準(zhǔn)噶爾盆地排661井鉆井液技術(shù)

張志財(cái)，胡高群，羅云鳳

（勝利石油管理局 鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng)257017）

1 地質(zhì)工程概況

排661井是部署在準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起排661井區(qū)塊石炭系斷塊圈閉上的一口評(píng)價(jià)井，鉆探目的是了解石炭系含油氣情況。本井鉆遇地層從上到下依次為新生界第四系西域組、新近系獨(dú)山子組／塔西河組／沙灣組、中生界白堊系／侏羅系、上古生界石炭系。上部西域組至沙灣河組多以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾含礫砂巖不等厚互層，地層疏松造漿嚴(yán)重；白堊系和侏羅系為含礫粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，角礫巖發(fā)育；下部石炭系多為凝灰?guī)r，且地層斷層和裂縫發(fā)育，極易漏失。

本井設(shè)計(jì)井深1 900m，采用三開井身結(jié)構(gòu)。一開 Φ444．5mm 鉆頭鉆至井深171m，下入φ339．7mm表層套管至170．82m；二開 Φ311．1 mm鉆頭鉆至井深1 061m，下入Φ244．5mm技術(shù)套管至1 060．22m；三開 Φ215．9mm 鉆頭鉆至完鉆井深，采用懸掛尾管完井。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

（1）獨(dú)山子組和塔西河組泥巖發(fā)育、砂泥巖互層較多，砂巖疏松、滲透性強(qiáng)并含有礫石，易吸附形成厚泥餅；泥巖造漿嚴(yán)重，鉆頭和扶正器易泥包，井壁易坍塌。該地層可鉆性強(qiáng)、鉆速快、井眼大、巖屑多，若處理不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生起下鉆困難、下鉆不到底、下套管不到位等問題，鉆井液必須具有良好的攜巖能力，確保井眼暢通。因此要求鉆井液的流變性和抑制性良好，既要避免鉆屑過度分散，又要防止鉆井液對(duì)井壁形成不良沖刷，確保鉆井施工的安全。

（2）石炭系為凝灰?guī)r，裂縫、斷層發(fā)育，不同層系地層之間以不整合面接觸，施工中易出現(xiàn)井徑擴(kuò)大、垮塌、井漏等問題，造成起下鉆困難、卡鉆等井下復(fù)雜情況。要求鉆井液的封堵能力強(qiáng)、濾失量低，降低對(duì)地層的滲濾半徑，提高泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性，減少儲(chǔ)層傷害，達(dá)到油層保護(hù)、安全生產(chǎn)的目的。

（3）塔西河組膏鹽發(fā)育，鉆井液必須具有較強(qiáng)的抗污染能力，避免性能變化較大造成施工隱患。

（4）儲(chǔ)層平均孔隙度接近25%，滲透率337．4×10－3μm2，屬于高孔中滲儲(chǔ)層，易受到有害固相侵入，導(dǎo)致油層污染。要求鉆井液應(yīng)具有良好的油層保護(hù)性能，要保持較低的固相含量，在不影響井下安全的前提下，鉆井液密度盡量按設(shè)計(jì)下限執(zhí)行，同時(shí)嚴(yán)格控制失水，減少儲(chǔ)層污染。

3 鉆井液體系優(yōu)選和評(píng)價(jià)

新疆準(zhǔn)葛爾盆地車排子地區(qū)油層埋藏淺，但地層復(fù)雜，砂泥互層多，存在不同壓力層系，儲(chǔ)層屬高孔中滲地層，油層保護(hù)技術(shù)是關(guān)鍵也是技術(shù)難點(diǎn)，尤其對(duì)于評(píng)價(jià)井，油層保護(hù)技術(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層產(chǎn)能至關(guān)重要。通過室內(nèi)研究與試驗(yàn)，選用非滲透鉆井液體系。非滲透處理劑能夠在井壁巖石表面濃集形成膠束［1］，依靠惰性材料、活性礦物材料橋結(jié)和聚合物的膠束（膠粒）界面吸力及其可變形性封堵巖石表面較大范圍的孔喉，形成致密超低滲透復(fù)合封閉膜層，有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁(yè)巖地層，在井壁外圍形成保護(hù)層，從而有效解決油層保護(hù)、鉆井液砂巖滲漏和井壁穩(wěn)定問題。

3．1 非滲透處理劑的評(píng)價(jià)

3．1．1 常規(guī)性能

在400mL蒸餾水中加入24．0g鈉膨潤(rùn)土、1．0 g無水碳酸鈉配制基漿，然后加入2%YHS－1，檢測(cè)其常溫性能，結(jié)果見表1。

表1 YHS－1常規(guī)性能檢測(cè)結(jié)果

可以看出，基漿中加入非滲透處理YHS－1后，黏度變化不大，動(dòng)切力略有降低，說明非滲透處理劑可使基漿保持較好的流變性能。

3．1．2 濾失性能

利用可視性砂床濾失儀對(duì)非滲透處理劑YHS－1和FLC2000進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。將粒徑為0．45～0．90mm的砂子400g用清水洗凈，烘干后倒入可視性砂床濾失儀的圓柱筒內(nèi)并鋪平，再倒入200mL的試驗(yàn)漿，上緊杯蓋，接通氣源將壓力調(diào)到1．0MPa打開放氣閥，保持7．5min，記錄濾失量和濾液侵入砂床的深度，結(jié)果見表2。

表2 砂床濾失試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，在相同加量下，YHS－1的侵入深度小于FLC2000，說明該處理劑能有效阻止液體侵入，油層保護(hù)性能優(yōu)良。其原因是YHS－1能快速形成非滲透封閉膜，從而有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁(yè)巖地層。

3．1．3 頁(yè)巖膨脹性能

以YHS－1和FLC2000分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的非滲透處理劑溶液，檢測(cè)其線性膨脹量隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出，與蒸餾水相比，非滲透處理劑在一定程度上能抑制頁(yè)巖膨脹，YHS－1的抑制效果優(yōu)于FLC2000。

圖1 線性膨脹量隨時(shí)間的變化曲線

3．2 鉆井液體系評(píng)價(jià)

鉆井液體系配方優(yōu)選原則是綜合評(píng)價(jià)體系的配伍性、流變性和抗污染能力。非滲透鉆井液體系的主要配方為：4%膨潤(rùn)土漿＋0．3%燒堿＋0．3%聚丙烯酰胺＋2%防塌降失水劑＋1%非滲透處理劑＋1%無水聚合醇。對(duì)該體系的基本性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。從表3中可以看出，該體系具有良好的流變性和抗污染能力。

表3 體系配方性能

4 現(xiàn)場(chǎng)施工

4．1 鉆井液維護(hù)

一開井段（0～171m），獨(dú)山子地層主要以上部泥巖、下部含礫粗砂巖為主，地層松散，因此采用配漿開鉆，鉆進(jìn)期間以低濃度聚合物膠液維護(hù)，鉆井液漏斗黏度維持在35～40s，完鉆后充分循環(huán)洗井，并且起鉆前用0．2%HV－CMC封井，以保證下表層套管和固井作業(yè)的施工順利。

二開井段（171～1 062m）地層以砂泥巖為主，夾含礫砂巖與粉砂巖，鉆進(jìn)時(shí)砂巖滲透性強(qiáng)，易形成厚泥餅，造成縮徑阻卡，塔西河組底部砂礫巖易出現(xiàn)垮塌，施工時(shí)，非滲透聚合物鉆井液體系保持較低的黏度和切力，以抑制地層造漿，同時(shí)固控設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)；視情況加入防塌降失水劑JS－3，為提高泥餅質(zhì)量，防止泥巖地層吸水膨脹，維持井壁穩(wěn)定；鉆進(jìn)期間不斷補(bǔ)充PAM膠液，聚合物含量控制在0．3%以上，利用銨鹽和LV－CMC調(diào)整鉆井液流變性，減少對(duì)井壁的過度沖刷；進(jìn)入角礫巖發(fā)育的侏羅系地層后，一次性加入足量非滲透處理劑YHS－1，鉆井液漏斗黏度維持在45～50s，進(jìn)一步降低濾失量，防塌降濾失劑和LV－CMC配成膠液維護(hù)，同時(shí)高效開啟固控設(shè)備，以減少鉆井液污染半徑，防止井壁形成虛厚泥餅，及時(shí)清除劣質(zhì)固相，確保井下安全。本開次鉆井液性能為：漏斗黏度45～50s，中壓濾失量低于4mL，密度1．08～1．12g／cm3，動(dòng)切力5～10Pa。

三開井段（1 062～1 900m）石炭系多為凝灰?guī)r，地層硬而脆且含有角礫巖，施工中鉆具碰撞井壁崩落大的掉塊，不及時(shí)帶出會(huì)造成井下事故；裂縫發(fā)育明顯，儲(chǔ)層易受損害。因此在施工過程中，啟用四級(jí)固控設(shè)備，及時(shí)清除有害固相，降低亞微米粒子的含量；同時(shí)漏斗黏度控制在50s以上，使之具有較強(qiáng)的攜砂能力，以防止地層漏失及儲(chǔ)層固相侵入。鉆進(jìn)中嚴(yán)格控制鉆井液密度不超過設(shè)計(jì)密度1．08 g／cm3，盡可能負(fù)壓鉆進(jìn)，以利于提高鉆速和發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油層；利用聚合醇的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)性和潤(rùn)滑性，抑制巖屑的分散和加強(qiáng)鉆井液潤(rùn)滑性，提高鉆速。本開次鉆井液性能為：漏斗黏度45～60s，中壓濾失量低于5mL，密度1．05～1．08g／cm3，動(dòng)切力6～8Pa。排661井全井鉆井液性能見表4。

表4 排661井鉆井液性能

4．2 復(fù)雜問題處理

盡管本井三開施工前對(duì)石炭系地層特點(diǎn)有了一定的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)備，但仍然發(fā)生一系列復(fù)雜情況。

4．2．1 起下鉆阻卡和井壁坍塌

三開完鉆后進(jìn)行井底取心，起鉆過程中在井深1 444m處遇阻，多次活動(dòng)鉆具后解卡，換通井鉆具后在井深1 065m處遇阻。鑒于三開上部井深1 062～1 250m處油氣顯示較好，決定進(jìn)行中途試油，但試油井段位于侏羅系和石炭系風(fēng)化殼交界面處，地層膠結(jié)較差，反復(fù)試油抽吸導(dǎo)致1 060～1 065 m井段嚴(yán)重坍塌，井徑由 Φ215．9mm 擴(kuò) 大至Φ487mm，形成大肚子井眼。

本井三開試油后鉆井液受到嚴(yán)重污染，置換出大量被污染的鉆井液后，鉆井液性能不穩(wěn)定，非滲透處理劑的有效含量大大降低，且大肚子井眼的形成使得環(huán)空返速大大降低，無法將坍塌的礫石攜帶出來。巖屑的不斷堆積造成了取心起鉆時(shí)巖屑下落至取心筒和環(huán)空之間，從而發(fā)生遇阻。分析原因后，為了保證大肚子井眼處的井壁穩(wěn)定和攜巖返砂順利，一方面補(bǔ)充非滲透處理劑含量，封堵坍塌地層和微裂縫地層，另一方面加入磺化瀝青和正電膠，從而穩(wěn)定大肚子周圍井壁，防止坍塌范圍擴(kuò)大?；腔癁r青在井底溫度和壓力的作用下發(fā)生軟化變形，封堵地層微裂縫，提高微裂縫和破碎地層的黏結(jié)力［2］；正電膠則可以提高鉆井液的黏度和切力，保證大塊角礫巖的順利攜帶。在井漿中加入“1%非滲透處理劑＋1%磺化瀝青＋2%正電膠＋0．5%低固相增黏劑”，每次起鉆前配封井漿（處理后的井漿＋50%高濃度坂土漿＋1%磺化瀝青＋1%低固相增黏劑＋0．1%HV－CMC＋0．5%燒堿）封固大肚子井段。采取措施后，在密度不變的情況下，順利解決了起下鉆阻卡問題，且大肚子井段內(nèi)的攜巖狀況良好、井壁穩(wěn)定，保證了后期施工的順利。三開處理前后的鉆井液性能見表5。

表5 三開處理前后鉆井液性能對(duì)比

4．2．2 井漏

三開完鉆后在1 370～1 530m井段進(jìn)行填井作業(yè)，注入密度1．89g／cm3的水泥漿發(fā)生裂縫性漏失，共漏失30m3，平均漏速50m3／h。加入堵漏材料，配合非滲透處理劑進(jìn)行單凡爾循環(huán)堵漏，成功堵漏，第二次填井時(shí)未發(fā)生井漏。

4．3 施工效果

（1）在目的層施工過程中，選用的低固相非滲透鉆井液體系對(duì)油氣層起到了良好的保護(hù)效果，在1 060．22～1 250m井段進(jìn)行中途測(cè)試，求產(chǎn)12h，累積產(chǎn)油10．29m3，折算日產(chǎn)量20．58m3，遠(yuǎn)高于鄰井排66井5．6m3的日產(chǎn)量。

（2）電測(cè)結(jié)果顯示，使用非滲透鉆井液體系，白堊系和侏羅系井段平均井徑擴(kuò)大率在0．9%～2%，石炭系低于4%，證明體系的性能穩(wěn)定、抑制黏土分散的能力強(qiáng)、井壁穩(wěn)定效果好。

（3）非滲透處理劑、磺化瀝青和正電膠的復(fù)配使用有效解決了大肚子井眼帶來的起下鉆和電測(cè)遇阻等復(fù)雜問題，保證了后續(xù)施工的順利。

5 結(jié)論與建議

（1）新疆車排子區(qū)塊上部地層造漿嚴(yán)重，非滲透聚合物鉆井液體系有效抑制了地層造漿，保證了井壁穩(wěn)定。施工中要充分利用固控設(shè)備，嚴(yán)格控制鉆井液劣質(zhì)固相含量，保證其性能穩(wěn)定。

（2）下部地層裂縫斷層發(fā)育，地層膠結(jié)疏松，儲(chǔ)層滲透性強(qiáng)，低固相非滲透鉆井液的使用滿足了防漏、穩(wěn)定井壁和儲(chǔ)層保護(hù)等要求，非滲透處理劑、磺化瀝青和正電膠的復(fù)配使用成功解決了井下復(fù)雜情況。

（3）排661井中途測(cè)試獲得工業(yè)流油，為車排子地區(qū)石炭系的進(jìn)一步勘探打開了局面。

（4）今后該區(qū)塊進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)時(shí)，井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑及防卡是鉆井施工的最大難點(diǎn)，鉆井液體系必須具備良好的抑制性、攜巖性、潤(rùn)滑性和保護(hù)油氣層等特點(diǎn)。

［1］ 薛玉志．超低滲透鉆井液的作用機(jī)理及其應(yīng)用研究［D］．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)，2008：104．

［2］ 鄢捷年．鉆井液工藝學(xué)［M］．東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2001：145．