征11井復雜地層防塌鉆井液技術(shù)

邱春陽，吳曉文，溫守云，張海青，陳二丁，王寶田

(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)

征11井復雜地層防塌鉆井液技術(shù)

邱春陽，吳曉文，溫守云，張海青，陳二丁，王寶田

(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)

征11井是準中1區(qū)塊重點預探井，完鉆井深4 540 m。下部地層巖性復雜，吐谷魯群組泥巖水化膨脹性強，易造成起下鉆遇阻;西山窯組煤層發(fā)育，易發(fā)生破碎性垮塌;三工河組泥巖堅硬，易造成應力性垮塌;三開裸眼段長，長時間施工作業(yè)易造成井壁失穩(wěn)，鉆井液技術(shù)難度大。通過優(yōu)選聚胺封堵防塌鉆井液體系，配合相應的現(xiàn)場維護處理工藝及應對復雜情況的技術(shù)措施，順利鉆至目的層，滿足了完井作業(yè)的要求。

征11井;水敏性;煤層;地應力;井壁失穩(wěn);聚胺

征11井位于準噶爾盆地車莫古隆起中部1區(qū)塊，是一口重點預探井，主探三工河組含油氣情況。該井設計井深4 540 m，一開Φ444．5 mm鉆頭鉆深149 m，Φ339．7 mm套管下深148 m;二開Φ311．2 mm鉆頭鉆深2 402 m，Φ244．5 mm套管下深2 401．77 m;三開Φ215．9 mm鉆頭鉆至井深4 540 m完鉆，Φ139．7 mm油層套管下至井深4 535．44 m完井。據(jù)實鉆資料統(tǒng)計，該區(qū)塊上部地層鉆進順利，偶爾發(fā)生起下鉆遇阻情況，通過簡單劃眼都能夠解決。但在下部地層白堊系吐谷魯群組及侏羅系的鉆井過程中井壁失穩(wěn)情況頻發(fā)，輕者起下鉆、電測遇阻，嚴重者卡鉆。下部地層的井壁失穩(wěn)問題已經(jīng)成為制約該區(qū)塊勘探速度與開發(fā)質(zhì)量的瓶頸問題之一。為提高征11井鉆探成功率，實現(xiàn)高效、快速鉆進，最大可能預防及減少復雜事故的發(fā)生，優(yōu)選了聚胺封堵防塌鉆井液體系，配合相應的現(xiàn)場維護處理工藝，順利鉆至目的層。

1　地質(zhì)概況及鉆井液技術(shù)難點

征11井自上而下鉆遇地層為新近系沙灣組、古近系紫泥泉子組、白堊系東溝組和吐谷魯群組、侏羅系西山窯組和三工河組。下部地層巖性復雜，地層壓力系數(shù)不同，施工中鉆井液技術(shù)難點如下:

1)吐谷魯群組上部棕色泥巖水敏性強，吸水后膨脹嚴重，易導致起下鉆遇阻;粉砂巖吸水后膠結(jié)強度降低，導致上覆的泥巖因支撐力減弱而垮塌，泥巖的垮塌導致與其互層砂巖發(fā)生坍塌，井壁失穩(wěn)嚴重。

2)西山窯組煤巖脆性強，強度低，起下鉆過程中在鉆具的碰撞下容易破碎，造成上覆的泥巖因失去支撐而垮塌;煤層層理、裂縫發(fā)育，微細裂縫較多，鉆井液濾液易沿層理面、裂縫及微細裂縫滲入，降低煤層間的膠結(jié)強度，促使煤層垮塌。

3)三工河組地層巖性堅硬，不易破碎，如果鉆井液液柱壓力不能平衡地層坍塌壓力，則會出現(xiàn)掉塊，且掉塊不易破碎，易發(fā)生卡鉆事故。

4)據(jù)研究，準噶爾盆地中部侏羅系發(fā)育超壓［1］，地應力作用強，當新的井眼形成后，地應力釋放，易發(fā)生應力性垮塌。

5)三開裸眼段長近2 000 m，由于巖石耐磨性強，可鉆性差，導致鉆井施工周期長，裸眼段在長時間浸泡下井壁失穩(wěn)嚴重。

2　鉆井液體系研究

2．1鉆井液配方

通過調(diào)研國內(nèi)煤層［2-4］、深井及超深井［5-8］鉆井液使用情況，結(jié)合鄰井鉆井液施工經(jīng)驗，針對征11井地層巖性特點及施工中鉆井液技術(shù)難點，經(jīng)過鉆井液體系優(yōu)選，確定使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，基本配方為:

(3．0～5．0)%(質(zhì)量分數(shù)，下同)膨潤土+(0．2～0．3)%燒堿NaOH+(0．2～0．3)%純堿Na2CO3+(0．2～0．3)%聚丙烯酸鉀KPAM+(2．0～3．0)%抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1+(2．0～3．0)%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT-2+(2．0～3．0)%磺化酚醛樹脂SMP-1+(2．0～3．0)%井壁穩(wěn)定劑HQ-1+(1．0～2．0)%非滲透處理劑+(0．5～1．5)%胺基聚醇+(2．0～4．0)%超細碳酸鈣+(2．0～3．0)%白油。

2．2作用機理

聚胺封堵防塌鉆井液體系是在聚磺鉆井液體系的基礎上引入胺基聚醇和非滲透處理劑而形成的抑制性及封堵能力強的鉆井液體系。由于引入胺基聚醇，體系的抑制性得到增強，原因如下:胺基聚醇含有多個獨立的胺基，胺基可充填在黏土顆粒的晶層之間，并把它們束縛在一起，有效地減少粘土的吸水傾向;另外胺基聚醇在體系中顯堿性，并使體系的pH值長時間保持在堿性范圍內(nèi)，能夠使鉆井液體系中各個處理劑的效能得到有效發(fā)揮，因此其抑制作用具有長效性［9］。非滲透處理劑的引入增強了體系的封堵性能，因為非滲透處理劑能夠在井壁巖石表面形成致密非滲透封堵薄膜，有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁巖地層，穩(wěn)定井壁［10］。

3　性能評價

3．1抑制性能評價

采用頁巖膨脹實驗和抑制巖屑分散實驗，對聚磺防塌鉆井液和聚胺封堵防塌鉆井液的抑制性進行了考察，聚磺防塌鉆井液8 h巖心膨脹高度為2．65 mm，巖屑回收率為67．4%;而聚胺封堵防塌鉆井液8 h巖心膨脹高度為1．22 mm，巖屑回收率為90．5%，顯著高于聚磺防塌鉆井液相對應的數(shù)值，可見聚胺封堵防塌鉆井液抑制性強于聚磺防塌鉆井液，胺基聚醇的引入增強了體系的抑制性，能夠降低泥頁巖的水化膨脹。

3．2封堵性能評價

采用直徑為30～40目的石英砂作為過濾介質(zhì)，分別加入聚磺防塌鉆井液和聚胺封堵防塌鉆井液，固定后加壓0．69 MPa，評價鉆井液的封堵能力。聚磺防塌鉆井液在加壓15 min和60 min后侵入砂床的深度分別為1．2 cm和3．8 cm;而聚胺封堵防塌鉆井液在加壓15 min和60 min后侵入深度分別為

1．1 cm和1．8 cm，二者相差不大，說明聚胺封堵防塌鉆井液能夠形成承壓封堵帶，阻止濾液向地層滲透。

4　現(xiàn)場應用情況

4．1現(xiàn)場施工工藝

1)開鉆前在套管內(nèi)凈化二開井漿，然后按照配方加入各種處理劑，充分循環(huán)，性能達到設計要求后開鉆。

2)鉆井液密度控制在設計下限，鉆進中根據(jù)返砂情況及地層壓力監(jiān)測情況及時調(diào)整，保持井壁穩(wěn)定。

3)漏斗粘度控制在45 s左右;西山窯組后，漏斗粘度控制在55 s左右;三工河組漏斗粘度控制在60 s左右，增強鉆井液的護壁防塌及懸浮攜帶能力。

4)胺基聚醇含量控制在1%，保證聚合物的含量充足，抑制粘土礦物水化及巖屑分散。5)使用井壁穩(wěn)定劑、超細碳酸鈣和非滲透處理劑，對地層孔隙及微細裂縫進行封堵。6)中壓濾失量控制在5～8 mL，適當沖刷井壁。吐谷魯群組底部中壓濾失量控制在5 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在10 mL以內(nèi)，防止地層吸水膨脹。

7)保持振動篩、除砂器及除泥器運轉(zhuǎn)率達到100%，并合理使用離心機，清除鉆井液中的劣質(zhì)固相和低密度固相，凈化鉆井液。

8)電測前充分循環(huán)鉆井液，配置80 s以上的稠漿凈化井眼。電測及下套管期間配制潤滑稠漿封井，保證電測及下套管順利。

4．2復雜情況處理

4．2．1情況介紹

征11井完井電測遇阻4次，延誤鉆井周期，以第一次遇阻為例進行說明。電測儀器下到3 950 m處有顯示，沖到3 980 m遇阻，下鉆通井，在3 980 m處有顯示，下壓4 t后通過，其它井段順利下入，下鉆至井底沉砂6 m。開泵循環(huán)，上返鉆井液漏斗黏度高，循環(huán)時帶上來一些掉塊，從巖性和特征上分析，掉塊分屬不同的地層。循環(huán)同時，加入處理劑調(diào)整鉆井液性能，調(diào)整完后鉆井液性能如表1。

循環(huán)調(diào)整后，短起25柱，短起正常。起鉆前用0．8 t白油、0．5 t胺基聚醇、0．5 t井壁穩(wěn)定劑HQ-1、0．3 t磺化酚醛樹脂SMP-1、0．2 t土粉和0．5 t塑料小球配30 m3滴流鉆井液封井，封住井底800 m井段。封完井后起鉆，起鉆正常，進行第二次測井。

第二次測井時，儀器下到距井底4 m時遇阻，下鉆通井，開動四級固控設備，降低鉆井液中的劣質(zhì)固相含量;然后加入稀釋劑，降低鉆井液的粘切。充分循環(huán)，待振動篩無返砂后，配制滴流鉆井液封井。

第三次測井時，儀器下至4 450 m遇阻，反復活動后下至井底。起電纜時遇阻嚴重，起至4 300 m時測井徑電極壞，重新補測順利。測井徑結(jié)束后進行通井，加入防塌劑，提高鉆井液的粘切，適當提高鉆井液密度，增強鉆井液的封堵防塌能力，充分循環(huán)后封井。

第四次測井時，第一趟順利，第二趟和第三趟起下電纜有多點遇阻顯示，第四趟測地層傾角時，起電纜時遇卡，反復活動后提出電纜，下鉆通井，加入防塌劑，增強鉆井液的防塌能力;并使用稀釋劑，調(diào)整鉆井液的流變性。充分循環(huán)后，配制滴流鉆井液封井，進行第五次電測，測井兩趟，成功率100%。

4．2．2測井遇阻原因分析

1)西山窯組煤層不穩(wěn)定及三工河組泥頁巖夾層多導致多處井段形成大肚子“糖葫蘆”井眼和“鋸齒形”井眼。循環(huán)時，掉塊積聚在大肚子處;當鉆井液靜止時，掉塊下沉，造成電測遇阻。

2)西山窯組和三工河組地應力作用強，鉆井液循環(huán)時的當量密度能夠平衡地層應力或者略低于地層坍塌壓力，因此在鉆進過程中掉塊少，井壁穩(wěn)定;鉆井液靜止時，鉆井液靜密度不能平衡地層應力，導致出現(xiàn)掉塊。這一點從后面提高鉆井液密度后滿足測井要求即可看出。

3)鉆井液長期和地層泥頁巖接觸，泥頁巖吸水后改變了巖石的應力狀態(tài)，導致地層坍塌壓力增加，平衡坍塌壓力所需要的鉆井液密度加大;并且泥頁巖裸露在鉆井液的時間越長，地層坍塌壓力越大，相應平衡此坍塌壓力所需要的鉆井液密度就越大，這也就是多次通井井壁依然失穩(wěn)的原因。

5　結(jié)論及建議

1)聚胺封堵防塌鉆井液抑制性好，封堵性強，解決了吐谷魯群組水敏性泥巖垮塌的難題;緩解了西山窯組煤層和三工河組硬脆性泥巖的垮塌。

2)完井時電測遇阻，通過采取合理的鉆井液技術(shù)措施和工程措施，保證了測井作業(yè)的最終完成。

3)井壁失穩(wěn)根源于力學失穩(wěn)。井壁穩(wěn)定的前提是合理的鉆井液密度，關(guān)鍵是具有較強的封堵造壁性能，基礎是鉆井液具有良好的流變性。

4)該區(qū)塊侏羅系井壁失穩(wěn)嚴重，必須加足防塌劑和降濾失劑，增強鉆井液的濾失造壁性能，保證鉆井液能夠?qū)Φ貙舆M行嚴封堵，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

［1］曲江秀，查明．準噶爾盆地異常壓力類型及成因探討［J］．石油實驗地質(zhì)，2003，25(4):333－336．

［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．

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［4］梁大川，蒲曉林，徐興華．煤巖坍塌的特殊性及鉆井液對策［J］．西南石油學院學報，2002，24(6):28－31．

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簡訊

我校獲批承德市儀器儀表平臺服務建設項目經(jīng)過前期的調(diào)研、論證，科技處充分準備，由副校長于立國主持申報的承德儀器儀表產(chǎn)業(yè)群公共服務平臺建設項目獲得市工信局、財政局批準，資助經(jīng)費50萬元。

Drilling Fluid Technology of Complicated Formation in Zheng 11 Well

QIU Chun-yang，WU Xiao-wen，WEN Shou-yun，ZHANG Hai-qing，CHEN Er-ding，WANG Bao-tian
(Drilling Engineering Technology Corporation，Shengli Petroleum Engineer Co．，LTD，Dongying 257064，Shandong，China)

Zheng 11 well was an important exploration well，and was located in the first oilfield in Junggar Basin．The total depth was 4 540 m．The petrography character was very complicated in down formation in the area．Blockage tripping easily occurred because hydrous disintegration of argillutite in Tuguluqun formation．Crisp collapse often occurred in Xishanyao formation because compressive strength and rupture strength of coal bed was poor．Stress collapse about hard and crisp mudstone occurred usually in Sangonghe formation．The wellbore was very instabile because barefoot interval was long and drilling term was long．The target stratum was drilled after poly-amine formation sealing and anti-caving drilling fluid was used．With the help of onsite drilling fluid maintenance and handling technics，and technology measure of dealing with the complex situation，the demand of drilling operation was met．

Zheng 11 well;water sensitivity;coal bed;ground stress;wellbore instability;polyamine

TE25

B

1008-9446(2015)01-0006-04

2014-11-20

邱春陽(1978－)，男，遼寧鐵嶺人，中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司工程師，碩士，主要從事鉆井液體系研究和技術(shù)服務工作。