義289井井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，溫守云，張希成，王興勝

(勝利石油工程有限公司鉆井泥漿公司，山東 東營(yíng) 257064)

義289井是部署在濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷義107鼻狀構(gòu)造帶義289斷塊高部位的重點(diǎn)評(píng)價(jià)直井，鉆探目的是為向西南擴(kuò)大義283井區(qū)沙河街組含油氣范圍。該井設(shè)計(jì)井深為4 070 m，實(shí)際完鉆井深4 090 m。井身結(jié)構(gòu)為:一開 Ф444.5 mm 鉆頭 ×152.14 m、Ф339.7 mm 套管 ×151.29 m;二開Ф311.2 mm鉆頭 ×2 000 m、Ф244.5 mm 套管 ×1 999.64 m;三開 Ф215.9 mm 鉆頭鉆至井深4 090 m 完鉆，鉆井周期77.77d，完井周期108 d，該井的鉆探成功為深化研究及開發(fā)該區(qū)塊油氣藏提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

義289斷塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層自上而下發(fā)育平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組和沙河街組。上部地層疏松，下部地層易坍塌，沙河街組存在高壓層，施工中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)如下。

1)館陶組、東營(yíng)組和沙一段地層蒙脫石含量高，地層造漿嚴(yán)重，造成鉆井液黏切劇增，易發(fā)生復(fù)雜情況。鄰井曾在此井段起下鉆發(fā)生嚴(yán)重的遇阻現(xiàn)象，被迫反復(fù)劃眼，損失近10 d時(shí)間。

2)沙二段、沙三段和沙四段為灰色泥巖，局部為灰色泥巖和油頁(yè)巖互層，油頁(yè)巖易發(fā)生剝蝕掉塊;灰色泥巖為硬脆性泥巖，易造成水化應(yīng)力垮塌掉塊，井壁嚴(yán)重失穩(wěn)，引起各種復(fù)雜情況，該區(qū)塊多口井在鉆至該層位時(shí)均發(fā)生不同程度的坍塌掉塊，嚴(yán)重者卡鉆。

3)沙四段含有大段膏巖，膏巖易溶解在鉆井液中，導(dǎo)致鉆井液黏切增大，濾失量增加;膏巖發(fā)生塑性形變后，導(dǎo)致其上支撐的硬質(zhì)泥巖因失去支撐而垮塌，造成起下鉆遇阻及卡鉆等復(fù)雜情況。

4)據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，沙四段存在異常高壓，且該區(qū)塊地層溫度異常高，義185井完井電測(cè)顯示溫度超過180℃，使用高密度鉆井液在高溫下進(jìn)行施工，給鉆井液提出了新的挑戰(zhàn)［1］。

2 鉆井液的選擇

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)深井及超深井鉆井液施工情況［2-6］，參考鄰井鉆井液施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)義289井三開地層特點(diǎn)及施工中的技術(shù)難點(diǎn)，確定了各個(gè)井段鉆井液及基本配方。

二開采用聚合物防塌鉆井液。配方為:一開井漿、0.3% ～0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)聚丙烯酰胺PAM、0.4% ～0.7%NaOH、2% ～3%銨鹽 NH4HPAN、1% ～2%抗復(fù)合鹽降濾失劑 WFL-1、0.5% ～1%高黏羧甲基纖維素HV-CMC。

三開采用雙聚防塌鉆井液。配方為:二開井漿、0.3% ～0.4% 聚丙烯酰胺 PAM、0.3% ～0.5%NaOH、2% ～3%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、2% ～3%磺化酚醛樹脂SMP-1、3% ～4%低熒光磺化瀝青ZX-8、2% ～3%超細(xì)碳酸鈣、1% ～2%聚合醇潤(rùn)滑防塌劑、2% ～3%胺基聚醇、0.5% ～1%硅氟稀釋劑、0.5% ～1%稀釋劑 GX-1、0.1% ～0.3%乳化劑 SP-80。

3 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)

3.1 二開(152.14 ～2 000 m)鉆井液技術(shù)

1)使用一開井漿鉆穿表層套管后，繼續(xù)鉆進(jìn)80 m，然后改為大循環(huán)清水鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至1 000 m轉(zhuǎn)換為小循環(huán)鉆進(jìn)。

2)小循環(huán)后，停止加入PAM膠液，加快地層造漿速度。待漏斗黏度達(dá)到40 s后加入1%銨鹽調(diào)整鉆井液流型，然后加入PAM膠液，防止巖屑分散。

3)鉆進(jìn)中漏斗黏度控制在45～50 s，在保持鉆井液具有一定懸浮攜帶能力的情況下，最大限度發(fā)揮鉆頭水馬力，提高機(jī)械鉆速。

4)適當(dāng)控制濾失量，鉆進(jìn)中加入銨鹽和抗復(fù)合鹽降濾失劑WFL-1，逐漸降低中壓濾失量至7 mL，適當(dāng)沖刷井壁。

5)開動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，鉆井液密度控制在1.16 g/cm3以內(nèi)，降低鉆井液中的劣質(zhì)固相。

6)中完后充分洗井，待振動(dòng)篩無巖屑返出后，用WFL-1和HV-CMC配制60 m3稠漿(漏斗黏度大于70 s)封井，確保電測(cè)及下套管施工順利。

3.2 三開(2 000 ～4 090 m)鉆井液技術(shù)

1)開鉆前預(yù)處理。三開井段設(shè)計(jì)密度為1.15～1.55 g/cm3，地質(zhì)預(yù)報(bào)有異常高壓層，鉆井液密度可能達(dá)到2.0 g/cm3，高密度鉆井液流變性能較難控制，必須控制膨潤(rùn)土含量?，F(xiàn)場(chǎng)通過開動(dòng)離心機(jī)和加入0.5%PAM稀膠液的方法降低膨潤(rùn)土含量，將膨潤(rùn)土含量由60 g/L降低到40～45 g/L后，按照配方加入各種處理劑，充分循環(huán)，性能達(dá)設(shè)計(jì)要求后開鉆。

2)井壁穩(wěn)定技術(shù)。a)進(jìn)入沙河街組后，鉆井液密度提高到1.20 g/cm3，并在鉆進(jìn)中根據(jù)實(shí)鉆情況適時(shí)調(diào)節(jié)，保持對(duì)地層的正壓差，防止井壁坍塌掉塊;b)保持適當(dāng)?shù)你@井液流變性能。鉆井液的動(dòng)塑比控制在0.4～0.45 Pa/(mPa·s)，保證鉆井液具有良好的流變性，減弱鉆井液液流對(duì)井壁的沖蝕作用;同時(shí)在保證攜巖和井眼清潔能力的情況下，盡量保持鉆井液的低黏切，減弱壓力激動(dòng)對(duì)井壁穩(wěn)定的影響;c)提高鉆井液濾液的強(qiáng)抑制性，抑制泥頁(yè)巖水化分散。及時(shí)補(bǔ)充1.5%胺基聚醇和2%聚合醇潤(rùn)滑防塌劑膠液，配合0.3% ～0.5%PAM膠液，保證其在鉆井液中的含量充足，提高鉆井液的抑制性;d)強(qiáng)化物理封堵，通過加入3%低熒光磺化瀝青ZX-8，配合2.5%超細(xì)碳酸鈣，改善泥餅質(zhì)量，提高鉆井液的封堵防塌能力;e)降低濾失量。使用3%KFT和2%SMP-1，將中壓濾失量降低到3 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在12 mL以內(nèi)，減輕濾液向地層的滲入;f)工程上保持合適環(huán)空返速，下鉆到底開泵小排量頂通，慢慢提至正常排量，防止激動(dòng)壓力過大，造成井壁憋塌、憋漏。

3)潤(rùn)滑防卡技術(shù)。a)固相控制。保證聚合物PAM質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%以上，抑制鉆屑水化分散，同時(shí)利用固控設(shè)備及時(shí)清除無用固相，減少劣質(zhì)固相在泥漿中分散的可能性。b)補(bǔ)充足量的潤(rùn)滑劑，改善泥餅質(zhì)量。在固相控制的基礎(chǔ)上，形成薄而致密的泥餅是提高鉆井液潤(rùn)滑性的關(guān)鍵。隨著鉆進(jìn)的進(jìn)行，加入2%聚合醇潤(rùn)滑劑和瀝青類材料的加量，改善泥餅的潤(rùn)滑性，起到降低摩阻的作用。

4)中途測(cè)試措施。鉆至3 850 m進(jìn)行中途測(cè)試。測(cè)試前充分循環(huán)，井底干凈后，用1.5%聚合醇潤(rùn)滑劑、1%石墨和1%SMP-1配制封井漿封井底1 500 m，保證中途測(cè)試的正常進(jìn)行。

4 復(fù)雜情況的處理

4.1 碳酸氫根污染處理

義289井鉆至井深3 860 m，碳酸氫根質(zhì)量濃度達(dá)到9 376 mg/L，為嚴(yán)重的碳酸氫根污染?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)小組認(rèn)為原因如下:本井是重點(diǎn)評(píng)價(jià)井，鑒于發(fā)現(xiàn)油氣顯示的需要，密度一直執(zhí)行下限，不斷有地層流體侵入，后效嚴(yán)重;地質(zhì)錄井顯示，后效段CO2的體積分?jǐn)?shù)在2% ～5%之間，正常鉆進(jìn)時(shí)體積分?jǐn)?shù)在0.3% ～0.5%，因此對(duì)鉆井液造成嚴(yán)重污染。

現(xiàn)場(chǎng)通過小型試驗(yàn)確定以下處理措施:1)配制稀釋劑膠液兩罐，共20 m3，配方為:10 m3清水、0.1 tPAM、0.4 tNaOH、0.5 tSF-1，按循環(huán)周加入鉆井液中，降低鉆井液黏度和切力;2)按循環(huán)周逐漸加入CaO，充分循環(huán)，使之反應(yīng)生成CaCO3沉淀，以化學(xué)方法除碳酸氫根;3)后續(xù)鉆進(jìn)中適當(dāng)提高鉆井液密度至1.58～1.60 g/cm3，使油氣層壓而不死，活而不噴。

經(jīng)過處理，鉆井液流動(dòng)性變好，性能穩(wěn)定。處理前后鉆井液性能如表1。

表1 污染前后鉆井液性能變化情況

4.2 后效段油氣侵處理

由于密度執(zhí)行下限，油氣顯示活躍，自井深3 039 m開始，鉆進(jìn)時(shí)氣測(cè)值保持在20% ～30%，每次下鉆到底開泵循環(huán)，后效顯示嚴(yán)重，氣測(cè)最高達(dá)100%。大量油氣侵入鉆井液中，導(dǎo)致鉆井液密度下降，黏切增大，流變性不穩(wěn)。

現(xiàn)場(chǎng)處理措施:1)配制稀釋劑膠液。3 900 m前膠液配方為:10 m3清水、0.1 t聚丙烯酰胺PAM、0.3 tNaOH、0.7 t硅氟稀釋劑 SF-1;3 900 m 后膠液配方為:10 m3清水、0.1 t聚丙烯酰胺 PAM、0.25 tNaOH、0.7 t抗高溫稀釋劑GX-1。膠液均勻跟入，維持鉆井液流變性。2)均勻加入0.5%SP-80，使侵入原油得到乳化，并增強(qiáng)鉆井液的抗溫能力;3)根據(jù)后效段情況，適時(shí)開啟油氣分離器，盡量使侵入氣體從泥漿中脫附出來。

經(jīng)過處理，鉆井液流變性穩(wěn)定，順利完鉆。

5 效果及認(rèn)識(shí)

1)使用聚合物防塌鉆井液和雙聚防塌鉆井液，解決了上部地層易造漿及下部地層易坍塌的難題，施工中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無阻，電測(cè)及下套管一次成功率100%。

2)井身質(zhì)量良好，二開平均井徑擴(kuò)大率為9.2%，三開平均井徑擴(kuò)大率為7.85%，滿足了評(píng)價(jià)井對(duì)井身質(zhì)量的要求。

3)上部地層易造漿，必須保證大分子聚合物的質(zhì)量濃度在0.3%以上，控制濾失量在6～8 mL，適當(dāng)沖刷井壁，提高機(jī)械鉆速，才能預(yù)防復(fù)雜情況的發(fā)生。

4)下部地層易坍塌，必須保證防塌劑的質(zhì)量濃度在3%以上，配合超細(xì)碳酸鈣，調(diào)整鉆井液中的固相顆粒級(jí)配，使之形成良好的泥餅，隔絕壓力的傳遞;同時(shí)保持鉆井液對(duì)地層的正壓差，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

5)該區(qū)塊碳酸根污染嚴(yán)重，必須采用合適的方式處理，CaO必須逐漸加入，否則加量過多會(huì)進(jìn)一步惡化鉆井液的流變性。

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