董7井鉆井液技術(shù)

邱春陽，司賢群，王興勝，劉學(xué)明，王寶田，何興華

中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司 （山東 東營 257064）

董7井是中國石化集團公司在準噶爾盆地中央坳陷阜康凹陷東部北斜坡所部署的一口重點預(yù)探井，鉆探目的是了解董7井區(qū)侏羅系含油氣情況。該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，施工過程中復(fù)雜情況頻發(fā)，董1井鉆至井深4 871.76m發(fā)生井涌，壓井成功后粘卡頻繁，嚴重影響正常施工，被迫提前下入Ф177.8mm技術(shù)套管。董3井鉆至井深5 351.00m發(fā)生溢流，壓井過程中發(fā)生井漏，導(dǎo)致鉆具被卡，最后填井側(cè)鉆，損失了大量的人力和物力，嚴重制約了該區(qū)塊的勘探開發(fā)進程。通過使用鋁胺鉆井液體系，針對不同地層特點調(diào)整處理劑配方，形成了適合不同井段的鉆井液體系，順利鉆進至目的層，完成了設(shè)計目的和地質(zhì)任務(wù)，為該區(qū)塊進一步勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

董7井鉆遇地層較多，自上而下為新近系、古近系、東溝組、連木沁+勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組、西山窯組和三工河組。設(shè)計井深5 140m，完鉆井深5 405m，一開Ф444.5mm鉆頭×1 522.00m+Ф339.7mm 表套×1 500.25m；二開 311.2 mm 鉆頭×3 940.00m+Ф244.5mm 套管×3 917.37m；三開Ф215.9mm鉆頭鉆至5 405.00m，達到了地質(zhì)勘探目的，順利完鉆。

1 鉆井液施工難點

1）連木沁-勝金口組以上地層巖性為棕紅色、紫紅色、紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖與紫紅色、棕紅色粉砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，泥巖水敏性強，水化后膨脹分散嚴重，易造成縮徑卡鉆和泥包鉆頭等復(fù)雜情況。

2）二開地層欠壓實，鉆速快，使用Ф311.2mm鉆頭鉆進產(chǎn)屑量大，鉆井液環(huán)空返速低，巖屑易粘附在井壁上形成虛厚泥餅，造成起下鉆阻卡。

3）中生界地層埋藏較深，成巖性好但性脆，砂泥巖互層，鉆進時易發(fā)生應(yīng)力性垮塌；頭屯河組主要為灰色砂泥巖，西山窯組為深灰色泥巖、煤層和碳質(zhì)泥巖，地層穩(wěn)定性差，施工中容易發(fā)生煤層垮塌掉塊。

4）地質(zhì)預(yù)報，三工河組含高壓鹽水層，鹽水的侵入使得鉆井液流變性變差，惡化鉆井液性能。為了壓穩(wěn)鹽水層，必須使用高密度鉆井液施工，高密度鉆井液的流變性調(diào)控難度更大。

5）井底溫度高，達到150℃，高溫下，鉆井液處理劑降解；配漿土失去活性；高密度鉆井液會發(fā)生增稠乃至固化現(xiàn)象，施工難度加大。

2 鉆井液體系的選擇

通過調(diào)研國內(nèi)煤層[1～2]、深井及超深井[3～8]鉆井液使用情況，結(jié)合鄰井鉆井液施工經(jīng)驗，針對該井地層巖性特點及施工難點，經(jīng)過處理劑優(yōu)選及性能優(yōu)化，確定使用具有抑制和防塌作用的鋁胺鉆井液體系，針對地層特點，調(diào)節(jié)各種處理劑的加量，形成了不同地層的鉆井液體系配方。其中二開主要以抑制地層泥頁巖水化為主，使用鋁胺強抑制鉆井液體系；三開主要以封堵煤層及砂泥互層為主，故使用鋁胺封堵防塌鉆井液體系。

二開鋁胺強抑制鉆井液基本配方：

（5.0～7.0）%膨潤土+（0.4～0.8）%聚丙烯酰胺PAM+（0.5～1.0）%有機胺 WAN-1+（1.0～2.0）% 羥基鋁抑制防塌劑JFT-1+（1.0～2.5）%無水聚合醇WJH-1+（2.0～3.0）%低熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1+（2.0～3.0）%超細碳酸鈣+（2.0～3.0）%聚合物降濾失劑JZA-1+（2～3）%抗鹽抗鈣降濾失劑 JZC-1。

三開鋁胺防塌鉆井液基本配方：

（4～7）%膨潤土+（0.3～0.5）%聚丙烯酰胺 PAM+（1.0～1.5）%磺酸鹽共聚物降濾失劑 DSP-2+（0.5～1.0）%有機胺 WAN-1+（1.0～2.0）% 羥基鋁抑制防塌劑 JFT-1+（2.0～3.5）%無水聚合醇 WJH-1+（3.0～5.0）%低熒光井壁穩(wěn)定劑 HQ-1+（2.0～3.0）%超細碳酸鈣+（1.0～2.0）%雙膜承壓劑+（3.0～4.0）%磺化酚醛樹脂SMP-2+（2.0～3.0）%抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1。

3 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

3.1 一開（0～1 522m）鉆井液技術(shù)

1）配制6%膨潤土漿，預(yù)水化24h，加入0.5%低黏羧甲基纖維素LV-CMC，充分循環(huán)，性能穩(wěn)定后開鉆，鉆進中不斷補充6%膨潤土漿，保證鉆井液體系的懸浮攜帶能力。

2）鉆進中均勻加入PAM膠液，保證PAM有效含量在0.6%以上，使之充分包被絮凝鉆屑，防止巖屑分散。

3）1 000m后，向鉆井液中逐漸加入2%聚合物降濾失劑，將中壓濾失量逐漸降低到8mL，適當降低井壁的水化趨勢。

4）鉆進中開啟4級固控設(shè)備，保證鉆井液低黏、低切及低固相含量。密度控制在1.15g/cm3以內(nèi)。開動雙泵，釋放鉆頭水馬力，提高鉆井液環(huán)空返速，提高井眼凈化效率，提高機械鉆速。

5）中完后充分循環(huán)，待振動篩無返砂后，用HV-CMC和聚合物降濾失劑配制80s以上的稠漿封井，保證下套管順利。

3.2 二開（1 522～3 940m）鉆井液技術(shù)

1）開鉆前，利用固控設(shè)備凈化一開井漿，然后補充6%膨潤土漿，待鉆井液體積達到設(shè)計要求后，按照順序加入 2%JZA-1、1.5%JZC-1、2%HQ-1、2%超細碳酸鈣、2%WJH-1、1.0%JFT-1、0.4%PAM 后循環(huán)均勻，然后加入0.5%有機胺WAN-1，循環(huán)均勻后開鉆。

2）利用膠液維護鉆井液性能,上部地層(3 000m)膠液以抑制泥巖水化為主，配方：0.5%PAM+1%WAN-1+1%JFT-1+1.0%WJH-1+1.0%JZA-1；下部地層以適當抑制及封堵為主，配方為：0.4%PAM+0.5%WAN-1+0.5%JFT-1+2.0%WJH-1+2.0%JZA-1+3%JZC-1。

3）進入呼圖壁組前，一次性加入3%低熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1和2.5%超細碳酸鈣，調(diào)整顆粒級配，使之形成良好泥餅，有效封堵地層，增加上部地層的承壓能力，同時防止下部硬脆性泥頁巖坍塌。

4）密度控制。開鉆后鉆井液密度控制在設(shè)計下限，鉆進過程中根據(jù)實鉆情況及地層壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)適時調(diào)整；進入呼圖壁組后，鉆井液密度控制在設(shè)計上限，保證裸眼段井壁穩(wěn)定。

5）流變性控制。3 000m前，強化固控設(shè)備使用，保持鉆井液低黏、低切和低固相含量，中壓濾失量控制在6～7mL，大排量鉆進，適當沖刷井壁，防止縮徑。3 000m后，提高鉆井液粘切，中壓濾失量控制在5mL以內(nèi)，降低排量，提高體系的護壁封堵性能。鉆井液性能控制見表1。

6）工程措施。每鉆進200～300m短起下鉆一次，刮掉粘附在井壁上的鉆屑和虛厚泥餅。下鉆到底后充分循環(huán)，適當提高排量，提高井眼凈化效率。

7）中完措施。中完后，充分循環(huán)，待振動篩無返砂后，用2%WJH-1、1.0%JFT-1和2%HQ-1配制30m3封井漿封住下部井段，保證電測順利；下套管前，用2%塑料小球和0.5%JFT-1配制30m3封井漿封井，套管順利下到底。

3.3 三開（3 940～5 405m）鉆井液技術(shù)

1）開鉆前，在套管內(nèi)將二開鉆井液進行凈化，然后加入 1.0%DSP-2、0.5%JFT-1、2%WJH-1、3%HQ-1、2%超細碳酸鈣、3%SMP-2、1.0%雙膜承壓劑和2%JZC-1，循環(huán)均勻，性能穩(wěn)定后開鉆。

表1 二開井段鉆井液性能控制情況

2）鉆進過程中加入高濃度膠液維護鉆井液性能，膠液配方：0.2%NaOH+0.2%PAM+1%DSP-2+6%HQ-1+8%SMP-2+1.0%JFT-1+1%WAN-1，膠液量多少依據(jù)地層滲透量和固控設(shè)備損耗量來決定，防止膠液量加入過多引起鉆井液性能波動。

3）流變性的控制。①根據(jù)密度大小控制膨潤土含量，使鉆井液在保持良好流變性的同時具有一定的懸浮能力，防止重晶石“垂沉”；②優(yōu)選加重劑，保證重晶石粉的密度大于4.1g/cm3，嚴格控制重晶石粉中粘土的含量，以免鉆井液體系陷入 “增黏-降黏-增黏”的惡性循環(huán)；③鉆遇高壓鹽水層時，增加磺化酚醛樹脂SMP-2和抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1的含量，增加體系的抗鹽能力；④鉆井液粘切增大時，適當加入抗高溫降黏劑，使體系具有良好的流變性；⑤合理使用固控設(shè)備，振動篩、除砂器和除泥器的使用率達到100%，合理使用離心機，除去鉆井液中的劣質(zhì)固相。

4）井壁穩(wěn)定措施。①控制鉆井液密度在設(shè)計上限，特別是鉆遇煤層及高壓鹽水層時，必須保證對地層的正壓差，防止煤層坍塌及體系受鹽水污染；②進入西山窯組之前，一次性加入2%HQ-1、3%超細碳酸鈣、0.5%WAN-1，3%JFT-1和1%雙膜承壓劑，增加體系的封堵防塌能力。

5）防卡措施。①鉆進過程中有掉塊，適當增加鉆井液粘切，提高體系的懸浮攜帶能力；②進入高壓鹽水層后，鉆井液密度提高幅度很大，為了防止粘附卡鉆，向鉆井液中加入2%無水聚合醇WJH-1，增加體系的潤滑性能。

6）完井措施。完鉆后，充分循環(huán)，徹底凈化井眼，待振動篩上無返砂后，配制封井漿封井。封井漿配方：40m3井漿+1%羥基鋁抑制防塌劑JFT-1+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+2%無水聚合醇WJH-1，保證電測順利到底。電測后，充分循環(huán)，確定井眼凈化后，配制30m3封井漿，配方：井漿+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+1%無水聚合醇WJH-1+1.5%塑料小球，下套管一次到底。

7）三開井段鉆井液性能控制情況如表2中所示。

4 復(fù)雜情況處理

4.1 三開井段劃眼

三開鉆進至4 054m時進行短起下鉆作業(yè)，下鉆至3 994m遇阻劃眼，其后每次無論是短起下鉆或長起下鉆都遇阻。鉆進至5 226m時，共計劃眼14次，每次需要劃眼1～2根，現(xiàn)場專家組認為產(chǎn)生掉塊是由以下原因造成的。

鉆進過程中沒有掉塊，但是停鉆后產(chǎn)生掉塊，是典型地應(yīng)力釋放的體現(xiàn)。使用的鉆井液密度在循環(huán)時能夠平衡地層應(yīng)力，沒有掉塊。停鉆后，鉆井液靜密度不能平衡地層應(yīng)力，造成井壁坍塌。建議對鉆井液進行調(diào)整。①評價體系的抑制性；②評價體系的濾失造壁性。

表2 三開井段鉆井液性能控制情況

現(xiàn)場取井下掉塊，經(jīng)過巖屑回收率實驗得知，體系的巖屑回收率為94.5%，高溫高壓濾失量為10.4mL，30min砂床濾失實驗濾失量為0，侵入深度為0.8cm。實驗結(jié)果說明體系的抑制性和封堵性足夠強。在鉆井液密度不能調(diào)整的情況下建議從以下方面進行調(diào)控：第一，進一步強化抑制性；第二，加強封堵；第三，進一步降低體系的高溫高壓濾失量；第四，如果以上措施效果不明顯，申請?zhí)岣咩@井液密度。

現(xiàn)場處理過程如下：①每次鉆進過程中加入0.5%羥基鋁抑制防塌劑、0.5%有機胺、1%SMP-1和1%低熒光井壁穩(wěn)定劑，提高鉆井液的抑制性和封堵防塌能力；②每次起鉆前封井，用SMP-2、HQ-1和DSP-2封井，提高鉆井液體系的懸浮及封堵能力。

現(xiàn)場處理效果：經(jīng)過以上處理后，效果不明顯，每次下鉆到底后依然有掉塊。經(jīng)甲方批準，提高鉆井液密度至1.56g/cm3，掉塊現(xiàn)象逐漸得到遏制，沒有復(fù)雜情況發(fā)生。處理前后鉆井液性能如下表3中所示。

4.2 鉆遇高壓鹽水層

鉆進至5 312.88m時，發(fā)現(xiàn)鉆井液量增長1.6m3，停泵觀察，井口無外溢現(xiàn)象。開泵循環(huán)，鉆井液量又增長0.8m3，停泵觀察，井口無外溢。繼續(xù)循環(huán)，鉆井液量增長0.8m3，停泵觀察，井口外溢，關(guān)井，套壓和立壓為16MPa。

根據(jù)套壓和立壓計算，用1.82g/cm3鉆井液壓井，注入壓井液36m3，點火放噴，火焰高度0.5～1m，注入壓井液137m3，排放鹽水40m3，鹽水密度1.04～1.10g/cm3，繼續(xù)泵入壓井液260m3，返出鉆井液密度為1.72g/cm3，套壓和立壓降低到零，關(guān)井觀察，立壓5MPa，套壓7.5MPa，第一次壓井失敗。

根據(jù)第一次立壓值及上次壓井液密度，決定用1.97g/cm3壓井液進行第二次壓井。準備壓井液360m3，泵入壓井液254m3，壓井成功，入口鉆井液密度1.97g/cm3，出口鉆井液密度1.90g/cm3，井口無外溢，壓井成功，逐漸將鉆井液密度提高到2.0g/cm3后正常鉆進。鉆遇高壓鹽水層前后鉆井液性能見表4。

5 應(yīng)用效果

1）鋁胺強抑制鉆井液體系解決了二開地層易造漿水化的難題，二開鉆進過程中井壁穩(wěn)定，井下安全；下套管一次到底；電測一次成功，滿足了鉆井工程的要求。

2）鋁胺防塌鉆井液體系解決了侏羅系煤層及泥煤互層井壁失穩(wěn)的難題，三開鉆進過程中雖然由于地應(yīng)力作用導(dǎo)致井壁略有掉塊，但是平均井徑擴大率為14.17%，滿足了勘探的要求（＜15%）；后期電測，下套管一次到底。

3）三開雖然鉆遇高壓鹽水層，但是鋁胺防塌鉆井液體系抗鹽能力強，鉆遇鹽水層時性能穩(wěn)定，后期高密度鉆井液體系施工中井眼暢通，井下安全，無粘卡事故發(fā)生。

4）鋁胺強抑制鉆井液體系解決了二開大井眼、長裸眼井段的攜巖問題，二開井段井眼凈化效果好，滿足了工程優(yōu)快鉆井的要求。三開井段雖然發(fā)生掉塊，但是每次鉆井液體系都能將掉塊攜帶出，并且掉塊棱角分明，未引發(fā)復(fù)雜情況。

5）同該區(qū)塊其它井相比，董7井井身質(zhì)量最好，詳細情況見表5。

6 結(jié)論和建議

1）使用鋁胺強抑制鉆井液和鋁胺防塌鉆井液體系，保證了工程的順利施工，解決了二開長裸眼及三開侏羅系井壁失穩(wěn)的難題。

表3 處理前后鉆井液性能

表4 鹽水層處理前后鉆井液性能變化

表5 鄰井井身質(zhì)量情況

2）上部地層泥巖水敏性強，必須強化鉆井液體系的抑制性，鉆進過程中加入足量大分子聚合物，抑制泥頁巖水化膨脹，保證井壁穩(wěn)定。

3）侏羅系地層地應(yīng)力作用明顯，易導(dǎo)致井壁坍塌，鉆進中必須提前控制合適的鉆井液密度，強化鉆井液體系的封堵性，保證鉆井液體系具有良好的流變性和濾失造壁性，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

[1]趙向陽，林海，陳磊，等.長北氣田CB21-2井長水平段煤層防塌鉆井液技術(shù)實踐與認識 [J].天然氣工業(yè)，2012，32（3）：81-85,131-132.

[2]王福印，王海濤，武少英，等.煤層防塌鉆井液技術(shù)[J].斷塊油氣田,2002,9（5）:66-69,93.

[3]黃治中,楊玉良,馬世昌.不滲透技術(shù)是確?；魻柟拱布：咏M井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵[J].新疆石油科技,2008,18（1）:9-12.

[4]李洪俊,代禮楊,蘇秀純,等.福山油田流沙港組井壁穩(wěn)定技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2012,29（6）:42-44,48.

[5]周輝，郭保雨，江智君.深井抗高溫鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2005；22（4）：46-48.

[6]趙秀全,李偉平,王中義.長深5井抗高溫鉆井液技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2007,35（6）:69-72.

[7]王亞寧,黃物星,龔厚平,等.周深 X1井鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2011,28（4）:40-43.

[8]王關(guān)清,陳元頓.深探井和超深井鉆井的難點分析和對策探討[J].石油鉆采工藝，1998；20（1）：1-7,17-104.