勝利青東區(qū)塊沙河街組井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)

邱春陽，王寶田，何興華，司賢群，李志強(qiáng)

（勝利石油工程有限公司鉆井泥漿公司，山東東營(yíng) 257064）

勝利青東區(qū)塊沙河街組井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)

邱春陽，王寶田，何興華，司賢群，李志強(qiáng)

（勝利石油工程有限公司鉆井泥漿公司，山東東營(yíng) 257064）

青東區(qū)塊位于濟(jì)陽坳陷青東凹陷北部斷階帶。沙河街組的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，局部斷層發(fā)育，斷層以下地應(yīng)力作用明顯，沙三段泥巖硬而脆，層理性強(qiáng)，從而使鉆探中井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，曾經(jīng)多次發(fā)生復(fù)雜事故，輕者反復(fù)劃眼，嚴(yán)重者則卡鉆，嚴(yán)重地制約該區(qū)塊的勘探開發(fā)進(jìn)程。通過優(yōu)選鋁胺抑制、封堵、防塌鉆井液體系，并且在施工中采用合理的鉆井液液柱壓力支撐和聯(lián)合多元協(xié)同抑制—強(qiáng)封堵—合理地控制流變性等技術(shù)措施，配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理工藝，保證了青東古1井沙河街組的井壁穩(wěn)定，使該井提前完鉆，鉆井周期縮短了20%。

青東區(qū)塊；沙河街組；鋁胺鉆井液；井壁穩(wěn)定

青東區(qū)塊位于勝利淺海海域，屬于濟(jì)陽坳陷青東凹陷北部斷階帶構(gòu)造。青東區(qū)塊含有眾多的油氣藏，青東25井發(fā)現(xiàn)油層6層，有效厚度23.0 m；青東斜6井發(fā)現(xiàn)熒光顯示2層，厚度1.8 m；青東23井發(fā)現(xiàn)油層7層，厚度13.2 m。這充分說明該區(qū)塊具有較大的勘探開發(fā)潛力。

在該區(qū)塊一般采用三開井身結(jié)構(gòu)，平均井深4 000 m，以裸眼方式完井，平均鉆井周期70 d左右，由于沙河街組的地層復(fù)雜，大部分井都在此地層發(fā)生過事故，輕者反復(fù)劃眼，延長(zhǎng)鉆井周期，嚴(yán)重者則卡鉆，浪費(fèi)大量人力、物力。為了提高鉆井速度，要求該區(qū)塊鉆井液技術(shù)應(yīng)該具有更好的適應(yīng)性。通過優(yōu)化鉆井液體系，確定合理的鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工措施，為青東區(qū)塊安全、高效地鉆井提供了有力的技術(shù)保障。

1 該區(qū)塊鉆井液技術(shù)的難點(diǎn)

（1）沙二段至沙三段呈南北向位于這一斷塊內(nèi)，都具有一定傾角。實(shí)鉆顯示在2 315～2 650 m井段存在大的斷裂破碎帶，由于斷層的走滑作用，斷點(diǎn)以下應(yīng)力集中，在鉆開井眼以后，地應(yīng)力往往沿著井眼的徑向釋放，因而造成井壁坍塌。

（2）沙三段以灰色泥巖為主。取心顯示這些泥巖的泥質(zhì)較脆，致密，硬，破碎性強(qiáng)，部分碎塊呈棱角狀和塊狀；部分井段層理發(fā)育，層理面之間膠結(jié)脆弱。雖然泥巖本身親水性差，但是層理面之間原本結(jié)合力就弱，鉆開地層以后，在鉆井液浸泡和起下鉆的碰撞作用下，井壁易掉塊；并且隨井壁浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，可能會(huì)產(chǎn)生更大掉塊，也就使得裸眼時(shí)間越長(zhǎng)井眼穩(wěn)定狀態(tài)越加惡化。

（3）沙四段巖性組合為中薄層深灰色泥巖與薄層灰色、淺灰色泥質(zhì)粉砂巖頻繁互層，在鉆井液的浸泡下，地層容易掉塊 ；加上地層傾角相對(duì)大，造成地層應(yīng)力大，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重。

2 維護(hù)井壁穩(wěn)定的思路

2.1 強(qiáng)化鉆井液體系的封堵性

針對(duì)沙二段含有斷層破碎帶、沙三段局部井段層理性發(fā)育和沙四段泥巖及粉砂巖頻繁互層的特點(diǎn)，強(qiáng)化鉆井液體系的封堵性。使用瀝青和納米乳液，配合超細(xì)碳酸鈣，對(duì)層理間和小的毛細(xì)孔進(jìn)行有效封堵，依靠這些封堵材料的協(xié)同作用來增強(qiáng)封堵效果，使鉆井液能夠在井壁上形成一層薄而致密的不滲透性封堵層，以減緩鉆井液濾液對(duì)地層的侵入，并且有效地發(fā)揮鉆井液液柱對(duì)井壁的物理支撐作用[1-2]。

2.2 強(qiáng)化鉆井液體系的抑制性

針對(duì)沙河街組局部泥質(zhì)粉砂巖和斷層帶中充填的黏土礦物易吸水膨脹的特點(diǎn)，必須強(qiáng)化鉆井液體系的抑制性。在鉆井液體系中加入有機(jī)胺、鋁絡(luò)合物和無水聚合醇，通過這種三元協(xié)同作用來增強(qiáng)濾液的抑制性[3-5]，同時(shí)降低鉆井液體系的濾失量，從而一則減緩斷層帶中充填物質(zhì)的吸水膨脹，防止掉塊卡鉆；二則降低泥質(zhì)粉砂巖最終的水化程度，防止造成時(shí)延性周期垮塌。

2.3 維持適當(dāng)?shù)你@井液密度

在強(qiáng)化鉆井液體系封堵性和抑制性的同時(shí)，施工中還必須保證適當(dāng)?shù)你@井液密度。由于力學(xué)因素引起的井壁垮塌，只有通過力學(xué)支撐即選用合適的鉆井液密度才能解決[6]。在沙河街組鉆進(jìn)時(shí)，必須時(shí)時(shí)保證對(duì)地層的正壓差，只有這樣才能達(dá)到對(duì)地層的嚴(yán)格封堵，也才能更加有效地保證鉆井液液柱徑向地支撐、平衡地層的坍塌壓力，從而達(dá)到防止井壁坍塌的目的。

2.4 調(diào)整好鉆井液流變性

鉆進(jìn)中適當(dāng)增加鉆井液的黏切，增強(qiáng)鉆井液體系的懸浮與攜帶能力，并防止鉆井液液流對(duì)井壁的沖刷，有助于保持井壁穩(wěn)定。同時(shí)鉆井液體系的黏切又不可過大，這是為了防止施工中產(chǎn)生大的環(huán)空壓耗及大的激動(dòng)壓力造成井壁失穩(wěn)。

3 鉆井液體系、配方及性能評(píng)價(jià)

3.1 鉆井液體系、配方

針對(duì)沙河街組的地層特點(diǎn)及依據(jù)解決井壁失穩(wěn)的思路，通過室內(nèi)的處理劑優(yōu)選及性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)合近年來鄰近區(qū)塊及重點(diǎn)井的鉆井實(shí)踐，確定青東區(qū)塊鉆井液體系為鋁胺抑制封堵鉆井液體系。

具體配方如下：

4%～5%抗鹽土+0.3%～0.5%天然高分子聚合物抑制劑+0.5%～1.0%天然高分子降濾失劑+2%～3%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+3%～5%磺化酚醛樹脂SMP-2+0.5%～1.0%胺基抑制劑+0.5%～1.5%鋁基聚合物+2%～3%無熒光白瀝青+2%～3%超細(xì)碳酸鈣+2%～3%納米乳液+2%～3%聚合醇。

3.2 鉆井液性能評(píng)價(jià)

3.2.1 抑制性能評(píng)價(jià)

主要通過線性膨脹實(shí)驗(yàn)和巖屑回收率實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)體系的抑制性能，結(jié)果如表1所示。

表1 鉆井液的抑制性能評(píng)價(jià)

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，鋁胺抑制封堵鉆井液體系的巖心線性膨脹高度顯著低于常規(guī)聚磺鉆井液體系；巖屑回收率高達(dá)92.6%，說明該體系抑制性強(qiáng)，能夠抑制沙河街組泥頁巖水化膨脹，有利于井壁穩(wěn)定。

3.2.2 封堵性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)采用直徑為30～40目的石英砂作為過濾介質(zhì)，在壓濾釜中加入配制好的鉆井液開始實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)定地加壓0.69 MPa，檢驗(yàn)鉆井液體系的封堵能力。結(jié)果見表2。

表2 鉆井液的封堵性能評(píng)價(jià)

從表2可以看出，鋁胺抑制封堵鉆井液在加壓15 min和60 min下的砂床侵入深度明顯低于常規(guī)聚磺鉆井液體系。這說明鋁胺抑制封堵鉆井液體系在壓差下，快速形成了一個(gè)承壓封堵帶，能夠封堵地層孔隙及微細(xì)裂縫。

圖1 沙河街組的鉆井液密度控制情況

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 應(yīng)用井的概況

青東古1井是部署在濟(jì)陽坳陷青東凹陷北部斷階帶青東古1斷塊較高部位的一口預(yù)探井，實(shí)際完鉆井深4 150 m，該井采用四開制方式施工：一開以φ444.5 mm鉆頭鉆至817 m，二開以φ311.2 mm鉆頭鉆至2 662 m，三開以φ215.9 mm鉆頭鉆至3 804 m，四開以φ152.4 mm鉆頭鉆至4 150 m，裸眼完井。該井沙河街組分布在1 534 ～ 3 255 m井段。

4.2 鉆井液維護(hù)處理工藝

（1）鉆進(jìn)中保持鉆井液密度在設(shè)計(jì)上限，并根據(jù)實(shí)鉆的井下情況進(jìn)行調(diào)整，穩(wěn)恒地保持鉆井液液柱對(duì)地層的正壓差，發(fā)揮徑向支撐穩(wěn)定井壁的作用。鉆井液密度控制如圖1所示。

（2）進(jìn)入沙河街組前，加入1%的鋁基聚合物、 1%胺基聚醇和1.5%的無水聚合醇，增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性。加入1%天然高分子降失水劑、1%磺酸鹽共聚物降濾失劑和2%磺化酚醛樹脂SMP-2，控制中壓濾失量在4 mL以內(nèi)，降低濾液向地層的滲透。加入2%無熒光白瀝青、1.5%納米乳液和2%超細(xì)碳酸鈣，增強(qiáng)鉆井液體系的封堵性能。維持pH值在7.5～8.5之間，弱化鉆井液對(duì)地層巖屑的分散性，防止泥頁巖水化分散。

（3）進(jìn)入沙河街組后，以膠液形式補(bǔ)充各種處理劑，保持鉆井液體系的抑制性和封堵性。膠液配方：0.5%鋁基聚合物+1.5%胺基聚醇+2%聚合醇+0.5%磺酸鹽共聚物降濾失劑+3%SMP-2+2%瀝青+2%納米乳液。超細(xì)碳酸鈣采用以干劑的形式加入，增強(qiáng)封堵效果。進(jìn)入沙三段后，一次性加入2%SMP-2，將高溫高壓濾失量控制在10 mL以內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)防塌效果。漏斗黏度提高到40 s左右，根據(jù)實(shí)鉆的井下情況逐漸提高鉆井液密度，鉆井液漏斗黏度控制情況如圖2所示。鉆進(jìn)中補(bǔ)充適量預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，增加鉆井液的造壁性和封堵性。

圖2 沙河街組的漏斗黏度控制情況

（4）鉆進(jìn)中，開動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，嚴(yán)格地控制鉆井液中的劣質(zhì)固相和低密度固相含量。根據(jù)需要，間斷性地使用離心機(jī)，在鉆井液密度低于要求0.02 g/cm3時(shí)，混入預(yù)先配制好的加重鉆井液保持所要求的鉆井液密度。

（5）工程上，加強(qiáng)短程起下鉆，每鉆進(jìn)400 m進(jìn)行一次短程起下鉆，刮掉黏附在井壁上的鉆屑和虛泥餅，下鉆后充分循環(huán)，配制稠鉆井液洗井，保證井眼的凈化?？刂破鹣裸@速度，防止產(chǎn)生大的激動(dòng)壓力引發(fā)復(fù)雜情況。下鉆時(shí)分段循環(huán)——先緩慢開動(dòng)轉(zhuǎn)盤，然后開泵，防止激動(dòng)壓力過大引發(fā)井壁失穩(wěn)。

（6）電測(cè)前要進(jìn)行一次短程起下鉆，充分循環(huán)，待井眼干凈后加入2%石墨粉和2%井壁穩(wěn)定劑封井，以確保電測(cè)順利。電測(cè)后下鉆到底充分循環(huán)，用1.5%塑料小球配制封井漿封井，以確保下套管順利。

4.3 應(yīng)用效果及建議

（1）鋁胺鉆井液體系抑制性強(qiáng)，封堵性能好，對(duì)于該井沙河街組泥巖有良好的抑制性，對(duì)沙二段及沙三段硬脆性、層理性泥巖的剝落掉塊起到較好的預(yù)防作用，順利地穿過沙河街組。

（2）該井設(shè)計(jì)鉆井周期104.50 d，實(shí)際只用84 d，鉆井時(shí)效提高了20%，綜合效益突出。

（3）起下鉆暢通，電測(cè)及下套管一次成功率100%。電測(cè)顯示，沙河街組平均井徑擴(kuò)大率為9.2%，井身質(zhì)量良好。

（4）鋁胺抑制封堵鉆井液體系中胺類抑制劑不但能夠抑制巖屑的吸水膨脹，也能抑制般土造漿，因此加量不能過多，1%的含量最合適，否則會(huì)導(dǎo)致鉆井液體系懸浮攜帶能力差，影響體系的造壁性和封堵性。

[1] 黃治中，楊玉良，馬世昌. 不滲透技術(shù)是確保霍爾果斯安集海河組井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵[J]. 新疆石油科技，2008，18（1）：9-12.

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Drilling Fluid Techniques for Borehole Stability in Shahejie Formation of Qingdong Block in Shengli Oilfield

QIU Chunyang, WANG Baotian, HE Xinghua, SI Xianqun, LI Zhiqiang
（Drilling Mud Corporation,Shengli Petroleum Administration,Dongying Shandong257064,China）

Qingdong Block is located in northern faulted zone, Qingdong sag in Jiyang Depression. The geologic structures are complex in Shahejie Formation, faults are well developed locally, and ground stress is clear below the faults. The mudstones in Sha-3 Member are hard and crisp, and lamination is clear. The borehole was very instable during well drilling, and complex accidents occurred frequently. Repeating dummy trips occurred frequently, and stick was severe case, which slow down the exploration progress in the study area severely. By using aluminum-amino inhibitive, sealing and anti-caving drilling fluid, many measures were taken, such as suitable density supporting, multi-variate synergism inhibition, compelling formation sealing, and reasonable rheological behavior controlling. In addition, corresponding onsite maintenance technology was taken, which guaranteed the borehole stability of Well Qingdonggu-1 in Shahejie Formation. Well Qingdonggu-1 was completed in advance, and borehole was stable in Shahejie formation. In addition, the drilling period was shorten by 20%.

Qingdong Block; Shahejie Formation; aluminum-amino drilling fluid; borehole stability

TE254

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.102

1008-2336（2014）02-0102-04

2013-06-27；改回日期：2013-09-27

邱春陽，男，1978年生，工程師，碩士研究生，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，從事鉆井液體系研究和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：drillingwell@163.com。