伊朗雅達(dá)南部區(qū)塊水平井鉆井液技術(shù)

劉海鵬

（中國石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

伊朗雅達(dá)油田位于伊朗西南部的胡澤斯坦省，已探明石油儲量約32億桶，天然氣儲量約800×108m3。該油田由中國石化與伊朗國際石油公司共同負(fù)責(zé)開發(fā)，項(xiàng)目分為早期、一期和二期三個階段進(jìn)行，現(xiàn)在進(jìn)行到一期收尾工作。截止目前，從已完成的鉆井作業(yè)情況看，該油田南部區(qū)塊鄰近伊拉克，地層不同于中部和北部區(qū)塊，呈現(xiàn)井漏、垮塌、壓差卡鉆等多種復(fù)雜情況。雅達(dá)區(qū)塊二期作業(yè)將在南部區(qū)塊布大量的水平井，如何解決該區(qū)塊水平井鉆進(jìn)過程中的各項(xiàng)施工難點(diǎn)，成為二期施工的重中之重。本文綜合分析了南部區(qū)塊施工井資料，提出目前南部區(qū)塊所遇到問題的解決方案，可為該區(qū)塊二期施工提供參考和幫助。

1 地質(zhì)工程概況

1.1 地質(zhì)簡介

雅達(dá)地層層位從上到下，依次為Aghajari、Gachsaran、Asmari、Pabdeh 、Gurpi、Ilan、Lafan 和 Sarvak。與雅達(dá)中部和北部相比，雅達(dá)南部地層比較復(fù)雜。實(shí)鉆資料顯示，其主要區(qū)別在于：①南部區(qū)塊提前進(jìn)入Gachsaran地層，需要提前將鉆井液密度提至1.30 g/cm3以上；②南部區(qū)塊Pabdeh地層偏厚，且南部區(qū)塊實(shí)際鉆井資料顯示，在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak地層，尤其是Pabdeh地層，均有嚴(yán)重漏失，這是中部和北部區(qū)塊所沒有的；③南部區(qū)塊Sarvak地層低壓高滲，容易發(fā)生壓差卡鉆。

1.2 工程簡介

南部區(qū)塊常見井身結(jié)構(gòu)見表1。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

同雅達(dá)中部和北部相比較，雅達(dá)南部鉆井施工中，鉆井液的技術(shù)難點(diǎn)表現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）漏失

該區(qū)域鉆井過程中，鉆井液漏失問題比較突出，在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak地層鉆進(jìn)過程中，均有較為嚴(yán)重的漏失。且漏失層位多，漏點(diǎn)多，漏速大，經(jīng)常發(fā)生井口失返現(xiàn)象。

（2）Gachsaran石膏層

雅達(dá)南部的Gachsaran石膏層比中部和北部偏軟，對鉆井液污染嚴(yán)重，石膏層發(fā)生蠕變程度大于中部和北部。

（3）井壁穩(wěn)定

雅達(dá)南部區(qū)塊Asmari地層底部開始出現(xiàn)頁巖，Pabdeh、Gurpi、Lafan地層的大段泥質(zhì)灰?guī)r和泥頁巖水敏性強(qiáng)，井壁垮塌擴(kuò)徑嚴(yán)重，Lafan地層最大井徑擴(kuò)大率達(dá)到64.2%。

（4）壓差卡鉆

S24井在水平段鉆進(jìn)過程中，由于壓差導(dǎo)致卡鉆5次；S25井進(jìn)入A點(diǎn)之前，壓差卡鉆1次。南部區(qū)塊Sarvak地層低壓高滲，容易導(dǎo)致壓差卡鉆。

3 保證上部地層起下鉆暢通的鉆井液技術(shù)

上部地層主要鉆遇Aghajari、Gachsaran地層，地層是以泥巖、泥灰?guī)r為主，夾大量的硬石膏、軟石膏，并伴有高壓鹽水層。大段泥巖段極易水化膨脹、分散，從而導(dǎo)致井眼縮徑、鉆井液黏切上升，流型變差，進(jìn)而影響鉆井液的洗井能力，容易造成濾餅糊井壁，起下鉆遇阻。鉆遇石膏層和高壓鹽水層時，石膏或者高壓鹽水侵入會污染鉆井液，導(dǎo)致濾失量上升，流型變差，影響井眼的清潔凈化，容易導(dǎo)致起下鉆遇阻。根據(jù)以上難點(diǎn)，采用KCl-聚合物鉆井液體系，并針對黏度、密度和濾失量的控制做如下三點(diǎn)強(qiáng)化，使得該區(qū)塊S25井創(chuàng)下了雅達(dá)區(qū)塊最快鉆井記錄，節(jié)約鉆井周期5.5天。

3.1 強(qiáng)化黏度上高下低原則

二開開鉆時，套管鞋鉆進(jìn)，為了保證套管鞋處安全鉆進(jìn)，采用一開膨潤土漿高黏切、小排量鉆進(jìn)。鉆進(jìn)至鉆鋌出套管鞋后，在上提排量同時，將鉆井液迅速轉(zhuǎn)化為KCl-聚合物鉆井液體系。轉(zhuǎn)化完成后，要求鉆井液黏切盡可能低，馬氏漏斗黏度控制在30～35 s之間，充分發(fā)揮水馬力，達(dá)到水力破巖效果。大排量高返速會沖刷井壁，將吸附在井壁上的巖屑沖刷掉，使井壁有一定的擴(kuò)大率。

實(shí)際鉆井資料顯示，二開階段，凡是黏切高的井，井眼擴(kuò)大率小，但濾餅糊井壁嚴(yán)重，起下鉆困難。

3.2 強(qiáng)化密度上低下高原則

在Aghajari地層鉆進(jìn)時，為保證起下鉆順暢，將井內(nèi)返出的鉆井液經(jīng)高效固控設(shè)備處理，清除巖屑，控制鉆井液中的有害固相。鉆井液中的固相含量控制在5%～7%之間，所形成的濾餅非常薄，幾乎達(dá)到?jīng)]有濾餅的效果。這樣在Aghajari段鉆進(jìn)時，井壁上沒有好的濾餅，就可以避免砂巖段因?yàn)V餅厚導(dǎo)致縮徑阻卡。進(jìn)入Gachsaran地層后，由于有石膏層和高壓鹽水層，要求將密度提至1.42 g/cm3。實(shí)際施工中，進(jìn)入Aghajari前30～50 m，工程上短起下鉆一次，以保證加重前Aghajari層已鉆完的井眼暢通，下鉆到底后，在剩余的Aghajari層鉆進(jìn)過程中，先調(diào)整基漿性能，再迅速將密度調(diào)至1.42 g/cm3，然后調(diào)整流型，再進(jìn)入Aghajari地層鉆進(jìn)，并保持密度不變至二開鉆完。

3.3 強(qiáng)調(diào)濾失量上寬下窄原則

Aghajari地層鉆進(jìn)中，在“低黏低切低密度”的三低體系下，濾失量窗口要放寬，控制Aghajari段濾失量在20～30 mL之間為宜，以有效提高機(jī)械鉆速，通過快速滲透使發(fā)育欠壓實(shí)的Aghajari井段巖性達(dá)到滲透飽和，再通過短起下鉆將井壁上的濾餅刮除；而在進(jìn)入Gachsaran時，由于密度和固相的大幅度提升，要求濾失量不能太大，而濾失量太小又不能打出很好的井眼擴(kuò)大率，所以在Gachsaran段鉆進(jìn)，濾失量窗口要放窄，控制濾失量8～10 mL為宜。

4 漏層鉆井液技術(shù)

邊緣區(qū)塊漏層主要發(fā)生在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak層段，以灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，夾泥巖、砂巖，漏失嚴(yán)重，嚴(yán)重影響鉆井施工。

4.1 漏層處理原則

（1）漏層強(qiáng)鉆原則

S25、F10和F11三口井實(shí)鉆資料顯示，Asmari、Pabdeh和Sarvak漏層屬于裂縫性漏失，漏層分布沒有規(guī)律，漏點(diǎn)多，且具有連續(xù)性。要求在三開鉆進(jìn)過程中，發(fā)生井漏后，在鉆井液條件允許的情況下，延緩堵漏施工，可以在鉆井液中加入1%-3%的隨鉆堵漏劑或者直接用堵漏鉆井液強(qiáng)行在漏層鉆進(jìn)，盡量拖延至鉆穿多個漏點(diǎn)后再進(jìn)行堵漏施工，避免堵漏完后，鉆開新地層又發(fā)生井漏。

（2）低密度防漏原則

雅達(dá)南部S25井、F10井和F11井實(shí)鉆資料顯示，Asmari、Pabdeh和Sarvak地層均有大段漏層，鉆進(jìn)過程中，同雅達(dá)中部和北部相比較，采用低密度鉆進(jìn)，以減少漏失，保證漏層段鉆進(jìn)。

4.2 井漏處理技術(shù)

雅達(dá)南部區(qū)塊F10井在三開井段堵漏7次，F(xiàn)11井在三開井段堵漏7次。有了前兩口井的鉆井資料，S25井三開鉆進(jìn)過程中，合理優(yōu)化鉆井液和鉆井各項(xiàng)參數(shù)，僅三次堵漏就完成了該井的三開段施工。S25井優(yōu)化后的具體堵漏處理如下：

（1）Asmari和Pabdeh地層

在Asmari和Pabdeh地層的漏層，以低密度堵漏鉆井液強(qiáng)鉆為主要施工手段。工程上簡化鉆具結(jié)構(gòu)，且鉆頭不裝水眼，以保證堵漏材料能夠順利通過鉆頭水眼；采用低密度鉆井液鉆開地層，發(fā)生井漏后，強(qiáng)行鉆進(jìn)，在全井鉆井液中加入堵漏劑，為保證錄井取巖屑工作，只有極少量鉆井液經(jīng)過振動篩，以減少堵漏劑流失。

根據(jù)漏速控制堵漏劑加量，控制漏速在小于30 m3/h鉆進(jìn)，堵漏鉆井液配方為：井漿+1%～6%復(fù)合堵漏劑+1%～4%細(xì)云母+1%～6%細(xì)核桃殼+1%～2.5%粗核桃殼+1%～4%中核桃殼，根據(jù)漏速控制合適的堵漏劑濃度。

鉆進(jìn)至Pabdeh層底部后，再進(jìn)行全井堵漏，全井堵漏時加大堵漏劑濃度，并加入鋼性堵漏材料大理石粉，充分起到架橋作用，堵漏漿具體配方為：井漿+8%復(fù)合堵漏劑+3%大理石粉+4%粗核桃殼+8%中核桃殼+10%細(xì)核桃殼+4%細(xì)云母+3%鋸末。堵漏材料總濃度為40%。

堵漏成功后，循環(huán)處理鉆井液，篩干凈堵漏劑后，將鉆井液密度提至1.25 g/cm3，再用干凈井漿對漏失井段做承壓實(shí)驗(yàn)，確保上部井段無漏失后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。

（2）Sarvak地層

進(jìn)入Sarvak地層后，在井深2751 m發(fā)生漏失，漏速5 m3/h，加入隨鉆堵漏劑強(qiáng)行鉆進(jìn)，從2751～2780 m井段，漏速5～15 m3/h，間斷性漏速突漲，證明該段井下多個漏點(diǎn)。從2780～2800 m，漏速恒定在9.5 m3/h，證明2780 m后，井底再無漏點(diǎn)，決定起鉆下光鉆桿堵漏。

該段漏層長29 m，地層灰?guī)r裂縫性發(fā)育，漏速遠(yuǎn)小于Asmari和Pabdeh層，以前述堵漏漿配方為基礎(chǔ)，適當(dāng)降低橋堵材料和纖維材料濃度，具體配方為：井漿+6%復(fù)合堵漏劑+2%大理石粉+3%粗核桃殼+6%中核桃殼+8%細(xì)核桃殼+2%細(xì)云母+3%鋸末。堵漏材料總濃度為30%。

堵漏成功后，循環(huán)處理鉆井液，篩干凈堵漏劑后，再用干凈井漿對漏失井段做承壓實(shí)驗(yàn)，確保漏層井段無漏失后，再恢復(fù)定向鉆進(jìn)。

（3）Sarvak層水平段

鉆進(jìn)至3503 m時，再次發(fā)生漏失，漏速1 m3/h。鉆進(jìn)至3523 m后，漏速突增至5 m3/h。至3547 m，漏速在5～8 m3/h之間波動。鉆進(jìn)至3590 m，漏速恒定在5 m3/h，判斷3547 m后再無漏點(diǎn)，決定起鉆下光鉆桿堵漏。

由于該段漏速較2751 m段漏速小，巖性同2751 m段巖性一致，判斷同上段漏失性質(zhì)相同，為微裂縫漏失，堵漏漿配方及施工工藝同上，堵漏一次成功。

從F10井、F11井、和S25井三口井堵漏施工情況看，三開井段鉆進(jìn)首先要儲備充足的鉆井液量，以保證發(fā)生井漏后，有充足的鉆井液進(jìn)行強(qiáng)鉆。其次鉆進(jìn)過程中，密度盡可能控制低些，以減少漏失量。最后，堵漏材料加量不能低于30%，F(xiàn)10井和F11井，前期多次配堵漏材料濃度為20%～30%的堵漏漿，無法承壓。而S25井，堵漏材料濃度達(dá)到30%～40%，每次堵漏均一次成功。

5 防卡鉆井液技術(shù)

雅達(dá)南部區(qū)塊三開井段Sarvak層位低壓高滲，越往南滲透性越強(qiáng)，造成早期S24井卡鉆5次，降密度后F11井卡鉆1次，S25井卡鉆1次。

該區(qū)塊卡鉆原因?yàn)閴翰羁ㄣ@，所以，降低密度后如再發(fā)生卡鉆，具體處理步驟為：①迅速組織清罐；②配制解卡劑，加入柴油20 m3，加入解卡劑JKZ 5 t，攪拌30 min后加入3.5 m3水，然后加重至1.20 g/cm3（井漿密度為1.26 g/cm3），使用前加入4桶快T；③將解卡劑泵入井內(nèi)，鉆桿內(nèi)預(yù)留10 m3，每隔一小時頂替0.5 m3，上下反復(fù)活動鉆具。

該區(qū)塊卡鉆原因?yàn)閴翰羁ㄣ@，結(jié)合各井的施工經(jīng)驗(yàn)，采取以下措施來預(yù)防卡鉆：

（1）維持合適的鉆井液密度

鉆井中要維持合理的鉆井液密度，防止發(fā)生井涌、井漏等井下故障，保證井控安全。但由于極易發(fā)生壓差卡鉆，在保證井下安全的情況下，還要盡可能保持較低的鉆井液密度，減小壓差。

（2）提高封堵性和潤滑性，改善濾餅質(zhì)量

在低壓層井壁和鉆具之間形成一層致密的、具有一定硬度的高效潤滑保護(hù)層，即“高效封堵潤滑”。在鉆進(jìn)過程中根據(jù)每日鉆井液補(bǔ)充情況，確定地層的滲透性，隨鉆加入超細(xì)碳酸鈣、非滲透處理劑和瀝青類材料封堵地層孔隙，對地層進(jìn)行有效封堵，減小滲透量，從而減少壓差卡鉆的風(fēng)險。加入足量液體潤滑劑的同時，再選用不同粒度的石墨粉、玻璃微珠和聚合醇，充分改善濾餅的潤滑性能，調(diào)整濾餅質(zhì)量至最佳狀態(tài)，保證潤滑劑能很好地發(fā)揮作用，提高鉆井液的潤滑和防黏卡能力，保證鉆進(jìn)及起下鉆過程安全順利。

（3）提高鉆井液高溫穩(wěn)定性

保證鉆井液中抗高溫材料的含量在2%～3%，控制高溫高壓濾失量在10 mL以內(nèi)。

（4）工程方面

要盡量簡化鉆具組合，減少鉆具與井壁的接觸面積，同時注意活動鉆具，減少鉆具與井壁的接觸時間。為防止鉆屑和有害固相吸附在井壁，尤其是在低壓高滲層，每鉆進(jìn)一柱，正劃眼和倒劃眼3遍，保證井眼順暢。最大限度地利用鉆具把吸附在井壁的虛厚濾餅和有害固相刮掉；并增大排量，沖洗井壁，把井眼清洗干凈。

6 井壁穩(wěn)定處理和預(yù)防

雅達(dá)區(qū)塊中部和北部，三開井段主要以灰?guī)r為主，井壁穩(wěn)定，鉆進(jìn)期間無掉塊。雅達(dá)南部三開井段存在大量的頁巖夾層，實(shí)鉆資料顯示，地層垮塌嚴(yán)重，采用KCl-聚合物鉆井液體系，加入足量的KCl抑制頁巖水化膨脹，同時加入足量的瀝青類防塌劑和聚合醇，以保證井壁穩(wěn)定。

6.1 井壁失穩(wěn)機(jī)理

（1）化學(xué)因素

Sarvak地層中泥頁巖以伊蒙混層和伊利石為主，且混層比高，屬于極易水化分散、易剝落掉塊地層，存在井眼失穩(wěn)的前提條件。

（2）力學(xué)因素

Sarvak構(gòu)造應(yīng)力變化大，特別是水平應(yīng)力方向有較大波動，造成泥頁巖的裂縫發(fā)育，巖性整體穩(wěn)定性差。同時，該套地層還存在較高的坍塌壓力，而實(shí)際使用的鉆井液密度又偏低，鉆進(jìn)過程中，井眼周圍巖石不能承受來自地層內(nèi)部和上下的擠壓力而發(fā)生井塌、掉塊。

6.2 具體技術(shù)措施

該井段可選用具有較強(qiáng)抑制性、防塌護(hù)壁能力強(qiáng)的KCl-聚合物鉆井液體系。實(shí)踐證明K+可有效提高侵入到地層的鉆井液濾液的抑制能力，減小泥頁巖的水化膨脹作用，提高地層整體強(qiáng)度，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的。

在維護(hù)處理措施上，使用高分子聚合物可提高鉆井液濾液抑制性，減小濾液滲透壓力的傳遞?；腔尤渲⒒腔置簶渲募恿繎?yīng)選擇在1%～1.5%，以增強(qiáng)鉆井液抗溫能力。同時在體系中加大瀝青類防塌劑TCFD和聚合醇等封堵劑，封堵地層微裂隙，在近井壁帶形成致密的內(nèi)濾餅，阻止濾液侵入地層，并依靠聚合醇中大量的羥基的吸附交聯(lián)黏結(jié)成膜，降低濾失量，提高濾餅韌性，從而起到封固穩(wěn)定井壁的作用。為預(yù)防水敏性泥頁巖的垮塌，需不斷補(bǔ)充防塌劑濃度高的膠液，維持體系的強(qiáng)抑制性。

7 認(rèn)識與建議

（1）雅達(dá)南部區(qū)塊上部地層鉆進(jìn)中，保持鉆井液低黏、低切、低固相和適當(dāng)?shù)臑V失量，可有效解決上部地層起下鉆阻卡問題。

（2）雅達(dá)南部區(qū)塊三開井段，通過采用低密度鉆進(jìn)和適當(dāng)?shù)穆訌?qiáng)鉆，能夠降低因井漏而造成的鉆井費(fèi)用增加。

（3）采用合適的鉆井液密度并調(diào)整好濾餅質(zhì)量，再強(qiáng)化鉆井液的潤滑性能，能夠有效避免Sarvak地層低壓高滲造成的卡鉆。

（4）在選擇合適的鉆井液密度的基礎(chǔ)上，選擇KCl-聚合物鉆井液體系，并加大瀝青類防塌劑和聚合醇的加量，能有效保證三開井段井壁穩(wěn)定。

1 王治法.伊朗雅達(dá)油田復(fù)雜井鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2012，29（5）.

2 中油長城鉆井有限責(zé)任公司鉆井液分公司.鉆井液手冊[M].石油工業(yè)出版社，2005，07.