義171-斜15VF井鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，周建民，亢德峰，溫守云

(1.中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司；2.中國(guó)石化勝利石油工程有限公司渤海鉆井二公司：山東東營(yíng) 257064)

義171-斜15VF井位于濟(jì)陽(yáng)凹陷沾化凹陷渤南洼陷中部斷階帶，目的層為新生界沙河街組，鉆探的目的是進(jìn)一步開發(fā)渤南油田義171-1塊沙四段油藏。義171-斜15VF井設(shè)計(jì)井深3 999.11 m，采用三開制井身結(jié)構(gòu)，井身軌跡為直-增-穩(wěn)型，一開φ444.5 mm鉆頭鉆深201.50 m，φ339.7 mm套管下深201.5 m；二開φ311.2 mm鉆頭鉆深2 952 m，φ244.5 mm套管下深2 950.69 mm;三開φ215.9 mm鉆頭鉆深3 979.00 m完鉆，井底垂深3 880.28 m，水平位移409.01 m，最大井斜35.6°，φ139.7 mm油層套管下深3 974.95 m完井，鉆井周期33.04 d，完井周期40.46 d。該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，上部大井眼造漿嚴(yán)重，沙河街組存在異常高壓及大段鹽膏層，易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。通過使用強(qiáng)抑制聚合物鉆井液體系和強(qiáng)抑制胺基聚磺潤(rùn)滑防塌鉆井液體系，保證了該井的順利施工，平均機(jī)械鉆速9.98 m/h，達(dá)到了優(yōu)快鉆井的目的。

1　地質(zhì)概況及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

義171-斜15VF井自上而下鉆遇地層為平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組和沙河街組，地層巖性復(fù)雜，施工中鉆井液技術(shù)難度大，具體有以下幾點(diǎn)：

1)上部地層發(fā)育較厚，館陶組以上地層成巖性差，水敏性強(qiáng)，巖屑易分散在鉆井液中，導(dǎo)致鉆井液體系黏切增大，流變性變差。采用φ311.2 mm鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速快，產(chǎn)屑量大，大井眼環(huán)空返速低，井眼凈化效果差，易導(dǎo)致起下鉆遇阻，嚴(yán)重者卡鉆。φ311.2 mm井眼鉆深2 952 m，裸眼段長(zhǎng)達(dá)2 700 m，井壁穩(wěn)定難度大。

2)沙三段中部為深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖、油泥巖與灰色細(xì)砂巖不等厚互層；下部以深灰色、灰褐色油泥巖、油頁(yè)巖不等厚互層夾砂巖和灰質(zhì)砂巖。油泥巖水敏性強(qiáng)，吸水膨脹后強(qiáng)度降低，易導(dǎo)致其上支撐的泥巖垮塌；油頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育，當(dāng)鉆井液濾液侵入后成薄片狀脫落，易形成大肚子井眼，導(dǎo)致起下鉆及電測(cè)遇阻，給完井作業(yè)帶來困難。

3)沙四段上部為灰色泥巖、膏泥巖與灰色灰?guī)r、膏白云巖不等厚互層；下部為灰色砂質(zhì)泥巖與灰色細(xì)砂巖、含砂礫巖不等厚互層。膏泥巖較軟，斜井段鉆進(jìn)過程中僅靠鉆井液液柱壓力支撐上井壁，易導(dǎo)致縮徑卡鉆；灰?guī)r地層裂縫發(fā)育，易導(dǎo)致井漏，鄰井從3 527～3 965 m漏失鉆井液724 m3。

4)實(shí)鉆資料表明，渤南洼陷地層超壓現(xiàn)象很普遍[1]，從沙三段開始普遍發(fā)育異常高壓，在沙河街組沙四段又趨于正常壓實(shí)。為平衡地層壓力，必須使用高密度鉆井液鉆進(jìn)，沙四段漏層的存在給鉆井液密度控制帶來一定難度。

5)該井最大井斜35.6°，定向過程中鉆具緊貼井壁前進(jìn)，摩阻和扭矩增大，潤(rùn)滑防卡難度大；巖屑易沉積在下井壁形成巖屑床，不易清除，造成定向過程中摩阻和扭矩增加，嚴(yán)重者形成“托壓”現(xiàn)象，井眼凈化及潤(rùn)滑防卡難度大。

2　鉆井液體系選擇

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)水平井及大位移井鉆井液施工情況[2-6]，針對(duì)該井地層特點(diǎn)以及施工中的技術(shù)難點(diǎn)，確定二開使用強(qiáng)抑制聚合物鉆井液體系，三開使用強(qiáng)抑制胺基聚磺潤(rùn)滑防塌鉆井液體系。

強(qiáng)抑制聚合物鉆井液體系的基本配方：小循環(huán)井漿+(0.4%～0.6%)聚丙烯酰胺PAM+(2%～4%)改性銨鹽FH-J24+(2%～3%)抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+(2%～3%)磺化酚醛樹脂SMP-1+(0.5%～1.0%)胺基聚醇AP-1+(2%～3%)膠乳瀝青+(1%～2%)多功能屏蔽暫堵劑PB-1。

強(qiáng)抑制胺基聚磺潤(rùn)滑鉆井液體系基本配方：二開井漿+(0.2%～0.4%)NaOH+(0.3%～0.5%)聚丙烯酰胺PAM+(0.5%～1%)胺基聚醇AP-1+(2%～3%)抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+(3%～5%)磺化酚醛樹脂SMP-1+(0.5%～1.5%)雙膜承壓劑SY-20+(2%～4%)膠乳瀝青+(4%～6%)原油+(3%～5%)油基潤(rùn)滑劑 +(2%～3%)硅氟穩(wěn)定劑+(1%～2%)硅氟降黏劑SF-1+(2%～4%)隨鉆堵漏劑。

3　鉆井液體系作用機(jī)理

胺基聚醇中的胺基具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，使其能鑲嵌在黏土晶層間，將黏土層緊密結(jié)合在一起，抑制黏土的水化作用；胺基聚醇具有弱堿性及弱離解性，使有機(jī)胺作用濃度始終處于平衡狀態(tài)，能長(zhǎng)效保持濃度平衡，抑制作用具有長(zhǎng)效性；胺基聚醇吸附在黏土顆粒表面，產(chǎn)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，使鉆具表面由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，降低鉆頭泥包的可能性[7]。體系中的膠乳瀝青通過分子鏈與井壁巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理吸附，在井壁巖石表面形成一層牢固的瀝青薄膜，阻止鉆井液中的自由水向地層滲透，并使井壁免受鉆井液流體的沖刷；此外，膠乳瀝青本身具有黏性和彈性，在液柱壓力下產(chǎn)生形變，封堵泥餅中的孔隙，使鉆井液在井壁上形成薄、韌、致密的泥餅，有效封堵地層，維護(hù)井壁穩(wěn)定[8]。雙膜承壓劑的加入使得鉆井液能夠在井壁上形成薄膜[9]，封堵地層孔隙及微細(xì)裂縫，有效阻緩壓力傳遞，提高泥頁(yè)巖的膜效率，為鉆井液對(duì)井壁產(chǎn)生有效力學(xué)支撐提供保證。硅氟穩(wěn)定劑以Si-O-Si為橋梁，利用聚硅氧烷和碳氟聚合鏈段的低界面張力和高表面活性的協(xié)同效應(yīng)，吸附于黏土膠體端面上，徹底改變黏土的表面能，從而拆散黏土顆粒形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，釋放出自由水，使體系更加穩(wěn)定[10]。

4　現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)

4.1　二開鉆井液技術(shù)

二開鉆井液技術(shù)措施如下：

1)利用一開鉆井液小循環(huán)開鉆，小鉆壓鉆穿水泥塞，加入適量純堿以消除Ca2+污染，吊打出鉆鋌，保證井口打直及套管鞋處井徑擴(kuò)大率小，防止出現(xiàn)復(fù)雜事故。

2)鉆至430.00 m后改為大循環(huán)清水快速鉆進(jìn)，利用大分子聚合物PAM膠液絮凝有害固相，使鉆井液中的劣質(zhì)固相處于弱分散狀態(tài)，提高機(jī)械鉆速。

3)鉆至1 200 m后改為小循環(huán)，加入2%的改性銨鹽FH-J24，適當(dāng)控制中壓濾失量，逐漸補(bǔ)充改性銨鹽FH-J24、抗高溫抗鹽防塌降濾失劑KFT和磺化酚醛樹脂SMP-1，鉆至東營(yíng)組底部時(shí)，將鉆井液的中壓濾失量逐漸控制在<5 mL，減輕鉆井液濾液向地層的滲透，防止沙河街地層坍塌。

4)小循環(huán)后繼續(xù)補(bǔ)充大分子聚合物，保證聚合物PAM的含量>0.5%，使之有效包被巖屑，防止其在上返過程中分散在鉆井液中。加入1.0%的胺基聚醇AP-1，以增強(qiáng)鉆井液的抑制性，防止水敏性泥巖垮塌。

5)小循環(huán)后控制鉆井液的漏斗黏度約為45 s，使鉆井液處于低黏、低切和低固相狀態(tài)，有效釋放鉆頭水馬力，適當(dāng)沖刷井壁，防止形成虛厚泥餅。鉆至東營(yíng)組底部時(shí)，提高鉆井液的漏斗黏度至55 s，同時(shí)提高鉆井液的黏切，由適當(dāng)沖刷井壁變?yōu)樽o(hù)壁防塌；中完時(shí)將漏斗黏度提高至60 s，以提高鉆井液的懸浮攜帶能力，凈化井眼。

6)鉆至東營(yíng)組底部時(shí)，在鉆井液中加入2%的多功能屏蔽暫堵劑PB-1和2%的膠乳瀝青，封閉上部疏松砂巖地層和沙河街組層理性泥頁(yè)巖，提高上部地層的承壓能力，同時(shí)防止沙河街組井壁失穩(wěn)。

7)小循環(huán)后開啟四級(jí)固控設(shè)備，保證鉆井液清潔，控制鉆井液密度<1.10 g/cm3，提高機(jī)械鉆速。鉆至東營(yíng)組底部時(shí)，提高鉆井液密度至1.20 g/cm3，進(jìn)入沙河街組后根據(jù)實(shí)鉆情況逐漸調(diào)整，使鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，利于井壁穩(wěn)定。

8)工程上在改為小循環(huán)后每鉆進(jìn)150～200 m進(jìn)行一次短起下鉆，配合長(zhǎng)起下鉆，刮掉粘附在井壁上的鉆屑和虛厚泥餅，暢通井眼。下鉆到底后增大排量，提高巖屑的上返速度，并配制漏斗黏度>80 s的稠漿清掃井眼，提高井眼凈化效果。

9)中完后進(jìn)行短起下鉆，充分循環(huán)，待振動(dòng)篩無返砂后，用2%的油基潤(rùn)滑劑和高黏羧甲基纖維素鈉(HV-CMC)配置漏斗黏度為80 s的潤(rùn)滑封井漿封井，保證電測(cè)到底；下套管前用1.5%的塑料小球和HV-CMC配置漏斗黏度>80 s的稠漿封井，確保套管下至井底。

4.2　三開鉆井液技術(shù)

4.2.1井壁穩(wěn)定技術(shù)

井壁穩(wěn)定技術(shù)措施如下：

1)加入1.0%的胺基聚醇AP-1，配合大分子聚合物PAM，提高鉆井液的抑制防塌能力，有效抑制泥頁(yè)巖水化。

2)使用3%的膠乳瀝青和1%的雙膜承壓劑，使之在井壁上形成薄而致密的泥餅，提高地層的防塌能力。

3)控制直井段的中壓濾失量<4 mL，高溫高壓濾失量<15 mL；控制斜井段的中壓濾失量<3 mL，高溫高壓濾失量<10 mL，降低泥頁(yè)巖的水化趨勢(shì)。

4)加入硅氟類穩(wěn)定劑，穩(wěn)定鉆井液性能，防止油氣侵入，同時(shí)提高井壁的穩(wěn)定性。

5)在直井段將鉆井液的密度控制在設(shè)計(jì)下限，在斜井段根據(jù)地層壓力監(jiān)測(cè)情況實(shí)時(shí)調(diào)整鉆井液的密度，保證井壁穩(wěn)定。特別是在沙四段底膏泥巖段，必須保證鉆井液液柱壓力對(duì)地層的正壓差，依靠液柱壓力支撐大段膏泥巖，防止其縮徑卡鉆。

6)在沙三段底部鉆進(jìn)過程中，加入2%的隨鉆堵漏劑，封堵地層大的裂縫，提高地層的承壓能力，防止井漏。

4.2.2井眼凈化技術(shù)

井眼凈化技術(shù)措施如下：

1)工程上保證有足夠的泵排量，提高巖屑的環(huán)空上返速度，使鉆井液能夠?qū)@屑充分?jǐn)y帶到地面。

2)控制鉆井液的動(dòng)塑比為0.4～0.5，保證鉆井液在環(huán)空進(jìn)行平板型層流，提高鉆井液的攜巖效果。

3)加強(qiáng)短起下鉆措施，在斜井段更要加密短起下鉆次數(shù)，擾動(dòng)并破壞巖屑床；下鉆到底后配制漏斗黏度>150 s的稠漿清掃井眼。

4)鉆進(jìn)過程中采用定向鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的方式，將新形成的巖屑床破除，降低巖屑床形成的幾率。

4.2.3潤(rùn)滑防卡技術(shù)

潤(rùn)滑防卡技術(shù)措施如下：

1)通過加入膠乳瀝青、隨鉆堵漏劑和雙膜承壓劑對(duì)地層進(jìn)行有效封堵，使鉆井液在井壁或近井壁地帶形成低滲透的泥餅，阻止液體壓力向地層傳遞，從而提高井壁的穩(wěn)定性，降低黏卡的幾率。

2)定向后保證原油含量約為4%，油基潤(rùn)滑劑的含量約為3%，配合乳化劑，保持鉆井液的潤(rùn)滑性；隨著斜井段的加長(zhǎng)，逐漸補(bǔ)充原油和油基潤(rùn)滑劑，增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性。

3)每趟鉆起鉆前，用SMP-1、膠乳瀝青和油基潤(rùn)滑劑封井，以提高鉆井液的潤(rùn)滑防卡能力。

4)在保證鉆井液攜巖能力的前提下，控制鉆井液的黏切，降低環(huán)空壓耗，配合工程上的短程起下鉆措施，避免巖屑床的形成。

5)完鉆后進(jìn)行短起下鉆，下鉆到底后充分循環(huán)，待振動(dòng)篩上無返砂后，用2%的SMP-1、1.0%的雙膜承壓劑和2%的油基潤(rùn)滑劑封井，確保電測(cè)順利到底；下套管前用1.5%的塑料小球、1%的雙膜承壓劑和3%的油基潤(rùn)滑劑封井，確保油層套管順利下到底。

5　復(fù)雜情況處理

鉆進(jìn)至井深3 560 m時(shí)，鉆井液的黏切增大，流變性變差，鉆井液的性能變化如表1所示。

表1　出現(xiàn)復(fù)雜情況前后鉆井液的性能

對(duì)鉆井液濾液進(jìn)行分析，測(cè)得HCO3-的質(zhì)量濃度為7 694 mg/L，其他離子的質(zhì)量濃度正常，表明鉆井液被HCO3-污染。

根據(jù)HCO3-和Ca2+在堿性條件下生成CaCO3沉淀，現(xiàn)場(chǎng)加入CaO，CaO溶解后會(huì)提高pH，促進(jìn)HCO3-自動(dòng)分解為CO32-。為防止CaO加量過多造成Ca2+污染，采用膠液形式按照循環(huán)周少量多次加入。

第1次處理：配置10 m3膠液，加入2%CaO和1.5%硅氟降黏劑SF-1，按照循環(huán)周緩慢加入鉆井液中，效果明顯。

第2次處理：鉆進(jìn)至井深3 800 m時(shí)，配置10 m3膠液，加入2.5%CaO和1.0%硅氟降黏劑SF-1，按照循環(huán)周緩慢加入鉆井液中，效果明顯。處理后鉆井液的性能見表2。經(jīng)過2次處理后鉆井液的流變性恢復(fù)正常，一直鉆進(jìn)至完井。

表2　處理后鉆井液的性能

6　結(jié)論及建議

1)通過使用強(qiáng)抑制聚合物鉆井液體系和強(qiáng)抑制胺基聚磺潤(rùn)滑防塌鉆井液體系，解決了上部地層易水化造漿及沙河街組定向過程中易出現(xiàn)的井壁失穩(wěn)、井眼凈化及潤(rùn)滑防卡等難題，施工中井壁穩(wěn)定，井下安全，全井電測(cè)順利，下套管順利到底。

2)強(qiáng)抑制胺基聚磺潤(rùn)滑防塌鉆井液體系的潤(rùn)滑性好，攜巖能力強(qiáng)，滿足三開定向鉆進(jìn)的要求，施工中井眼凈化程度好，鉆井液體系摩阻系數(shù)控制在<0.07，定向中傳壓順暢，無“拖壓”現(xiàn)象。

3)全井機(jī)械鉆速為9.98 m/h，比預(yù)計(jì)提高了10%以上，達(dá)到了優(yōu)快鉆井的目的。該井鉆井周期僅為33.04 d，完井周期40.46 d，和其他同區(qū)塊同類型同井深已完鉆井相比，鉆井時(shí)效和完井時(shí)效明顯提高，綜合效益突出。

4)該區(qū)塊沙河街組油氣顯示活躍，易導(dǎo)致井噴；沙二段存在大的裂縫，易導(dǎo)致井漏。因此在鉆進(jìn)過程中必須合理控制鉆井液密度，防止復(fù)雜情況發(fā)生。

5)該區(qū)塊碳酸根污染嚴(yán)重，必須采用合適的方式處理，宜將CaO配制成膠液，并配合降黏劑，逐漸加入鉆井液中，防止加量過多造成Ca2+污染。

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