玉北地區(qū)鉆井液技術(shù)

劉 偉

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司泥漿公司，山東 東營 257062)

玉北地區(qū)位于塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠西南邊緣，屬于麥蓋提斜坡構(gòu)造帶，是中國石化西部地區(qū)的重點(diǎn)勘探開發(fā)區(qū)域。采用四開制方式鉆進(jìn)，一開井段采用Φ444.5mm鉆頭鉆進(jìn)至800～1 000mm，下入Φ339.7 mm套管;二開井段采用Φ331.1 mm鉆頭開鉆，鉆進(jìn)至3 500～3 600 m中完，下入Φ244.5 mm套管;三開井段采用Φ215.9 mm鉆頭，鉆進(jìn)至井深5 100～5 200 m中完，下入Φ177.8 mm套管，四開井段采用Φ152.4 mm鉆頭，鉆進(jìn)至井深5 500～5 600 m裸眼完鉆。由于該地區(qū)古近系膏巖層易蠕變縮徑、二疊系火成巖地層易垮塌掉塊、奧陶系灰?guī)r地層易漏，導(dǎo)致鉆井周期長、機(jī)械鉆速低、復(fù)雜情況多。為了縮短鉆井周期，加快勘探開發(fā)進(jìn)度，在分析地層特點(diǎn)及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究應(yīng)用了KCl鉆井液技術(shù)，成功克服了該地區(qū)鉆井施工的各種難題[1-3］。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1)攜巖及阻卡問題。一開和二開鉆遇地層膠結(jié)疏松，欠壓實(shí)，泥巖易水化膨脹，砂巖易滲漏，造成井眼縮徑等復(fù)雜情況，大井眼攜巖問題和井壁穩(wěn)定問題是上部地層鉆進(jìn)的關(guān)鍵。同時做好隨鉆堵漏工作，改善上部地層滲漏并提高地層承壓能力，減少復(fù)雜情況的發(fā)生。

2)高壓鹽水侵的預(yù)防和處理。勝和2井在古近系和二疊系有高壓鹽水層，玉北1井在古近系有高壓鹽水層，在相應(yīng)層位要密切監(jiān)測鉆井液性能，做好高壓鹽水層的預(yù)防和處理工作，防止因鹽水侵導(dǎo)致鉆井液性能惡化，影響井下安全[4］。

3)泥膏巖的預(yù)防和處理。根據(jù)地質(zhì)預(yù)測及鄰區(qū)勝和2井和玉北1井實(shí)鉆情況，古近系發(fā)育泥膏巖、石膏巖和含膏泥巖;石炭系巴楚組有膏質(zhì)泥巖，易發(fā)生泥膏巖縮徑。鉆至相應(yīng)井段之前應(yīng)及時提高鉆井液密度，抑制膏巖蠕變縮徑，鉆進(jìn)期間，根據(jù)鉆井液性能及時補(bǔ)充抗鹽抗鈣處理劑，并在該段加強(qiáng)短起下鉆作業(yè)[5-6］。

4)井壁穩(wěn)定和漏失。玉北1井在二疊系開派茲雷克組掉塊嚴(yán)重，勝和2井在二疊系發(fā)生2次卡鉆，因此在三開井段應(yīng)重點(diǎn)做好井壁穩(wěn)定，在控制合理的鉆井液密度前提下，使用抑制防塌劑與封堵防塌劑相結(jié)合，提高井壁穩(wěn)定能力。玉北1井在石炭系巴楚組發(fā)生井漏，鉆進(jìn)時應(yīng)注意防漏[7-9］。

2 地層特點(diǎn)及鉆井液體系選擇

一開鉆遇第四系西域組，上新統(tǒng)阿圖什組，鉆遇地層巖性以散砂、含礫砂巖以及粉砂巖為主，成巖性差、膠結(jié)疏松，極易發(fā)生竄漏和垮塌。鉆井液主要以巖屑攜帶、井壁穩(wěn)定和防漏為重點(diǎn)。因此一開井段施工采用膨潤土聚合物鉆井液體系。

二開鉆遇新近系和古近系。新近系以砂巖、粉砂巖、泥巖為主，克孜洛依組下部含膏泥巖，古近系上部為灰白色膏泥巖，石膏巖、含泥石膏夾薄層灰白色含泥質(zhì)白云巖，底部為灰褐色含膏泥巖，鉆進(jìn)時應(yīng)注意鉆井液污染，防粘卡，因此，二開井段施工采用KCl聚合物鉆井液體系和KCl聚磺鉆井液體系。

三開主要鉆遇二疊系上統(tǒng)沙井子組、中統(tǒng)開派茲雷克組、下統(tǒng)庫普庫茲滿組、下統(tǒng)南閘組、石炭系上統(tǒng)小海子組、下統(tǒng)卡拉沙依組、下統(tǒng)巴楚組，地層巖性復(fù)雜，掉塊多，易垮塌。因此，三開井段的施工采用KCl聚磺防塌鉆井液體系。

四開主要鉆遇奧陶系，奧陶系多為淺灰、淺黃灰色含泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，該地層具有成巖性好、可鉆性差、地層溫度高等特點(diǎn)。因此，本井段采用低固相聚磺鉆井液體系，既能保證鉆井液性能穩(wěn)定，又能提高鉆速。

3 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

3.1 一開鉆井液技術(shù)

1)一開前，準(zhǔn)備200 m3預(yù)水化好的膨潤土漿。膨潤土漿配方:淡水、0.3% ～0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)純堿、0.1% ～0.2%燒堿、5% ～7%膨潤土。按配方配好后，充分?jǐn)嚢杈鶆?，水?4 h。

2)由于上部地層成巖性較差，井眼大，滲透性好，容易有微小裂縫，所以在鉆進(jìn)過程中加入0.2%的非滲透材料LW-7封堵微小裂縫，減小泥漿消耗。

3)大排量循環(huán)徹底清洗井眼，起鉆前用粘度80～100 s(漏斗粘度)的優(yōu)質(zhì)鉆井液封住井底和導(dǎo)眼鞋，確保下套管和完井作業(yè)順利。

3.2 二開鉆井液技術(shù)

1)在一開鉆井液基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換成KCl聚合物鉆井液體系，轉(zhuǎn)換前將鉆井液膨潤土含量降到30～35 kg/m3?；九浞綖?淡水、3% ～4%膨潤土、3% ～5%KCl、0.2% ～0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽、0.5% ～1.0%聚丙烯腈銨鹽、0.2% ～0.4%聚合物包被劑、1% ～2%超細(xì)碳酸鈣。

2)新近系泥巖易水化膨脹，砂巖易形成虛厚泥餅，會造成井眼縮徑復(fù)雜情況。鉆井液應(yīng)采用大、中、小分子聚合物復(fù)配，加強(qiáng)鉆井液的抑制性能;配合適量潤滑劑、清潔劑，改善泥餅質(zhì)量，并調(diào)整、優(yōu)化鉆井液流型，從而解決上部大井眼快速鉆進(jìn)的攜巖問題以及阻卡問題。

3)鉆進(jìn)至2 500～3 000 m，逐漸加入磺化類抗溫材料，將鉆井液體系轉(zhuǎn)換為KCl聚磺鉆井液?；九浞綖?淡水、3% ～4%膨潤土、2% ～3%聚合醇防塌劑、2% ～3%瀝青、1.0% ～1.5%聚丙烯腈鉀鹽、2% ～3%磺化酚醛樹脂SMP-2、1% ～2%褐煤樹脂、0.5% ～1.0%液體潤滑劑。

4)古近系地層含有泥膏巖、石膏巖以及含膏泥巖，該井段鉆進(jìn)期間增強(qiáng)體系抑制性的同時，及時加入重晶石提高鉆井液密度，并且增加KCl的加量至8%，減少阻卡等井下復(fù)雜情況。

5)由于古近系可能鉆遇泥膏巖，鉆井液密度將會升高，同一井眼段所需平衡地層的鉆井液密度差別大，易造成壓差卡鉆，因此在新近系砂巖地層鉆進(jìn)期間及時提高鉆井液的封堵性。將KCl聚磺鉆井液轉(zhuǎn)換為KCl聚磺封堵鉆井液，減少滲透性漏失，提高井壁承壓能力?；九浞綖?淡水、3% ～4%膨潤土、5～8%KCl、1.0% ～1.5%K-PAM、2% ～3%磺化酚醛樹脂 SMP-2、1% ～2%褐煤樹脂、2% ～3%聚合醇防塌劑、0.5% ～1.0%液體潤滑劑、2% ～3%瀝青、0.3% ～0.5%單向壓力屏蔽劑、0.5% ～1%超細(xì)碳酸鈣。

3.3 三開鉆井液技術(shù)

3.3.1 鉆井液及配方

三開采用抗鹽抗高溫KCl聚磺防塌鉆井液體系。通過室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用確定了基本配方為:3.5% 膨潤土、0.2%燒堿、0.4%聚丙烯酸鉀、6%KCl、3%聚合醇防塌劑、2%無熒光防塌劑、2%乳化瀝青、1.5%聚丙烯腈鉀鹽、3%磺化酚醛樹脂、3%褐煤樹脂、1.0%液體潤滑劑、2%超細(xì)碳酸鈣。其性能評價見表1～表3。

表1 KCl聚磺防塌鉆井液基本性能及抗溫性能

從表1中可以看出，KCl聚磺鉆井液密度為1.70 g/cm3時，在120、150、180℃不同溫度下滾動不同時間后，鉆井液的流變性、濾失造壁性、潤滑性均較好，高溫高壓濾失量較低，表明該鉆井液具有較好的抗溫性。

表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在該鉆井液中分別加入5%三級土、5%NaCl和0.5%CaSO4后，性能幾乎沒有變化，表明該鉆井液具有較強(qiáng)的抗污染能力。

表2 KCl聚磺鉆井液抗污染性能

表3巖屑滾動回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，該鉆井液具有更強(qiáng)的抑制性。

表3 巖屑滾動回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.2 鉆井液維護(hù)處理措施

1)二疊系中統(tǒng)火成巖地層易剝落掉塊，鉆進(jìn)時注意預(yù)防井壁垮塌及井漏。二疊系鉆進(jìn)期間，及時補(bǔ)充防塌劑，防塌劑采用聚合醇、有機(jī)硅醇抑制劑與瀝青類復(fù)配防塌，加大防塌劑加量的同時加入單向壓力屏蔽劑等屏蔽暫堵劑，以提高地層承壓能力。

2)在做好化學(xué)防塌的同時注意物理防塌，結(jié)合巖屑返出情況，及時調(diào)整鉆井液密度。

3)石炭系卡拉沙依組、巴楚組存在油氣層段，在進(jìn)入油氣層段前，在鉆井液加入0.5% ～1%非滲透處理劑、1% ～2%超細(xì)碳酸鈣、0.3% ～0.5%單向壓力屏蔽劑，對地層進(jìn)行暫堵，保護(hù)油氣層。基本配方:3.5%膨潤土、0.2%燒堿、0.4%聚丙烯酸鉀、6%KCl、3%聚合醇防塌劑、2%無熒光防塌劑、2%乳化瀝青、1.5%聚丙烯腈鉀鹽、3%磺化酚醛樹脂、3%褐煤樹脂、1.0%液體潤滑劑、0.5% ～1%非滲透處理劑、0.3% ～0.5%單向壓力屏蔽劑、1% ～2%超細(xì)碳酸鈣。

4)確保鉆井液潤滑性能良好，摩阻系數(shù)小于0.08，泥餅致密有韌性。

3.4 四開鉆井液技術(shù)

1)本井段井溫較高，確保鉆井液具有良好的抗溫性和熱穩(wěn)定性，加足磺化類材料維護(hù)其鉆井液性能，控制好合理的膨潤土含量。

2)進(jìn)入奧陶系，低固相聚磺鉆井液體系保護(hù)油氣層。基本配方:5%膨潤土、0.2%燒堿、0.4%聚丙烯酸鉀、2% ～3%無熒光防塌劑、1% ～3%磺化酚醛樹脂、2% ～3%褐煤樹脂、0.5% ～1%非滲透處理劑、0.3% ～0.5%單向壓力屏蔽劑、1.0%液體潤滑劑、1% ～2%超細(xì)碳酸鈣。

4 結(jié)論

1)上部地層成巖性較差，井眼大，滲透性好，容易有微小裂縫，在鉆進(jìn)過程中加入0.2%的非滲透材料LW-7封堵微小裂縫，減小泥漿消耗，并且提高鉆井液排量保證井眼的凈化。

2)上部泥巖井段必須保證合理的鉆井液密度以及KCl加量，抑制泥巖水化膨脹造成的縮徑，保證井眼暢通。

3)下部地層掉塊多，易坍塌，選擇合理的鉆井液配方，加入足量的防塌材料，并結(jié)合物理防塌的原理合理控制鉆井液密度，防止井塌的發(fā)生。

4)四開奧陶系井段可采用低固相聚磺鉆井液解決深井地層可鉆性差的難題，從而達(dá)到提高鉆時的目的。

[1]林集，廖剛，李勇波.氯化鉀/聚合醇鉆井液體系的研究及性能評價[J］.西南石油大學(xué)學(xué)報，2007(2):82－85.

[2]邱正松，韓祝國，徐加放，等.KCl/聚合醇協(xié)同防塌作用機(jī)理研究[J］.鉆井液與完井液，2006，23(2):1－3.

[3]艾貴成，王寶成，李佳軍.深井小井眼鉆井液技術(shù)[J］.石油鉆采工藝，2007，29(3):86－88.

[4]王亮，吳正權(quán)，曾建，等.聚合醇在鉆井液中濁點(diǎn)變化規(guī)律研究及應(yīng)用[J］.鉆采工藝，2009，32(6):85－87.

[5]梁大川，羅平亞，劉向君，等.鉆井液處理劑及體系對泥頁巖坍塌壓力的影響研究[J］.鉆采工藝，2011，34(2):83－85.

[6]任皓.國外抗高溫鉆井液及添加劑綜述[J］.鉆采工藝，1994(1):34－38.

[7]易浩，白彬珍，趙志國，等.玉北地區(qū)深井快速鉆井技術(shù)[J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39(6):27－30.

[8]郭峰，郭嶺.柴達(dá)木盆地西部古近系湖相風(fēng)暴巖[J］.新疆地質(zhì)，2011，29(2):125－129.

[9]劉傳虎，王學(xué)忠.構(gòu)造—層序分析模型地震響應(yīng)特征與應(yīng)用[J］.石油地球物理勘探，2011，46(6):938－943.