塔中油田西部區(qū)塊目的層鉆井液復(fù)雜處理工藝

孫 俊，祝學(xué)飛，付 強(qiáng)，徐思旭，嚴(yán) 羿，查凌飛，黃念義

（1.川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆庫(kù)爾勒 841000；2.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)處，四川成都 610500）

塔中油田西部區(qū)塊是指以塔里木油田沙漠公路為分界線，1 號(hào)公路向西方向深入，其目的層碳酸鹽儲(chǔ)層奧陶系鷹山組、良里塔格組埋藏深度在6000～7000m以上，油氣藏巖性總體上劃分為灰?guī)r類、白云巖類以及過(guò)渡類型，儲(chǔ)集空間類型主要有孔、洞、縫三大類，地震反射特征以串珠反射為主[1]。由于裂縫、孔洞發(fā)育，惡性井漏井次井液面距井口達(dá)到幾百米甚至上千米，單井漏失鉆井液多則接近6000m3，近四年開發(fā)原則為鉆遇漏失或放空性漏失不再進(jìn)行堵漏，強(qiáng)鉆5～10m后即完鉆進(jìn)行后期作業(yè)，總體漏失量相對(duì)較EPC 項(xiàng)目時(shí)期的串珠狀開發(fā)模式下降。隨著井漏的發(fā)生，地層帶有H2S的天然氣流體進(jìn)入井筒氣侵污染鉆井液，目的層伴生酸性CO2氣體隨之進(jìn)入井筒污染鉆井液，輕則流變性變化，重則雙重污染形成果凍凍膠，給鉆井液維護(hù)處理帶來(lái)困難，某些區(qū)塊地層存在異常高壓，鉆進(jìn)瞬間出現(xiàn)井口高套壓現(xiàn)象，結(jié)合近四年該區(qū)塊鉆井情況分析逐一進(jìn)行分析。

1 地層漏失

1.1 漏失統(tǒng)計(jì)

本區(qū)塊井漏屬于地質(zhì)因素，多口井在儲(chǔ)層鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)惡性井漏，根據(jù)碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震資料與惡性漏失井次的情況分析，原因是鉆遇了裂縫—孔洞發(fā)育帶或大型洞穴的天然漏失通道，因孔洞與裂縫無(wú)任何膠結(jié)物，地層漏失壓力為零或負(fù)值，導(dǎo)致鉆井液出現(xiàn)失返性漏失[2]。近四年統(tǒng)計(jì)有70口井目的層總計(jì)漏失鉆井液總量77882m3，平均單井漏失1112.6m3，漏失密度范圍1.08～2.05g/cm3，漏失井次63.6%，單井最高漏失量為5711.2m3，漏失井次主要集中在ZG433、ZG511、ZG58等井區(qū)，其中因嚴(yán)重井控險(xiǎn)情應(yīng)急向井筒反推密度1.18～2.05g/cm3的鉆井液3024m3。

1.2 漏失對(duì)策

采用管網(wǎng)式管理建設(shè)一套行之有效的鉆井液井漏復(fù)雜的保障系統(tǒng)，同時(shí)涵蓋鉆完井液的回收利用與快速配制，為井漏復(fù)雜成功處理贏得時(shí)間。一是目的層鉆進(jìn)前，地面儲(chǔ)備1.5 倍井筒容積鉆井液，備用充足的配漿基礎(chǔ)材料土粉、燒堿、純堿、加重劑、磺化材料、淡水，根據(jù)漏失情況進(jìn)行生產(chǎn)自給自救；二是依托鉆井液代儲(chǔ)點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)儲(chǔ)備鉆井液進(jìn)行輸血型補(bǔ)償漏失井次，要求項(xiàng)目部鉆井液管理人員加強(qiáng)代儲(chǔ)點(diǎn)鉆井液管理，建立臺(tái)帳，知悉密度范圍與方量、性能情況、維護(hù)情況，同時(shí)掌握拉運(yùn)罐車數(shù)量、司機(jī)健康狀況、行車路線、拉運(yùn)距離等，做到無(wú)縫銜接，達(dá)到了成本結(jié)余和環(huán)保的雙豐收；三是特殊井次啟動(dòng)裝備與人員應(yīng)急預(yù)案，將應(yīng)急循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備拉運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配制；四是特殊情況下兄弟隊(duì)伍幫扶，TZ721-2X井兄弟單位配制1.25～2.00g/cm3的鉆井液2620m3，ZG113-6井期間兄弟隊(duì)伍配制1.95g/cm3的鉆井液480m3，極大地縮短了應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

2 高含H2S的天然氣侵入

2.1 H2S的化學(xué)特性、危害

H2S 是一種無(wú)機(jī)化合物[3]，密度大于空氣，是一種無(wú)色、易燃的酸性氣體，低濃度時(shí)顯臭雞蛋味。井漏發(fā)生后，環(huán)空液面迅速下降，井筒液柱壓力隨之降低，地層流體侵入井內(nèi)，含有H2S 的天然氣隨之進(jìn)入造成嚴(yán)重的井控險(xiǎn)情。硫化氫呈弱酸性，首先削弱鉆井液的pH 值，使鉆井液膠體功能下降，重則使鉆井液變?yōu)楣麅鰞瞿z狀失去流動(dòng)性，對(duì)鉆具腐蝕形成氫脆破壞，造成井下管柱突然斷落等事故[4-5]。

2.2 高含H2S的天然氣侵入的處理

一是采用除硫劑+高pH值預(yù)防模式。新配井漿一次性加入1%除硫劑，目的層為良里塔格組的井在A點(diǎn)之前提前50m按3%加量一次性，目的層為鷹山組的井提前50m 按5%加量，鉆遇非設(shè)計(jì)顯示的井，未見硫化氫顯示按2%加量進(jìn)行。循環(huán)及鉆進(jìn)期間維護(hù)處理安膠液用量等濃度持續(xù)均勻補(bǔ)充除硫劑，同時(shí)必須加強(qiáng)出口硫化氫監(jiān)測(cè)，出口鉆井液顏色變黑及鉆井液pH值低于11 的情況需加大除硫劑的補(bǔ)充量，保持pH 值≥12。地面儲(chǔ)備有效容積100m3除硫劑含量為5%的鉆井液應(yīng)急備用，管理要求井場(chǎng)儲(chǔ)備除硫劑20t以上并按甲方要求建立臺(tái)帳。

二是采用高粘度抗溫凝膠段塞封縫堵氣技術(shù)。當(dāng)硫化氫嚴(yán)重侵入需增加安全作業(yè)時(shí)間采用此方法，地面清潔罐配制凝膠：井漿+3%凝膠增粘劑（有效量15～30m3），起鉆前或根據(jù)需要泵入井底，在井下形成段塞隔斷氣層出氣制止和減緩氣層氣體進(jìn)入井筒和已進(jìn)入井筒的氣體滑脫上升，增加安全作業(yè)時(shí)間，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，此方法能增加安全時(shí)間15～20h左右，井底130℃高溫降解緩慢，回收重復(fù)利用率高，為窄密度窗口地層起下鉆安全有效提供了技術(shù)保障。

3 CO32-與HCO3-污染

鉆井現(xiàn)場(chǎng)按照GB_T16783.1-2014(1)對(duì)鉆井液進(jìn)行性能測(cè)試與濾液離子分析[6]，所鉆井均出現(xiàn)CO32-與HCO3-污染情況，污染源即儲(chǔ)層中伴生的陰離子型氣體。

3.1 鉆井液污染現(xiàn)象與危害

CO32-與HCO3-在鉆井液中均屬有害離子，濃度總和超過(guò)2370mg/L 時(shí)即開始出現(xiàn)污染表象[7-8]。鉆井液氣泡較多、流變性Φ6與Φ3讀數(shù)上升較快、造成漏斗粘度和切力升高、FLAPI、FLHTHP濾失量明顯上升、濾液pH值下降、泥餅蜂窩狀氣孔較多。嚴(yán)重污染過(guò)渡槽槽面為癩蛤蟆皮膚狀、流態(tài)緩慢脫氣困難、密度失真、影響泥漿泵上水，甚至流變性失去控制，密度失真造成井漏與井控風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 污染預(yù)防與處理

CaO 處理模式。目的層新配鉆井液陰離子污染以預(yù)防為主，配漿過(guò)程中加入0.2%～0.3%CaO，保證體系Ca2+儲(chǔ)備濃度500～800mg/L，充分發(fā)揮其穩(wěn)定體系與防止污染的雙刃劍作用。污染初期濾液Ca2+濃度會(huì)出現(xiàn)急劇下降現(xiàn)象，在室內(nèi)小型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上井漿引入0.1%～0.2%CaO，通過(guò)生石灰提供Ca2+與CO32-反應(yīng)生成CaCO3↓將CO32-除去。維護(hù)處理一是控制體系MBT 含量在合理范圍，否則引入生石灰后絮凝造成粘切急劇上升；二是生石灰加量應(yīng)為CO32-含量與HCO3-轉(zhuǎn)換成CO32-含量二者的總和，應(yīng)保證體系燒堿或鉀堿提供的pH 值對(duì)HCO3-進(jìn)行轉(zhuǎn)換；三是應(yīng)避免生石灰加入后生成的Ca(OH)2會(huì)使濾液pH 值升高造成誤導(dǎo)而不再引入燒堿或者鉀堿，生石灰加入方式在過(guò)渡槽采用濾網(wǎng)桶沖水方式加入。

CaCl2氯化鈣處理模式。ZG113-6 井控壓側(cè)鉆過(guò)程中CO32-與HCO3-嚴(yán)重污染，在不間斷加入生石灰的條件下，仍出現(xiàn)處理速度小于污染速度情況，泥漿泵泵壓極不穩(wěn)定難以保證正常生產(chǎn)。通過(guò)引入0.15%含量強(qiáng)電解質(zhì)高溶解度的CaCl2處理劑，將其配成水溶液均勻緩慢加入，兩個(gè)循環(huán)周后鉆井液流態(tài)即恢復(fù)正常。維護(hù)處理應(yīng)注意加入切忌過(guò)猛過(guò)快，因CaCl2較CaO能提供更多游離的Ca2+，避免造成泥漿泵上水困難致控壓鉆進(jìn)期間井控險(xiǎn)情的發(fā)生。

提高體系自身抗污染能力。保持體系中氯化鉀和陽(yáng)離子等電解質(zhì)抑制劑含量，一方面鉀離子和陽(yáng)離子會(huì)對(duì)鉆井液中的粘土進(jìn)行抑制，防止其過(guò)度水化分散，另一方面應(yīng)保持體系中具有強(qiáng)水化吸附官能團(tuán)類抗高溫類處理劑的含量，提高體系抗鹽抗溫性能，使其粘土顆粒表面形成更穩(wěn)定的擴(kuò)散雙電子層，對(duì)膠體的高溫去水化作用進(jìn)行保護(hù)，使體系更加穩(wěn)定，提高體系抗污染能力。ZG 區(qū)塊嚴(yán)重污染井次CO32-與HCO3-含量、生石灰氯化鈣用量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 ZG區(qū)塊嚴(yán)重污染井次CO32-與HCO3-含量、CaO與CaCl2用量統(tǒng)計(jì)表

4 井口高套壓

塔中區(qū)塊碳酸鹽巖奧陶系儲(chǔ)層裂縫發(fā)育條件復(fù)雜，開度為20～400μm的小裂縫和微裂縫占50%左右，某些小區(qū)塊存在異常高壓地層，鉆進(jìn)過(guò)程中地層流體壓力平衡系統(tǒng)被迅速打破失衡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，瞬間形成井口高套壓，極大地增加了井控風(fēng)險(xiǎn)，以中古113-6井為例進(jìn)行搶險(xiǎn)案例介紹。

4.1 異常經(jīng)過(guò)及處理過(guò)程[9-10]

中古113-6 井使用1.23g/cm3的鉆井液171.45mm鉆頭鉆進(jìn)至7241.4m，地層層位奧陶系鷹山組，鉆具懸重從192t 突然降至130t，立壓22↗26MPa，錄井儀器H2S顯示0ppm，井口鉆井液從防溢管溢出，司鉆立即發(fā)出溢流報(bào)警信號(hào)、停泵、上提鉆具至井深7233.78m 關(guān)井，2min關(guān)井成功，關(guān)井后立壓26MPa(雙浮閥、井口旋塞已關(guān))，套壓由0迅速飆升至38MPa，并呈繼續(xù)上升的趨勢(shì)至44MPa穩(wěn)定，核實(shí)溢流量14.4m3。

溢流關(guān)井后甲乙方逐級(jí)匯報(bào)，啟動(dòng)油田應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)每半小時(shí)更新現(xiàn)場(chǎng)報(bào)送信息。乙方勘探公司立即啟動(dòng)人員、設(shè)備、物資、交通、消防應(yīng)急預(yù)案，結(jié)合區(qū)塊本公司兄弟隊(duì)伍情況，在4h內(nèi)將4個(gè)生產(chǎn)班建制人員、正壓式呼吸器60套組織到位，2000型壓裂車4臺(tái)、罐容200m3的應(yīng)急鉆井液循環(huán)罐、鉆井液轉(zhuǎn)運(yùn)車、螺桿泵等搶險(xiǎn)應(yīng)急物資11h 組織到位，現(xiàn)場(chǎng)配制壓井液250m3。油田公司及乙方井控專家組根據(jù)井口防噴器組、節(jié)流壓井管匯額定工作壓力，臨井H2S 含量、溢流量、溢流物性質(zhì)等分析計(jì)算，溢流物占環(huán)空液柱高度816m，折算地層壓力系數(shù)1.77，確定壓井液密度為1.92g/cm3采用壓回法壓井。

環(huán)空反擠施工：壓裂車試壓穩(wěn)壓正常后，環(huán)空反擠密度1.92g/cm3的鉆井液75m3、2.00g/cm3（為防止在施工過(guò)程中井底段氣侵嚴(yán)重采用附加重漿帽方式）的鉆井液47m3，排量8～24L/s，套壓44↑52↓0MPa，施工完畢停泵套壓為0MPa。水眼正擠施工：壓裂車試壓穩(wěn)壓正常后，水眼正擠密度1.92g/cm3的鉆井液33m3，排量8～9L/s，立壓44↘2.7MPa，套壓0MPa，施工完畢停泵立壓0MPa，開井觀察出口無(wú)外溢，溢流復(fù)雜解除，井口高套壓解除，從發(fā)生險(xiǎn)情至解除歷時(shí)20.7h。

原因分析：鉆遇地層異常高壓氣藏，預(yù)測(cè)地層壓力系數(shù)與實(shí)鉆相差太大，實(shí)鉆鉆井液密度不足以平衡地層壓力是本次溢流的直接原因。奧陶系下步地層不確定性大，應(yīng)加強(qiáng)地層壓力預(yù)測(cè)，為鉆井液密度選擇提供依據(jù)。

本次高套壓事件發(fā)生后，公司采取目的層現(xiàn)場(chǎng)專職井控專家駐井把關(guān)制度，制定目的層鉆井方案和應(yīng)急預(yù)案，溢流發(fā)生后在井控專家的指揮下進(jìn)行壓井作業(yè)，同時(shí)泥漿工雙崗制加強(qiáng)坐崗；本區(qū)塊進(jìn)入目的層前100m井口鉆具安裝靜壓力為35MPa的旋轉(zhuǎn)控制頭，升級(jí)井控裝備等級(jí)，油氣層活躍井段控壓控時(shí)鉆進(jìn)有效降低井控風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮人與井控裝備的作用，在第一時(shí)間第一反應(yīng)控制住井口，建立全過(guò)程積極的井控理念，深化地層認(rèn)識(shí)與壓力預(yù)測(cè)，為選擇合理的鉆井液密度提供依據(jù)，防止溢流發(fā)生，做到發(fā)現(xiàn)懷疑溢流關(guān)井檢查，發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）通過(guò)代儲(chǔ)鉆井液輸血型補(bǔ)償漏失井次，兄弟隊(duì)伍配漿幫扶結(jié)合自身生產(chǎn)自救，采用管網(wǎng)式管理建設(shè)一套行之有效的鉆井液井漏復(fù)雜的保障系統(tǒng)，為井漏復(fù)雜成功處理贏得時(shí)間。

（2）除硫劑+高pH值模式，高粘度抗溫凝膠段塞封縫堵氣技術(shù)，緊急情況推回法能有效解決含H2S 的天然氣侵污鉆井液和侵入井筒。

（3）CaO+CaCl2中和陰離子模式能有效解決鉆井液陰離子CO32-/HCO3-污染。

（4）目的層井控專家24h 駐井把關(guān)制度，全過(guò)程積極的井控理念對(duì)井控險(xiǎn)情的發(fā)生有著良好的預(yù)防作用。