”地方式維護鉆井液流變性，同時控制鉆井液坂含在30～50g/L。

（2）維護鉆井液中磺化褐煤、聚合物降濾失劑等降慮失處理劑的含量，維護鉆井液失水小于4ml，減少鉆井液濾液對井壁的浸泡作用。

（3）維護鉆井液中仿油基處理劑、液體潤滑劑、極壓潤滑劑等處理劑的含量，控制鉆井液粘附系數(shù)≤0.10。

（4）采取如下措施防止巖屑沉積和清除已形成的巖屑床：

①合理利用不同流型（層流與紊流）的鉆井液段塞來清除巖屑床，避免過渡流。若井底已形成巖屑床，應先用低粘度高速紊流清掃，緊接6～8m³高粘層流攜帶。保持鉆井液動塑比控制在0.4～0.6之間。

②盡可能使用大排量洗井，鉆進中加強短程起下鉆劃眼，破壞巖屑床。

③鉆井過程中加強對摩阻的實時監(jiān)控和對比。

（5）維護鉆井液中聚合物包被劑、聚胺抑制劑、瀝青類防塌劑等處理劑的含量并根據(jù)進尺情況及時補充，強化鉆井液的防塌抑制性能，有效封堵蓬萊鎮(zhèn)組和沙溪廟組泥頁巖，抑制其水化分散。

（6）根據(jù)地質(zhì)提示使用合理的鉆井液密度，維持井壁的力學平衡，確保有足夠的支持力。

（7）鉆遇漏失，采用高酸溶率防漏堵漏材料實施堵漏作業(yè)，有效保護儲層。

（8）使用好固控設備，嚴格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量和低密度固相。根據(jù)需要，間斷使用離心機，遇氣侵，使用除氣器。

（9）如井眼軌跡或方位變化大引起鉆具運動遇阻、遇卡等井內(nèi)復雜情況，以及測井、下套管前，可使用固體潤滑劑（玻璃微珠）降低摩阻。微珠粒徑以20～40目為好，加量以1～2%為宜（表1）。

5 結(jié)論及建議

（1）川西中深水平井目的層蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組地層泥頁巖發(fā)育，鉆井施工中極易井壁失穩(wěn)；

（2）川西中深水平井水平儲層段存在砂體發(fā)育不均質(zhì)性，靶點調(diào)整、控制點增加，井眼軌跡復雜，摩阻、扭矩大以及水平位移大、位垂比大、水平段長等鉆井液技術(shù)難點；

（3）室內(nèi)實驗及現(xiàn)場應用情況表明，聚胺仿油基鉆井液對泥頁巖具有較強的封堵性，有效地抑制泥頁巖水化分散，同時具有較佳的潤滑性能，滿足中深水平井快速鉆井，2012年川西水平井平均機械鉆速達到4.36m/h，同比去年提高29.3%。

參考文獻

[1] 齊從麗.川西深層水平井鉆井液技術(shù)[J].化工時代，2012，09

[2] 楊國興，張珍，周成華，等.川西沙溪廟組水平井封堵防卡鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2012，04