伊拉克艾哈代布油田水平井鉆井液技術(shù)

【摘要】伊拉克艾哈代布油田為多層系中孔低滲透非均質(zhì)碳酸鹽巖酸性油氣藏，主力油藏埋深2650m左右；油田地層巖性復(fù)雜，大段膏鹽層與泥灰?guī)r地層井壁穩(wěn)定性差，地層水礦化度高，施工中阻、卡等井壁穩(wěn)定問(wèn)題影響了鉆井速度。為了解決大段石膏層、鹽層侵入與泥巖分散造漿與縮徑問(wèn)題，開(kāi)展了鉆井液體系優(yōu)選與鉆井液工藝技術(shù)優(yōu)化?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，其各項(xiàng)性能穩(wěn)定，防塌潤(rùn)滑效果好，各項(xiàng)施工順利，為井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、安全快速鉆井提供了有力的技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】鉆井液體系；艾哈代布；膏鹽層；井壁穩(wěn)定；抑制性

隨著海外油氣田開(kāi)發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)的需要，水平井已作為重要開(kāi)發(fā)手段被廣泛應(yīng)用。艾哈代布油田在水平井開(kāi)發(fā)工作中，在第三系鉆遇了大段硬石膏夾層、鹽巖和塑性較強(qiáng)灰質(zhì)泥巖，且地層水礦化度高；從前期實(shí)鉆情況看，二開(kāi)巖性復(fù)雜井段縮徑、泥包、托壓、起下鉆阻卡等井壁穩(wěn)定問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量和鉆進(jìn)效率。通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)研究，優(yōu)選了聚磺鉆井液體系并優(yōu)化了鉆井液工藝技術(shù)措施，取得了良好的施工效果。

一、鉆井液施工問(wèn)題分析

AHDEB油田自上而下揭示了第四系、第三系、白堊系的地層。地層巖性特征第三系以泥巖為主，夾砂巖、含膏泥巖、泥巖及膏巖、鹽巖、泥灰?guī)r互層等；白堊系以灰?guī)r為主，夾隧石灰?guī)r，夾泥質(zhì)灰?guī)r。其中，第三系Upper Fars地層以泥巖為主，泥巖的單層最大厚度可達(dá)50m以上，最薄也有5m以上，其底部為一套厚度大于100m的含膏泥巖；第三系Lower fars地層1100m～1500m以硬石膏巖層、塑性較強(qiáng)灰質(zhì)泥巖為主。施工技術(shù)難點(diǎn)主要為：

⑴抑制性問(wèn)題，地層巖性較復(fù)雜，Upper Fars地層以泥巖為主，近地表地層極其疏松，鉆井施工易漏、塌；膏巖層與泥灰?guī)r地層并存，地層坍塌壓力高、井壁穩(wěn)定性差，阻卡、泥包等鉆井復(fù)雜情況影響速度。

⑵抗污染問(wèn)題，Lower fars地層以硬石膏巖層、塑性較強(qiáng)灰質(zhì)泥巖為主，造成起下鉆阻卡、井壁穩(wěn)定問(wèn)題較突出，為此對(duì)鉆井液抗鈣污染能力提出了較高的要求；該油田地層水礦化度較高，氯離子含量為7.33×104mg/L，總礦化度為12.34×104mg/L，水型為CaCl2，對(duì)鉆井液抗鹽提出了較高的要求；若鉆井液抗鹽抗鈣能力不足其性能維護(hù)困難。

⑶水平井潤(rùn)滑防卡及井眼凈化問(wèn)題，大斜度段（特別在45°～70°）及水平段易形成巖屑床，影響鉆井速度和安全，控制或避免巖屑床形成是水平井鉆井成功的關(guān)鍵[1]。

⑷油藏H2S含量0.2～3.5mol%，CO2含量3.0～4.5mol%，要做好防止H2S危害。

二、膏巖層井壁不穩(wěn)定機(jī)理分析

針對(duì)AHDEB油田L(fēng)ower fars地層1100m～1500m以硬石膏巖層、塑性較強(qiáng)灰質(zhì)泥巖為主，薄層砂巖、泥巖及部分鹽巖等特點(diǎn)，其井壁不穩(wěn)定機(jī)理主要在：

⑴膏巖層吸水膨脹，膏巖層吸水膨脹，塑性泥巖等膨脹變形，容易引起縮徑、坍塌；

⑵以鹽為膠結(jié)物的泥巖、粉砂巖或硬石膏團(tuán)塊等，其所含鹽類遇礦化度較低的水或抑制性不足的鉆井液會(huì)溶解，從而導(dǎo)致地層失穩(wěn)垮塌；

⑶膏巖層的蠕變等。

三、鉆井液體系優(yōu)選

1.鉆井液體系優(yōu)選原則

鉆井液體系選擇關(guān)鍵是其在受到鹽膏侵時(shí)保持體系性能的穩(wěn)定，即體系抗鹽抗鈣侵能力強(qiáng)；同時(shí)體系還要達(dá)到：⑴失水造壁性好，防止膏泥巖層水化膨脹過(guò)大引起縮徑、卡鉆；⑵對(duì)鹽、膏的溶解能夠有效控制，避免較大溶解引起地層失去支撐而垮塌；⑶有良好的泥頁(yè)巖抑制作用，防止泥頁(yè)巖分散或膨脹造成井壁垮塌。

2.鉆井液體系評(píng)價(jià)

依據(jù)優(yōu)選原則，選擇聚磺鉆井液體系與前期使用的兩性復(fù)合離子聚合物體系進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

2.1鉆井液常規(guī)性能評(píng)價(jià)

從表1鉆井液常規(guī)性能（粘度、失水、濾餅、切力、流變參數(shù)等）實(shí)驗(yàn)看，兩套體系抗溫性都較穩(wěn)定，高溫滾動(dòng)前后性能變化不大。

2.2鉆井液抑制性評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表面，兩套體系都具有較高的巖屑回收率（均>82%），抑制巖屑水化分散效果較好。

2.3抗石膏侵評(píng)價(jià)

在體系中分別加入0.2%、0.5%石膏，兩性離子聚合物鉆井液抗石膏侵能力較差，其粘切、失水及流變性能變化較大，泥餅虛厚，粘度上百秒甚至滴流；而聚磺鉆井液表現(xiàn)性能穩(wěn)定，抗鈣侵能力較強(qiáng)。

2.4抗鹽侵評(píng)價(jià)

加入5%NaCl、10%NaCl后兩性離子聚合物鉆井液抗鹽侵效果差，粘度急劇升高和流變性也惡化，粘度呈滴流；聚磺鉆井液性能變化不大，抗鹽能力較強(qiáng)。

2.5抗巖屑粉污染評(píng)價(jià)

在體系中分別加入100目巖屑粉5%、10%。室內(nèi)試驗(yàn)表明兩性離子聚合物鉆井液粘度急劇增加，且其他性能也有較大變化；而聚磺鉆井液性能變化不大，說(shuō)明其抗巖粉污染能力較好。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合前期AD008井和AD010H井實(shí)際施工情況，分析認(rèn)為：前期使用兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液在鉆遇石膏層和鹽水層時(shí)受鈣和鹽污染嚴(yán)重，泥漿性能變壞，粘切升高、失水增大、泥餅虛厚、流動(dòng)性變差等，性能不易控制，鉆井液原有的特性均發(fā)揮不了，發(fā)生井下坍塌、縮徑、泥包等現(xiàn)象，曾一度引起起鉆遇卡、下鉆遇阻、劃眼等復(fù)雜情況，其主要原因是鉆井液抗鈣和鹽侵能力差所導(dǎo)致。聚磺鉆井液體系抗鹽、抗鈣能力較強(qiáng)，鉆井液性能穩(wěn)定。

四、鉆井液工藝技術(shù)

1.鉆井液體系及基本配方

⑴一開(kāi)，采用膨潤(rùn)土漿鉆井液，鉆井液密度1.05～1.10g/cm3，pH值為8～9。

基本配方：清水+10-12%坂土粉+0.2-0.3%Na2CO3+0.3%CMC-LV。

⑵二開(kāi)1000m以上井段使用兩性離子聚合物鉆井液體系，鉆井液密度1.10～1.14g/cm3；利用聚合物包被劑PLUS-L的抑制作用及具有較好抑制作用的中分子聚合物SP-8控制水敏性泥巖地層水化膨脹、縮徑、垮塌及造漿，實(shí)現(xiàn)井眼穩(wěn)定與泥漿性能穩(wěn)定。

基本配方：處理后的一開(kāi)井漿+0.6-0.8%PLUS-L+0.6-0.8%SP-8+1-2%RH-3

⑶二開(kāi)1000m左右轉(zhuǎn)化為聚磺鉆井液體系，鉆井液密度1.14～1.30 g/cm3，pH值為8～9，直井段摩阻系數(shù)<0.12，定向造斜段摩阻系數(shù)<0.10。優(yōu)選聚合物包被劑PLUS-L的抑制作用，以及具有較好抑制作用的中小分子聚合物SP-8及NPAN協(xié)同控制水敏性泥巖地層水化膨脹、縮徑、垮塌及造漿，實(shí)現(xiàn)井眼穩(wěn)定與泥漿性能穩(wěn)定；利用抗鹽抗鈣效果好的聚合物包被劑PLUS-L、聚合物降濾失劑SP-8及磺化類F-SOLTEX、SPNH、SMP-1等的協(xié)同作用，解決大段石膏層、鹽層與鹽水層的泥漿性能污染問(wèn)題。

基本配方：處理后井漿+0.8%PLUS-L+0.7%SP-8+2%RH-3+3%F-SOLTEX+2%SPNH+1%SMP-1+0.3%NaOH+重晶石粉

⑷三開(kāi)，對(duì)于水平井造斜段、水平段采用聚磺混油鉆井液體系，鉆井液密度1.20～1.26g/cm3，pH值9.5～11，摩阻系數(shù)<0.08。確保體系抑制與抗污染能力的同時(shí)努力保證井眼潤(rùn)滑。

基本配方：處理后泥漿+0.8-1%PLUS-L+0.6-0.8%SP-8+5%RH-3/（10-15%原油+0.3%乳化劑）+3-5%F-SOLTEX+2%SPNH+1%SMP-1（粉）+2%固體潤(rùn)滑劑（RH-2）+0.3%NaOH

2.油層保護(hù)技術(shù)

根據(jù)儲(chǔ)層物性分析、敏感性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及對(duì)巖心傷害評(píng)價(jià)分析認(rèn)為：儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間既有孔洞又有裂縫，主要損害來(lái)自鉆井液的濾失和固相顆粒的堵塞。另，根據(jù)完井采用酸洗措施的實(shí)際，選用屏蔽暫堵（采用可酸溶、油溶暫堵材料）是既經(jīng)濟(jì)又適用的技術(shù)。采用D90方法對(duì)油保材料的組成及粒徑分布進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定由10% 1250目+40%800目+50%400目的超細(xì)鈣組成，變形粒子選擇軟化點(diǎn)在90℃左右的油溶性樹(shù)脂；通過(guò)D13井巖心進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，滲透率恢復(fù)值≥85%，能達(dá)到較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

3.分井段工藝技術(shù)措施

3.1直井段

⑴二開(kāi)開(kāi)始時(shí)振動(dòng)篩裝40目篩布，井深1000m以后應(yīng)將振動(dòng)篩布逐步更換成60目或80目，除砂器下面的振動(dòng)篩原則上裝200目篩布。振動(dòng)篩與除砂器或除泥器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)率必須達(dá)到100%，控制含砂量小于0.5%。

⑵所有聚合物都必須以膠液形式加入，通過(guò)聚合物分子鏈充分伸展，提高包被鉆屑、抑制泥巖水化分散能力。

⑶鉆井液密度提高至1.25g/cm3，控制初切值在1.5Pa以上，防止加重材料沉淀。聚合物包被劑、聚合物降濾失劑、磺化類處理劑膠液盡可能分開(kāi)配制，聚合物包被劑濃度1%左右，聚合物降失水劑膠液濃度5%左右，磺化類處理劑膠液濃度20%左右，以提高泥漿抗污染能力。

⑷鹽膏層鉆進(jìn)中及時(shí)加入燒堿溶液，始終維持泥漿pH值為9-9.5之間；充分利用鉆進(jìn)石膏層時(shí)侵入的鈣離子增強(qiáng)體系的抑制能力，一般情況下不加入純堿除鈣。

3.2造斜及水平段

⑴三開(kāi)井段側(cè)重提高液體潤(rùn)滑劑與包被劑濃度，加入固體潤(rùn)滑劑，混油泥漿含油量控制至在8%左右，確保泥漿性能均勻穩(wěn)定。

⑵當(dāng)環(huán)空返速較低時(shí)，控制動(dòng)塑比值大于0.3；努力提高靜切力之初切力，并努力降低終切與初切之比值，保持良好的觸變性能。切力偏低時(shí)也可加入適量XC來(lái)提高體系懸浮性。三維定向井進(jìn)入大斜度井段后Ф3讀數(shù)須保持在5以上。

⑶控制較低的濾失量（小于3mL、三維定向井大斜度井段小于2mL），使泥餅致密、薄而韌，努力實(shí)現(xiàn)低摩阻。強(qiáng)化泥漿固相控制，控制含砂量至0.3%以下。

⑷進(jìn)入大斜度以后，及時(shí)掌握鉆進(jìn)過(guò)程中的扭矩變化情況，有無(wú)托壓現(xiàn)象，關(guān)注鉆具摩阻情況，當(dāng)摩阻急劇升高時(shí)，應(yīng)通過(guò)進(jìn)一步改善泥餅質(zhì)量、增加潤(rùn)滑劑含量、調(diào)整流變性，及時(shí)改善泥漿的潤(rùn)滑性和攜巖能力，以減緩巖屑床厚度等綜合措施，努力使摩阻處于正常范圍。

⑸為防止硫化氫的污染，使用堿式碳酸鋅等除硫劑，控制鉆井液體系PH值在9.5和11之間。

五、應(yīng)用效果

經(jīng)優(yōu)化鉆井液體系及工藝措施，總的來(lái)講，鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)處理方便，井壁穩(wěn)定狀況得到有效控制，減少了復(fù)雜，各項(xiàng)施工安全順利，為提高了鉆井效率、優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、安全鉆井奠定了基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)在：

⑴通過(guò)采用聚磺泥漿體系，解決了大段水敏性泥巖層與膏鹽層井壁穩(wěn)定問(wèn)題，泥巖段地層鉆進(jìn)返出巖屑成型度好；膏鹽層鉆進(jìn)API濾失量始終穩(wěn)定在3mL左右，漏斗粘度穩(wěn)定在50-60s范圍之內(nèi)，且維護(hù)處理簡(jiǎn)單。

⑵井壁穩(wěn)定問(wèn)題的解決大大降低了施工阻卡時(shí)間，前期完成井AD010H阻卡時(shí)間251.25h，后期實(shí)施的水平井平均阻卡時(shí)間17.18h，尤其是造斜段與水平段基本無(wú)嚴(yán)重超拉與下鉆遇阻（見(jiàn)表6）。同時(shí)，井眼狀況明顯好轉(zhuǎn)，AD-010H失穩(wěn)段井徑擴(kuò)大率最高13.27%、縮徑率2.91%，優(yōu)化鉆井液工藝后上部失穩(wěn)地層井徑擴(kuò)大率最高5.82%、縮徑率0.44%。

⑶前期鉆井實(shí)踐認(rèn)為1100-1500m復(fù)雜膏鹽層段是技套必封點(diǎn)，通過(guò)使用聚磺泥漿體系以后，不但解除了為滿足井壁穩(wěn)定必須增加一層技套封隔復(fù)雜層段的考慮；而且，鉆井液抑制性的提高使得密度逐漸還原到近平衡壓力鉆井，為優(yōu)化、簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了安全的井眼空間。通過(guò)AD205H井試驗(yàn)三開(kāi)簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，將過(guò)去的四開(kāi)水平井優(yōu)化為三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，即造斜段與水平段使用Ф215.9mm井眼在同一裸眼完成，三開(kāi)段使用泥漿密度1.24g/cm3-1.26g/cm3，與同一井場(chǎng)鄰井AD2-231H井相比，鉆井速度提高了3.16倍。

六、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

⑴通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐認(rèn)為，聚磺鉆井液體系抗鹽抗鈣能力強(qiáng)，可滿足艾哈代布油田復(fù)雜巖性與水平井安全、快速鉆井的需要。

⑵井壁穩(wěn)定問(wèn)題的解決，使得進(jìn)一步控制鉆井液密度實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井成為可能，有利于水平井油層保護(hù)工作的開(kāi)展[2]。

⑶及時(shí)維護(hù)處理鉆井液，確保主處理劑在鉆井液中的有效含量是提高體系抑制性、抗鹽抗鈣能力和性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。