BH-WEI鉆井液在迪北1井的應(yīng)用

許根，王信，張民立

何勇波，莊偉，汪海 （中石油渤海鉆探工程有限公司泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280）

鄭智冬 （中石油渤海鉆探工程有限公司第三鉆井工程公司，天津300280）

迪北1井位于塔里木盆地庫車坳陷東部依奇克里克沖斷帶下盤迪北1號大型斷鼻構(gòu)造南翼上，依奇克里克區(qū)塊油氣資源豐富，該井鉆探目的是探索迪北1氣藏類型和含油氣規(guī)模，驗證致密砂巖氣藏認(rèn)識；利用鉆井和儲層改造新技術(shù)，儲備提高迪北1氣藏單井測試產(chǎn)量技術(shù)，為評價、開發(fā)迪北1氣藏做好準(zhǔn)備；通過獲取鉆井地質(zhì)資料，為該區(qū)地震速度場研究、地震地質(zhì)層位標(biāo)定提供依據(jù)。實鉆主要目的層是中、下侏羅統(tǒng)陽霞組和阿合組，兼探中侏羅統(tǒng)克孜勒努爾組及自堊系。迪北1井設(shè)計井深5600m，三開中完井深5027m，四開采用氮氣鉆進(jìn)，鄰井在鉆進(jìn)過程中膏鹽層出現(xiàn)井眼縮徑，煤層段垮塌嚴(yán)重。迪北1井首次采用BH-WEI鉆井液體系，圓滿完成該井三開以上總包井段施工。

1 鉆井液技術(shù)難點

迪北1井二開存在膏、鹽、泥互層，實鉆中出現(xiàn)鹽層蠕變縮徑；三開鉆進(jìn)中，厚度不一的煤層中夾雜煤層氣，煤層氣非?；钴S，鉆井液設(shè)計密度1．35～1．9g／cm3，需隨時根據(jù)井下情況來調(diào)整密度，密度過高或偏低，則出現(xiàn)噴、卡、井漏等復(fù)雜：①由于地層傾角大，膏鹽層埋藏深度淺，實鉆中出現(xiàn)大段膏鹽層段。根據(jù)電測結(jié)果，在2141～2143m出現(xiàn)鹽層蠕變。②根據(jù)鄰井資料，該區(qū)塊煤層氣非?；钴S，尤其是每次鉆到底，氣測值變化快，工程井控風(fēng)險大。③二開鉆進(jìn)758m的膏鹽層段，鹽溶易形成 “大肚子”井眼，軟泥巖的塑性流動及部分膏、泥巖易垮塌掉塊，因此保持井壁穩(wěn)定是工作的重點［1］。④塔里木盆地依奇克里克區(qū)塊侏羅系和三疊系煤中有較多的含氧基團(tuán)，煤化程度較低，親水性強(qiáng)，易吸附水。井眼失穩(wěn)主要發(fā)生在煤層，曾多次發(fā)生因煤層垮塌造成井下復(fù)雜事故。鉆井過程中，煤層坍塌造成井眼擴(kuò)大嚴(yán)重，井身質(zhì)量差，煤層局部形成 “大肚子”和 “糖葫蘆”井眼使鉆井液的上返速度差異大，嚴(yán)重影響了攜巖效率，鉆井液頂替返速低，難以保證固井質(zhì)量［2］。⑤鉆井過程中，為保持井眼暢通，尤其是在膏鹽層段，需要反復(fù)劃眼，石膏、軟泥巖更易分散到鉆井液之中，影響鉆井液性能調(diào)節(jié)。⑥地層海拔高，傾斜角大，而且地層自然造斜能力強(qiáng)，井斜上升快，導(dǎo)致實鉆中鉆壓加大，井斜增加，嚴(yán)重影響了鉆井速度。

2 鉆井液體系特征及配方

BH-WEI鉆井液體系，是根據(jù)傳統(tǒng)鉆井液存在的不足，未來鉆井液的發(fā)展方向，以及解決 “三高一強(qiáng)”（高溫、高密度、高鹽、強(qiáng)分散）鉆井液固有的技術(shù)難題而研發(fā)的一套 “雙?！毙?（環(huán)境、油氣層）鉆井液新體系［3］。

1）體系特性 該體系具有 “三低兩強(qiáng)”（低黏度、低剪切力、低固相，強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵）特性，抑制性強(qiáng)，抗溫220℃，抗鹽可達(dá)飽和，石膏不溶解，配漿密度可達(dá)2．60g／cm3以上；處理劑無毒、無害、無腐蝕、無熒光，適用于所有井型，利于勘探發(fā)現(xiàn)；可有效保護(hù)金屬管串、橡膠件不被腐蝕；體系配方簡單、處理劑效能高，加量少。

2）基本配方 水＋0．3%Na2CO3＋2%～3%提切劑BZ-VIS＋0．8%～1%降濾失劑BZ-REDU-1＋1%～3%抑制防塌劑BZ-YFT＋1%～2%抑制潤滑劑BZ-YRH＋0%～150%復(fù)合有機(jī)鹽BZ-WYJ-1／2，重晶石加重到1．50g／cm3。（配方中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

3 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

3.1 一開鉆井液技術(shù)

迪北1井位于季節(jié)性河流開姆達(dá)汗溝河漫灘，地表主要為一套雜色巨厚層狀礫石層與巨厚層狀砂礫層互層，屬洪積相沉積，可鉆性差。而鄰井在表層出現(xiàn)卡套管事故，多次變換扶正器通井才能下入套管。一開前，按照鉆井液配方水化24h后開鉆。

鉆進(jìn)時用膠液 （水＋0．2%～0．3%正電膠 MMH＋0．5%復(fù)合銨鹽 HMP-21＋0．5%降濾失劑THJN）維護(hù)，鉆遇泥巖時膠液中加入0．2%～0．3%包被抑制劑IND-30，漏斗黏度降低至60s左右，保持鉆井液具有較強(qiáng)的攜帶能力。使用固控設(shè)備，及時清除有害固相。采用單扶正器和雙扶正器通井，起下鉆正常；下套管前徹底清洗井眼，在鉆井液中加入足夠潤滑劑，起鉆前打入封閉漿，保證365．1mm的套管一次性下至井深300．45m，固井施工順利。

3.2 二開鉆井液技術(shù)

二開使用BH-WEI鉆井液體系。用一開鉆井液鉆完水泥塞，減少參與循環(huán)的鉆井液罐，避免污染鉆井液。鉆進(jìn)中，根據(jù)巖性變化情況，調(diào)整BH-WEI鉆井液中各處理劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1）二開鉆井液配制 體系配方：水＋0．3%Na2CO3＋1%降濾失劑THJN＋0．5%降濾失劑BZ-REDU-1＋1%抑制防塌劑BZ-YFT＋1%抑制潤滑劑BZ-YRH＋0．05%調(diào)節(jié)劑BZ-HXC＋20%復(fù)合有機(jī)鹽BZ-WYJ-1。按照配方配制100m3膠液，然后與井漿按照體積比2∶1進(jìn)行混合，加重至1．15g／cm3，配制成150m3鉆井液。

鉆完水泥塞后，起鉆時將三角罐及循環(huán)罐中鉆井液放掉，將二開新配的150m3BH-WEI鉆井液倒入至循環(huán)罐并準(zhǔn)備15m3的高黏清水隔離液。開泵時先替入清水隔離液，然后替入二開新配的150m3BH-WEI鉆井液，將井筒返出的鉆井液放掉，至返出BH-WEI鉆井液停止，然后充分循環(huán)以保證BH-WEI鉆井液性能均勻后鉆進(jìn)。

2）鉆井液維護(hù) 二開開鉆后，機(jī)械鉆速快，鉆井液消耗量大，根據(jù)性能變化來配制膠液，維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定，保證鉆井液中含鹽量。鉆至1360m出現(xiàn)白色石膏，提高Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)鹽的基液密度，保證鉆井液中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以上，發(fā)揮BH-WEI體系抗石膏污染的能力?？刂艫PI濾失量小于8mL，將密度提至1．20～1．22g／cm3；鉆進(jìn)中，根據(jù)鄰井資料在進(jìn)入膏鹽層前密度提至1．30g／cm3。鉆至1927m，鉆井液性能發(fā)生變化，失水量上升，黏度下降，及時提高BH-WEI體系中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù) （由20%提至40%），根據(jù)鉆進(jìn)和短起下情況，提高鉆井液密度至1．51g／cm3。隨著膏鹽層段增長和鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加大，膏鹽層井段短起困難，及時調(diào)整膠液配方，將BH-WEI體系中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至50%以上，發(fā)揮體系強(qiáng)抑制性，確保井下正常。鉆至2200m下入POWER-V工具和雙扶正器，在2139～2160m井段遇阻，根據(jù)返出的巖屑和地質(zhì)巖性分析，劃眼井段的鹽質(zhì)泥巖段失穩(wěn)，鹽層蠕變。為減少劃眼時間，起鉆前打入攜砂漿 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～5%雷特纖維）及時將巖屑帶出；同時打入 “三高一低一強(qiáng)”（高黏度、高剪切力、高密度、低失水、強(qiáng)封堵）封閉漿封閉該井段，通過一系列措施，在此井段起下鉆較順利。鉆至3170m中完，泵入攜砂漿和防卡漿，電測一次成功，根據(jù)電測數(shù)據(jù)，下套管前進(jìn)行擴(kuò)眼和測鹽層蠕變，保證技術(shù)套管順利下入。

鉆進(jìn)期間，測量膨潤土質(zhì)量濃度在35～40g／L，合理調(diào)整膠液配方，鉆井液流型穩(wěn)定，攜砂代表性強(qiáng) （表1）。使用高目振動篩和除砂器，加大振動篩和除砂器的使用頻率，間斷使用離心機(jī)清除鉆井液中劣質(zhì)固相，根據(jù)日進(jìn)尺和返出巖屑情況排放三角罐。執(zhí)行膏鹽層工程技術(shù)措施，防止鹽層段蠕變卡鉆。歸納穿鹽技術(shù)措施：一慢 （在穿鹽井段要控制鉆進(jìn)速度12～15min／m）；二劃 （每鉆進(jìn)0．5～1m，上提劃眼2～3次）；三提 （每鉆進(jìn)5m，鉆進(jìn)一單根上提劃眼一次；每鉆進(jìn)12h，短起鉆至鹽層頂劃眼一次）；四勤 （勤活動鉆具）［4］。

表1 二開井段鉆井液性能

3.3 三開鉆井液技術(shù)

三開井段侏羅系和三疊系地層含大段煤層 （圖1），煤巖煤化程度較低，裂縫和孔隙發(fā)育，比表面積大，相對吸水量和比吸水量高，膨脹和分散作用弱；與常規(guī)砂巖、泥巖相比，煤巖抗壓及抗拉強(qiáng)度較低，吸水后強(qiáng)度會進(jìn)一步下降，浸泡液類型和圍壓對煤巖強(qiáng)度的影響程度大。用李氏比重瓶法測定侏羅系煤巖的密度為1．03～1．12g／cm3，平均值為1．08g／cm3；三疊系煤的密度為1．15～1．34g／cm3，平均值為1．23g／cm3。2種煤密度都較低，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性坍塌且鉆井液密度高于煤的密度時，大量掉塊上浮會造成環(huán)空阻流和卡鉆［2］。

三開鉆進(jìn)中，根據(jù)鉆進(jìn)進(jìn)度和井下情況適量調(diào)整膠液配方，每次膠液配方調(diào)整前均在室內(nèi)先做小型試驗。根據(jù)鄰井資料和井下情況，調(diào)整合適的鉆井液密度，既提供力學(xué)支撐煤層，又可以防漏。實際鉆進(jìn)中，鉆井液密度逐漸提高，達(dá)到既能平衡地層，又能壓穩(wěn)煤層氣，以最高密度1．67g／cm3順利鉆穿煤層，低于鄰井鉆井液密度。提高井漿中鹽濃度，由40%提至50%。充分發(fā)揮BH-WEI的強(qiáng)抑制性特點，降低鉆井液濾液活度，避免濾液進(jìn)入泥頁巖產(chǎn)生水化膨脹壓力，改變井眼周圍應(yīng)力分布，誘發(fā)或加劇井壁失穩(wěn)。提前加足抑制防塌劑BZ-YFT和抑制潤滑劑BZ-YRH，保證在鉆遇煤層時BZ-YFT和BZYRH的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%以上，增強(qiáng)鉆井液的封堵防塌和潤滑能力，改善泥餅的質(zhì)量，提高防塌效果。為進(jìn)一步提高封堵性能，加入1%～2%油層保護(hù)劑YX-1／YX-2及1%～2%封堵劑BZ-DFT有效改善泥餅質(zhì)量，做到化學(xué)抑制和物理封堵兼顧。

鉆進(jìn)期間，鉆井液性能既滿足攜砂要求又保證井壁穩(wěn)定，優(yōu)化鉆井液的流變參數(shù)，控制鉆井液較低的塑性黏度和適當(dāng)?shù)那?，避免紊流對井壁的沖刷，高黏切力在活動鉆具或起下鉆時井內(nèi)壓力波動增大，造成煤層坍塌和井壁不穩(wěn)定。嚴(yán)格控制鉆井液濾失量，及時加大降濾失材料的投入，控制高溫高壓失水量小于6mL。鉆遇煤層時，與工程密切配合，制定正確的工程措施，控制鉆速，采用 “進(jìn)一退二”的方法，根據(jù)井下鉆進(jìn)返出的掉塊情況，起下鉆前打入 “高黏度、高剪切力”的攜砂漿，將井筒較大的巖屑及煤塊攜帶干凈，防止事故復(fù)雜。使用140目的振動篩篩布，根據(jù)井深、進(jìn)尺、鉆井液密度、井下狀況掌握離心機(jī)使用時間，及時清除有害固相，保證鉆井液清潔、性能穩(wěn)定。

圖1 三開井段煤層掉塊

表2 三開井段鉆井液性能

4 應(yīng)用效果

迪北1井使用BH-WEI鉆井液體系，抑制能力、攜砂能力及抗污染能力強(qiáng)，防塌和潤滑效果好，鉆井周期比設(shè)計周期提前13d（圖2）。

1）抑制能力強(qiáng)，剪切稀釋特性好。該井自二開使用BH-WEI鉆井液體系，返出的巖屑完整、不分散且不糊篩布，返出的巖屑代表性強(qiáng)，未發(fā)生泥包鉆頭現(xiàn)象。

2）抗污染能力強(qiáng)。二開鉆遇758m膏鹽層段，鉆井液未發(fā)生石膏污染后的增稠現(xiàn)象，抑制膏鹽溶解和泥巖水化膨脹作用明顯，性能穩(wěn)定。

3）鉆井液防塌和潤滑效果好。充分發(fā)揮抑制防塌劑BZ-YFT和抑制潤滑劑BZ-YRH特點，保證鉆井液的防塌和潤滑性好，井壁穩(wěn)定，濾餅?zāi)ψ枰驍?shù)小于0．1。

4）減少了井下復(fù)雜，提高了機(jī)械鉆速。查閱鄰井資料對比，鄰井均發(fā)生卡鉆、泥包鉆頭、井漏、長時間大段劃眼等事故復(fù)雜，在煤層段卡鉆造成側(cè)鉆，迪北1井全井未發(fā)生任何事故。

圖2 迪北1井進(jìn)度曲線

5 結(jié)論

1）BH-WEI鉆井液體系適合塔里木油田依奇克里克區(qū)塊膏鹽層、煤層段的施工，能很好地抑制膏鹽溶解，防塌潤滑效果好，有效防止煤層坍塌和其它井下復(fù)雜情況的發(fā)生，保證鉆井安全。

2）迪北1井使用BH-WEI鉆井液體系，鉆井周期比設(shè)計周期提前13d，圓滿完成施工。

［1］左鳳江 ．鹽膏層有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用 ［J］．鉆井液與完井液，2004，21（5）：8～13．

［2］呂開河，孫明波，邱正松 ．塔里木盆地依奇克里克區(qū)塊煤層鉆井技術(shù)研究 ［J］．石油學(xué)報，2006，27（5）：108～111．

［3］張民立，穆劍雷，尹達(dá)，等．BH-ATH“三高”鉆井液的研究與應(yīng)用 ［J］．鉆井液與完井液，2011，28（4）：14～18．

［4］尹達(dá)，王平全，盧虎，等 ．克深4井淺層超高密度鉆井液技術(shù) ［J］．鉆井液與完井液，2012，29（3）：25～28．