英2井井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，申祿泰，郝澤君，劉　賀

(勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營(yíng) 257064)

英2井是準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起北端石西凹陷的一口預(yù)探井，主探上石炭統(tǒng)火山巖及侏羅系西山窯組、二疊系砂巖含油氣情況，兼顧了解本區(qū)石炭系烴源巖與地層層序特征，獲取該區(qū)石炭系評(píng)價(jià)研究參數(shù)。英2井采用三開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)：一開(kāi)φ660.4 mm井眼×842.00 m+φ508 mm套管×811.85 m；二開(kāi)φ444.5 mm井眼×3 488.00 m+φ339.7mm套管×3 487.61 m；三開(kāi)φ215.9 mm×4 780 m；分段打水泥塞完井。我們通過(guò)優(yōu)選鋁胺封堵防塌鉆井液體系，采用合理密度支撐-多元協(xié)同抑制-雙重封堵防塌技術(shù)，配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，使二開(kāi)長(zhǎng)裸眼段及煤層段的井壁穩(wěn)定，全井無(wú)復(fù)雜情況發(fā)生，施工順利。

1　英2井鉆井技術(shù)難點(diǎn)

1)從白堊系吐谷魯群組至西山窯組，泥巖水敏性強(qiáng)，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重。鄰井起下鉆阻卡嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)2～3趟起下鉆的井眼，也存在明顯的阻卡顯示。即使新井眼只有50～100 m，起鉆阻卡也很明顯。

2)侏羅系三工河組至八道灣組煤層發(fā)育，煤層性脆，節(jié)理微裂縫發(fā)育，在外力作用下易破碎垮塌。另外，煤層與泥巖呈不等厚互層，泥巖水化后強(qiáng)度降低，導(dǎo)致其上支撐的煤層垮塌；煤層坍塌引起上部泥頁(yè)巖坍塌，形成垮塌的惡性循環(huán)。

3)二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)2 600 m，裸眼段長(zhǎng)，鉆井施工周期增長(zhǎng)，致使裸眼段井壁浸泡時(shí)間增加，起下鉆次數(shù)增多，對(duì)井壁碰撞、抽吸的機(jī)率增多，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)趨勢(shì)增大。

4)石炭系地層微裂縫發(fā)育，裂縫形狀不一，雜亂分布，鉆進(jìn)中井塌及井漏同時(shí)存在，施工難度大。

2　鉆井液體系的選擇

2.1　上部地層(0～1 500 m)鉆井液體系

上部地層泥巖較軟，容易水化，砂巖疏松，滲透性極強(qiáng)。機(jī)械鉆速高，產(chǎn)屑量大，容易形成虛厚泥餅，如控制不好，極易發(fā)生阻卡。確定采用聚合物強(qiáng)抑制鉆井液體系，有效抑制泥頁(yè)巖水化，穩(wěn)定井壁。體系配方如下：

(4.0%～6.0%)膨潤(rùn)土+(0.1%～0.2%)燒堿+(0.1%～0.2%)純堿+(0.1%～0.4%)聚丙烯酸鉀+(0.1%～0.3%)聚合物包被劑+1.0%聚丙烯腈銨/鉀鹽+(0.5%～1.5%)低黏羧甲基纖維素鈉鹽

2.2　下部地層(1 500～4 780 m)鉆井液體系

隨著井深增加，裸眼井段越來(lái)越長(zhǎng)，煤層段暴露時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，對(duì)下部地層的井壁穩(wěn)定性要求也更高。確定使用鋁胺成膜封堵防塌鉆井液體系，體系配方如下：

(3.0%～4.0%)膨潤(rùn)土+(0.1%～0.2%)燒堿+(0.1%～0.2%)純堿+(0.2%～0.3%)聚丙烯酸鉀+(0.5%～1.0%)水解聚丙烯腈銨/鉀鹽+(1%～2%)有機(jī)胺+(2%～4%)瀝青類(lèi)防塌劑HQ-1+(0.5%～1%)鋁絡(luò)合物抑制劑+(1%～2%)SMP-1+1%非滲透處理劑LW-7+(0.5%～1%)抗高溫表面活性劑+(1%～2%)抗高溫抗鹽降濾失劑JZC-1+(1%～2%)無(wú)水聚合醇+(2%～4%)超細(xì)碳酸鈣+(2%～3%)白油。

3　鉆井液體系及技術(shù)特點(diǎn)

3.1　強(qiáng)抑制

針對(duì)二開(kāi)上部地層泥巖易吸水膨脹及煤泥互層的特點(diǎn)，強(qiáng)化鉆井液體系的抑制性，使用有機(jī)胺、聚合醇和鋁絡(luò)合物抑制劑，依靠“晶層鑲嵌”、“濁點(diǎn)效應(yīng)”和“化學(xué)鍵合”三元協(xié)同增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性[1-3]。這樣不僅可以減緩上部泥巖段吸水膨脹，還可降低泥煤互層中泥巖水化程度，防止煤層井段垮塌。

3.2　強(qiáng)封堵

針對(duì)二開(kāi)長(zhǎng)裸眼段和下部煤層段，提高鉆井液體系的封堵能力。

1)長(zhǎng)裸眼段的封堵。鉆進(jìn)到二開(kāi)下部地層時(shí)，使用瀝青類(lèi)封堵劑和超細(xì)碳酸鈣，封堵上部疏松地層，增強(qiáng)地層的承壓能力。

2)煤層段的封堵。使用瀝青和非滲透成膜封堵劑，配合超細(xì)碳酸鈣，對(duì)煤層井段進(jìn)行有效封堵，依靠封堵材料協(xié)同作用增加封堵效果，減緩鉆井液濾液對(duì)地層的滲透[4-6]。

3.3　合適的鉆井液密度

力學(xué)因素引起的井壁垮塌，只有通過(guò)力學(xué)支撐才能解決。因此，選用的鉆井液應(yīng)具有合適的密度。在二開(kāi)裸眼段下部鉆進(jìn)及煤層鉆進(jìn)時(shí)，必須保證對(duì)地層的正壓差，以達(dá)到對(duì)地層的嚴(yán)封堵，進(jìn)而通過(guò)鉆井液液柱徑向支撐平衡地層坍塌壓力，最終達(dá)到防止井壁坍塌的目的。

4　鉆井液施工工藝

4.1　上部地層(0～1 500 m)鉆井液施工工藝

1)配制5%預(yù)水化膨潤(rùn)土漿開(kāi)鉆，鉆進(jìn)中按照循環(huán)周補(bǔ)充聚合物膠液，其配方為：水+(0.4%～0.6%)NaOH +(0.3%～0.5%)KPAM+(0.2%～0.7%)PAM，保持聚合物在鉆井液中的有效含量約為0.5%，抑制巖屑水化分散，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

2)上部地層松軟，滲透量大，適時(shí)補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，保證鉆井液具有良好的懸浮攜帶能力。

3)施工中控制鉆井液具有適當(dāng)?shù)酿で泻偷偷墓滔嗪?，使鉆井液具有良好的流變性，防止黏切過(guò)高導(dǎo)致巖屑在井壁上形成虛厚泥餅。

4)鉆進(jìn)中，適當(dāng)控制鉆井液API失水，充分提高鉆頭水馬力破巖效果，提高機(jī)械鉆速，提高大井眼的凈化能力，適當(dāng)沖刷井壁。

5)上部地層鉆速快，大井眼產(chǎn)屑量多，容易造成固相污染，因此施工中開(kāi)啟四級(jí)固控設(shè)備，除去鉆井液中的劣質(zhì)固相。

6)做好短起下鉆，及時(shí)破壞井壁上形成的虛泥餅，修復(fù)泥巖縮徑井段，保證井眼暢通。

4.2　下部地層(1 500～4 780 m)鉆井液施工工藝

1)開(kāi)鉆后控制鉆井液密度在設(shè)計(jì)下限，二開(kāi)下部鉆井液密度增加至1.24 g/cm3。依靠鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保持二開(kāi)長(zhǎng)裸眼段的井壁穩(wěn)定。三開(kāi)地層微裂縫發(fā)育，鉆進(jìn)中鉆井液密度控制在1.15 g/cm3，防止井漏。

2)中壓濾失量控制在5 mL以內(nèi)。3 500 m后加入磺化酚醛樹(shù)脂和磺酸鹽聚合物降濾失劑，控制鉆井液的高溫高壓濾失量在10 mL以內(nèi)，降低濾液向地層的滲透。濾失量隨井深的控制情況見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　1 500～3 500 m井段API濾失量控制情況

圖2　3 500～4 780 m井段HTHP濾失量控制情況

3)鉆進(jìn)過(guò)程中，逐漸提高鉆井液的漏斗黏度，由適當(dāng)沖刷井壁到護(hù)壁防塌，由依靠排量攜巖到依靠鉆井液懸浮攜帶巖屑。漏斗黏度控制如圖3所示。

圖3　漏斗黏度控制情況

4)在土古魯群組底部，一次性加入1%鋁絡(luò)合物抑制劑和0.5%有機(jī)胺，隨井深增加逐漸增加其含量，增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性。

5)在土古魯群組底部，一次性加入3%瀝青類(lèi)防塌劑和3%超細(xì)碳酸鈣；以膠液形式補(bǔ)充1%非滲透成膜封堵劑，增強(qiáng)鉆井液體系對(duì)地層的封堵效果。

6)鉆進(jìn)中控制鉆井液體系pH在9左右，防止pH過(guò)高導(dǎo)致巖屑水化分散及煤層溶解。

7)鉆進(jìn)至二開(kāi)下部地層時(shí)，鉆井液中適當(dāng)加入白油潤(rùn)滑劑和聚合醇，根據(jù)工程摩阻及扭矩情況增加其含量，防止在長(zhǎng)裸眼段造成起下鉆遇阻。

8)二開(kāi)打完進(jìn)尺后適當(dāng)提高鉆井液黏切，徹底凈化井眼；待振動(dòng)篩沒(méi)有巖屑返出后，配制封井漿封住煤層井段，保證電測(cè)及套管順利到底。電測(cè)封井漿配方為：120 m3井漿+1% SMP-1+1%瀝青類(lèi)封堵劑+1%白油潤(rùn)滑劑+1%抗高溫抗鹽降濾失劑+1.5%非滲透成膜封堵劑+1%塑料小球；下套管封井漿配方為：80 m3井漿+1% SMP-1+1%抗高溫抗鹽降濾失劑+1%白油+1.5%非滲透成膜封堵劑+1.5%瀝青類(lèi)封堵劑。

9)三開(kāi)完鉆后，為保證電測(cè)順利，配制50 m3封井漿封住三開(kāi)裸眼段。封井漿配方為：50 m3井漿+4%白油+2%非滲透處理劑+4% SMP-1+4% HQ-1。

10)每鉆進(jìn)200 m或每24 h進(jìn)行一次短程起下鉆，刮掉井壁上吸附的虛厚泥餅，修整井壁；控制起下鉆速度，下鉆過(guò)程中分段頂通，避免在煤層井段開(kāi)泵，防止二開(kāi)長(zhǎng)裸眼段井壁垮塌及三開(kāi)裸眼段發(fā)生井漏。

5　鉆探效果

1)英2井施工中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無(wú)阻，取芯收獲率93.6%，電測(cè)一次成功率100%。

2)施工中井身質(zhì)量良好，全井井徑平均擴(kuò)大率為8.96%，煤層段井徑平均擴(kuò)大率為6.17%。

3)三開(kāi)鉆至井深4 474 m后冬休80天，下鉆通井一次到底，表明體系抑制能力和封堵能力具有長(zhǎng)效性。

6　結(jié)論

1)該區(qū)塊二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)，上部地層疏松，泥巖較軟易吸水膨脹，地層壓力系數(shù)低。因此，鉆進(jìn)中必須提前加足抑制劑和封堵劑，提高鉆井液體系的抑制性和封堵性。

2)煤層段的防塌要采用綜合方式，提前加入瀝青封堵劑和非滲透處理劑，同時(shí)使用合理的鉆井液密度，通過(guò)多元協(xié)同穩(wěn)定井壁。

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