查深1井鉆井液技術(shù)

張繼國 楊永勝 紀(jì)樹偉 郭 耀 劉海濤

（1.中油長城鉆探鉆井液公司，遼寧盤錦 124010；2.中油長城鉆探吉林項目部，吉林松原 138000）

查深1井鉆井液技術(shù)

張繼國1楊永勝1紀(jì)樹偉2郭 耀1劉海濤2

（1.中油長城鉆探鉆井液公司，遼寧盤錦 124010；2.中油長城鉆探吉林項目部，吉林松原 138000）

查深1井是吉林油田公司在乾北地區(qū)部署的一口重點預(yù)探直井，完鉆井深5 500 m。該井上部青山口組等地層存在嚴(yán)重的井壁坍塌、井漏等問題，下部地層溫度高，井底溫度達(dá)到180 ℃。針對該井地質(zhì)特點，通過室內(nèi)實驗研究，確定上部采用復(fù)合膜鋁基鉆井液，下部前期采用空氣鉆井，后期轉(zhuǎn)化為改進(jìn)型水包油鉆井液體系進(jìn)行欠平衡施工?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，采用的鉆井液體系有效解決了泥巖坍塌、井漏和高溫條件下性能不穩(wěn)定等難題，滿足了施工的需要。

查深1井；復(fù)合膜鋁基鉆井液；水包油鉆井液；空氣鉆井；氣液轉(zhuǎn)化；井眼穩(wěn)定

查深1井位于松遼盆地南部長嶺斷陷乾北洼槽查深1火山巖構(gòu)造較高部位，為吉林油田公司在該地區(qū)部署的一口重點預(yù)探井，設(shè)計井深5 600 m，完鉆井深5 500 m。該井鉆遇地層地質(zhì)條件復(fù)雜，青山口組深灰色硬脆性泥巖易發(fā)生井壁坍塌［1］，出現(xiàn)了多次遇阻劃眼后被迫填井；同時青山口組泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖同時發(fā)育欠壓實，易發(fā)生井漏，在鉆至2 131 m漏失鉆井液110 m3，通過采用復(fù)合膜鋁基鉆井液體系，保證中完順利；三開先用空氣鉆井鉆至井深4 416 m后，用白油作前置液，替換為改進(jìn)型水包油體系，完井時井底溫度180℃。整個過程施工順利，未出現(xiàn)井壁坍塌，電測一次成功率100%。全井鉆井周期301.58 d，平均機(jī)械鉆速2.44 m/h。

1 地質(zhì)、工程簡況

實鉆揭露本區(qū)地層自上而下分別為新生界第四系、第三系、中生界白堊系。其中白堊系嫩江組（380～985 m）為灰色和深灰色泥巖，夾雜灰黑色泥巖和頁巖；姚家組（985～1 115 m）為紫紅色泥巖和灰色粉砂質(zhì)泥巖；青山口組（1 115～1 695 m）為紫紅色、黑色泥巖夾雜灰色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖；泉頭組（1 695～3 570 m）為灰色、紫紅色泥巖和灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；登婁庫組（3 570～4 489 m）為灰綠色粉砂巖和紫灰色粉砂巖；營城組（4 489～5 500 m）為灰色細(xì)砂巖和灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。

該井一開?444.5 mm鉆頭鉆至1 099 m，?393.7 mm套管下深1 098 m；二開?311.1 mm鉆頭鉆至3 093 m，?244.5 mm套管下深3 089.12 m；三開?215.9 mm鉆頭鉆至5 500 m，上部井段3 096～4 416 m采用空氣鉆井。

2 鉆井液技術(shù)難點

（1）青山口組以深灰色硬脆泥巖為主，而且微裂縫的存在使水分子很容易進(jìn)入泥巖內(nèi)部，從而造成地層剝落、掉塊，嚴(yán)重時甚至造成坍塌；同時二開施工時間長，泥巖浸泡時間長，也容易造成井塌［2］。

（2）青山口組膠結(jié)不好，巖心多為裂縫發(fā)育，泥巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖欠壓實，極易發(fā)生井漏。

（3）三開氣體鉆井轉(zhuǎn)化水包油鉆井液過程中，井筒內(nèi)液柱壓力升高，井壁沒有致密濾餅的保護(hù)，鉆井液中的小顆粒、自由水通過地層孔隙、裂縫迅速進(jìn)入地層，同時鉆井液對井壁的沖刷會出現(xiàn)井壁失穩(wěn)垮塌，輕則阻卡劃眼，重則造成卡鉆等鉆井事故。

（4）松遼盆地地溫梯度異常（3.27 ℃/100 m），5 500 m井深井底靜止溫度達(dá)180 ℃，要求鉆井液具有良好的高溫穩(wěn)定性；登婁庫、營城組含有泥巖，鉆井的過程中，巖屑不斷水化分散變細(xì)，導(dǎo)致水包油鉆井液流動性變差變稠，從而產(chǎn)生附加的壓力激動造成薄弱帶發(fā)生井漏。

3 鉆井液體系優(yōu)選及維護(hù)處理

3.1 一開（0～1 099 m）

3.1.1 鉆井液配方 采用普通聚合物鉆井液體系，配方為：5%～6%膨潤土+0.5%純堿+0.05%燒堿+0.2%～0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽KPAM+1%～1.5%銨鹽+1%HA樹脂。

3.1.2 維護(hù)措施 上部進(jìn)入軟泥巖段后大量沖水稀釋，鉆進(jìn)時根據(jù)鉆井液消耗情況補(bǔ)充膨潤土、純堿配合清水維護(hù)。進(jìn)入嫩二段之前，加入KPAM提高鉆井液抑制性，防止大段泥巖水化膨脹；加入適量銨鹽和HA樹脂調(diào)整流變性、降低失水，改善濾餅質(zhì)量。完鉆后全程起下鉆一次，刮掉井壁上的浮濾餅，大排量循環(huán)提高有效沖洗，保證井眼干凈、暢通。

3.2 二開（1 099～3 093 m）

3.2.1 鉆井液配方 采用復(fù)合膜鋁基鉆井液體系，配方為：2%～3%膨潤土+0.5%純堿+0.05%燒堿+0.2%～0.3%KPAM+1%～1.5%銨鹽+1%HA樹脂+1%乳化瀝青+1%井壁穩(wěn)定劑HQ-1+1%快速封堵劑KFD-1+1%抗鹽降濾失劑KFT+1%鋁基抑制劑+1%成膜劑+2%濾餅改進(jìn)劑+1.5%磺化酚醛樹脂SMP-Ⅱ+1.5%磺化褐煤樹脂SPNH+加重劑。

3.2.2 故障復(fù)雜及原因分析 鉆至井深2 131 m，泵壓下降，漏失鉆井液110 m3。堵漏成功后多次劃眼，劃眼困難，時有憋泵和蹩鉆現(xiàn)象，出于安全考慮，決定填井。填井后從1 132 m側(cè)鉆至2 219.75 m，下鉆在1 260～1 750 m段多次遇阻，起鉆在1 299～1 304 m、1 650～1 700 m處多次遇阻，振動篩返出掉塊較少，但存在轉(zhuǎn)盤蹩跳現(xiàn)象。在起鉆至1 303 m時鉆具遇卡，上提和下放無效，鉆具卡死，轉(zhuǎn)動鉆具，鉆具落井，魚頂位置2 073.23 m，造成第2次填井。填井后繼續(xù)鉆進(jìn)，下鉆過程中多次在1 200～ 1 750 m遇阻，振動篩返出很多新掉塊。

分析認(rèn)為，劃眼井段主要集中在青二+三段，井漏引起環(huán)空壓力降低，造成井壁失穩(wěn)而劃眼；鉆具落井，填井側(cè)鉆致使多處井深軌跡不好，造成劃眼過程中形成的濾餅脫落，井壁嚴(yán)重失穩(wěn)；長時間多次劃眼，造成井徑不規(guī)則，在1 300～1 480 m處形成砂橋，巖屑不能充分排出，造成井眼不暢通。

3.2.3 技術(shù)措施

（1）在保證井不漏情況下，加入1%濾餅改進(jìn)劑，提高地層承壓能力，鉆井液密度逐漸提高到1.28～1.30 g/cm3，中完時達(dá)到1.34～1.38 g/cm3；（2）保持KPAM含量0.3%，增強(qiáng)鉆井液防塌能力；（3）根據(jù)地層溫度，加入2%～3%軟化點為80～90 ℃的低軟化點乳化瀝青［3］，2%～3% 濁點為 40～50 ℃的聚合醇，1%～2%的鋁基抑制劑；（4）控制鉆井液流變性和濾失量，n值維護(hù)在0.55～0.65，API失水小于3.5 mL；（5）加入2%～3%超細(xì)碳酸鈣進(jìn)入地層縫隙中充當(dāng)架橋粒子，加入1%～2%非滲透、無滲透鉆井液處理劑或快速封堵劑作為填充劑，加1%成膜劑、2%濾餅改進(jìn)劑，提高濾餅的承壓能力。

3.3 三開（3 093～5 500 m）

3.3.1 氣體鉆井（3 093～4 416.94 m） 根據(jù)鄰井長深5井的實鉆油氣水顯示情況及測井解釋，在3 240～4 555 m泉一段層頂至登婁庫層底均為干層，地層的孔隙度低，出水量少，滿足氣體鉆井的條件。采用空氣鉆進(jìn)進(jìn)尺1 320.94 m，純鉆時間145.87 h，平均機(jī)械鉆速9.06 m/h，是鄰井長深5井的10.3倍［4］。最終由于上提下放摩阻大、扭矩最高達(dá)到43 kN·m，影響施工安全，終止氣體鉆井，轉(zhuǎn)化為液相欠平衡鉆井。

3.3.2 水包油鉆井液（4 416.94～5 500 m） 體系配方：40%水+60%柴油+0.1%NaOH+6%乳化劑LHR-Ⅱ+3%穩(wěn)定劑FRJ-Ⅱ+0.2%抑泡劑LY-20+1%鋁基抑制劑。

3.3.3 氣液置換

（1）氣體鉆井結(jié)束后，充分循環(huán)，清洗井眼；（2）過膠芯短起600～700 m，從鉆桿內(nèi)注替10 t白油；過膠芯短起至套管鞋內(nèi)，從鉆桿內(nèi)注替13 t白油；（3）過膠芯下探至井深4 404 m；（4）分段頂替鉆井液，過膠芯短起200 m，以0.8 m3/min排量注入水包油鉆井液20 m3；過膠芯短起500 m，以0.8 m3/min排量注入水包油鉆井液10 m3；過膠芯短起至套管鞋，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)防噴器側(cè)出口液動平板閥，打通節(jié)流管匯至液氣分離器管路，按照正常排量向井內(nèi)注入鉆井液直至鉆井液正常返出；（5）停泵，觀察井口無異常后起鉆；（6）分段循環(huán)下鉆到井底，將剩余2 t白油打入，再次清洗氣體鉆井井段，洗井至井下正常，置換過程順利結(jié)束。前置液白油具有憎水吸附特性，可改變地層巖石表面潤濕特性，將其變?yōu)槭杷?，在井壁周圍形成憎水保護(hù)膜，防止氣液轉(zhuǎn)化時泥頁巖因吸水膨脹垮塌。優(yōu)選抗溫能力達(dá)到200 ℃的乳化劑和穩(wěn)定劑提高體系抗溫穩(wěn)定性，保證了高溫下的性能穩(wěn)定。

3.3.4 維護(hù)措施

（1）定期測量油水比、補(bǔ)充乳化劑，保持鉆井液的熱穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)高溫破乳現(xiàn)象。（2）補(bǔ)充鉆井液時，要根據(jù)基礎(chǔ)配方配制（油水比60:40或50:50配制，加足乳化劑）所需鉆井液量，保持鉆井液的油水比；pH值保持9～10，保證鉆井液體系穩(wěn)定性，防止酸性氣體侵入造成性能惡化。（3）黏度低時可適當(dāng)加入穩(wěn)定劑，并定期用XC打稠塞，提高鉆井液的動塑比，整個鉆進(jìn)過程中振動篩上的巖屑返出正常，起下鉆順利。（4）鉆遇泥巖段時用1%鋁基抑制劑控制泥巖水化分散，有效加強(qiáng)了水包油鉆井液的抑制性，解決了巖屑分散而造成鉆井液逐步稠化的問題，保證了后期適合黏度和很好的流變性。該井段未出現(xiàn)井塌、掉塊，平均井徑擴(kuò)大率8.1%。（5）使用固控設(shè)備有效控制固相含量，振動篩使用120～150目篩布，除砂器使用率達(dá)到100%，離心機(jī)使用率達(dá)到90%以上。充分開動固控設(shè)備降低固相，保持合理的流動性，整個鉆進(jìn)過程中水包油鉆井液密度控制在0.92～1.00 g/cm3，實現(xiàn)欠平衡鉆井。

3.4 鉆井液性能

全井鉆井液性能見表1。

表1 查深1井現(xiàn)場鉆井液性能

4 應(yīng)用效果

復(fù)合膜鋁基鉆井液體系有效抑制了二開泥頁巖的水化膨脹、分散，完全滿足了復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井的需要。三開裸眼井段80%是泥巖易塌井段，使用氣體鉆井和水包油體系，解決了營城組泥巖井塌劃眼和井徑擴(kuò)大的問題，平均井徑233.4 mm，井徑擴(kuò)大率8.1%，達(dá)到了穩(wěn)定井壁、減少井徑擴(kuò)大率的良好效果。

5 結(jié)論和認(rèn)識

（1）復(fù)合膜鋁基鉆井液體系具有較強(qiáng)防漏防塌能力，可以滿足復(fù)雜地層施工要求。

（2）應(yīng)用白油作為氣體鉆井轉(zhuǎn)化液體鉆井的前置液，有利于轉(zhuǎn)化的施工安全。

（3）水包油鉆井液體系配方及維護(hù)簡單，180 ℃熱穩(wěn)定性好，使用鋁基抑制劑改進(jìn)后流變性可控，穩(wěn)定井壁能力強(qiáng)。

［1］ 徐同臺.鉆井工程井壁穩(wěn)定新技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［2］ 劉遠(yuǎn)亮，烏效鳴，朱永宜，等. 松科一井長裸眼防塌鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2009，31（4）：53-56.

［3］ 孫玉學(xué)，王媛慧，李玉蓮，等.乾安地區(qū)井壁坍塌機(jī)理及鉆井液技術(shù)研究［J］.鉆井液與完井液，2009，26（5）：76-78.

［4］ 趙秀全，李偉平，王中義，等.長深5井抗高溫鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35（6）：69-72.

（修改稿收到日期 2013-06-26）

Drilling fluid technology of Well Chashen-1

ZHANG Jiguo1, YANG Yongsheng1, JI Shuwei2, GUO Yao1, LIU Haitao2
（1.Drilling Fluid Branch of Great Wall Drilling and Exploration Company Ltd.,Panjin124010,China;2. Jilin Project Department of Great Wall Drilling and Exploration Company Ltd.,Songyuan138000,China）

Well Chashen-1 is a key exploratory vertical well deployed in Qian North area, with depth of 5 500 m. Serious wellbore sloughing and circulation loss take place in upper zone of Qingshankou of the well. The lower formations have higher temperature, and the maximum is 180 ℃ in the bottom hole. Through indoor experiment study, complex film aluminum based drilling fluid was taken for the upper formations, and for the lower formations, air drilling was for the former, and unbalanced drilling was for the later, with oil in water drilling fluid. The application showed that the drilling fluid effectively solved the difficulties of mudstone sloughing, circulation loss, and instability under high temperature, which met the need of the drilling operation.

Well Chashen-1; complex film aluminum based drilling fluid; oil in water drilling fluid; air drilling; gas-liquid transformation; wellbore stability

張繼國，楊永勝，紀(jì)樹偉，等. 查深1井鉆井液技術(shù)［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（5）：56-58.

TE254

：A

1000–7393（2013） 05–0056–03

張繼國，1974年生。2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，一直從事鉆井液技術(shù)現(xiàn)場服務(wù)工作，助理工程師。E-mail：2008zjguo@163.com。

〔編輯 朱 偉〕