鹽227－4HF長裸眼長水平井鉆井液技術(shù)

李秀靈，郭 輝

(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)

鹽227單元位于東營北部陡坡帶陳家莊凸起南側(cè)，基底斷裂坡度較陡，沉積地層厚度大，砂礫巖體發(fā)育，含油面積1.5 km2，地質(zhì)儲量270×104t。由于埋藏深，鉆井成本高，常規(guī)開發(fā)技術(shù)效益差，目前鹽227單元沙四4－5砂礫巖體處于探明未動用狀態(tài)。為提高本單元儲量動用程度，設(shè)計采用長水平段水平井進行開發(fā)。鹽227－4HF井是勝利油田在濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡構(gòu)造帶鹽227井砂礫巖體較高部位長水平段水平井，為油田的一口重要的非常規(guī)開發(fā)井，目的層為沙四上純上亞段，儲層段砂礫巖體厚度較大，為低孔特低滲透儲層。該井完鉆井深為4 323 m，垂深為3 460 m，最大井斜為81°，水平段長為927.69 m。本文介紹了二開、三開鉆井液技術(shù)。

1 鉆井液技術(shù)難點

1)穩(wěn)定井壁、防塌技術(shù)。由于二開井眼較大，缺失沙一段，沙河街地層較淺，沙二段僅10 m，沙三中以上地層長時間浸泡，易發(fā)生坍塌;三開裸眼段長2 089 m，其中直井段長550 m，主要為硬脆性泥頁巖［1－3］易出現(xiàn)坍塌性掉塊，對井壁造成破壞。沙三下和沙四上純上亞段泥頁巖微裂縫、層理發(fā)育極易發(fā)生坍塌掉塊，造成起下鉆阻卡、憋泵。該井水平位移大、水平段長，鉆進周期長，沙三段、沙四上上部砂泥互層易垮塌。因此防止井壁坍塌，維護井壁穩(wěn)定是該井施工的關(guān)鍵。

2)潤滑減阻技術(shù)。該井斜井段和水平段垂深超過3 000 m，水平段實鉆密度與沙河街組地層壓力當(dāng)量密度大于0.50 g/cm3，在此高壓差下，鉆井液易形成厚泥餅，加上裸眼段長，極易“托壓”，對鉆井液的潤滑性要求很高。長水平段起下鉆過程中的降摩減阻技術(shù)也是該井的難點。

3)井眼凈化技術(shù)。井眼大，鉆速快，鉆屑多，攜帶巖屑的難度較大;在大斜度井段和長水平段易形成巖屑床，井眼清潔難度大。

4)耐溫抗污染能力要求高。為提高鉆井速度，減輕對特低滲儲層的傷害，采用欠平衡鉆進，由于液柱壓力難以平衡地層壓力，地層水會污染鉆井液;井底溫度高達138℃，要求鉆井液具有良好抗溫性。

5)特低滲儲層的保護技術(shù)。該區(qū)塊目的層為特低滲儲層，注重油層保護［4－5］，嚴格控制鉆井液濾失量，減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發(fā)生堵塞和水鎖、水敏效應(yīng)，降低鉆井液對儲層的傷害。

2 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

2.1 二開(201～2 302 m)

二開主要鉆遇明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙三中上部地層，其中明化鎮(zhèn)組地層松軟，易發(fā)生坍塌卡鉆，東營組地層造漿嚴重，沙河街組缺失沙一段，地層較淺，采用聚合物防塌鉆井液體系，防止井壁坍塌，現(xiàn)場主要采取4項鉆井液技術(shù)。

1)控制鉆井液密度。鉆遇沙三中地層后，按照循環(huán)周期0.01～0.02 g/cm3的幅度均勻提高井漿密度:從 1.08 g/cm3升至 1.13，1.25，1.40 g/cm3，用 1.40 g/cm3的密度鉆至完鉆。使用固控設(shè)備，清除有害固相，控制鉆井液密度自然上升。

2)控制鉆井液流變性、提高封堵性，保證井眼清潔。以0.2%～0.4%PAM、1.5%～2.0%銨鹽復(fù)配控制鉆井液流變性。用天然高分子降濾失劑、抗高溫抗鹽降濾失劑、膠乳瀝青、磺酸鹽共聚物和超細碳酸鈣等處理劑，提高鉆井液的封堵防塌性，降低鉆井液濾失量，滿足二開大井眼中懸浮巖屑和清潔井眼的需要。由于本井缺失沙一段，沙二段僅10 m，因此，進入沙河街地層1 475 m前，迅速調(diào)整鉆井液性能，鉆井液密度保持在1.15～1.17 g/cm3，黏度保持在 40～55 s，API濾失量控制在5 mL以內(nèi)。采用膠乳瀝青作為主要封堵劑，并配合使用超細碳酸鈣，封堵井壁，控制鉆井液API濾失量至4 mL以內(nèi)，直至二開完鉆。

3)體系pH的調(diào)控。在鉆遇CO2前，將鉆井液pH控制在8.5～9.0，防止巖屑細分散。鉆遇CO2后，加入KOH，NaOH處理，控制pH在9.0～10.0。

4)固井前處理措施。完鉆后通過短起下鉆保證井眼暢通，充分循環(huán)鉆井液后封住下部裸眼段，保證電測及下套管作業(yè)順利。

2.2 三開(2 302～4 391 m)

2.2.1 三開直井段(2 302～2 850 m)

該直井段地層主要為硬脆性泥頁巖易出現(xiàn)坍塌性掉塊，對后期施工造成不利因素，是全井施工的重點。采取3項鉆井液技術(shù)，直井段采用聚合物膠束封堵防塌鉆井液體系。

1)穩(wěn)定井壁技術(shù)。三開施工前將二開鉆井液在套管內(nèi)進行預(yù)處理，開啟離心機清除劣質(zhì)固相，土含量控制在60～80 g/L，黏度降至40 s，調(diào)整鉆井液性能。依據(jù)沙河街組地層的坍塌壓力、破裂壓力和地應(yīng)力等預(yù)測數(shù)據(jù)和鄰井測試壓力系數(shù)確定合理的鉆井液密度，保持地層的力學(xué)穩(wěn)定。加足鋁基聚合物、胺類抑制劑、超細碳酸鈣、膠乳瀝青等處理劑，提高鉆井液的抑制性、封堵性，減少鉆井液中自由水的侵入，通過對地層孔隙的填充和封堵，確保井壁穩(wěn)定，使泥餅變得光滑、致密。加入部分油性材料，降低失水，嚴格控制濾失量，改善泥餅質(zhì)量，穩(wěn)定井壁。

2)防塌、防卡技術(shù)。由于三開裸眼段長2 089 m，根據(jù)地質(zhì)預(yù)測，通過根據(jù)井下實際情況慢慢提高密度，達到支撐井壁的硬性標(biāo)準。加足抑制劑，提高鉆井液中聚合物含量，增強鉆井液抑制黏土水化膨脹能力。各主要防塌材料按照三開強抑制防塌鉆井液體系補充至上限，慢慢加入超細CaCO3、膠乳瀝青等，并保持其含量達5.0%，改善泥餅質(zhì)量，封堵泥頁巖裂縫，降低鉆井液高溫失水，進一步提高鉆井液的防塌能力。同時，該井段施工中為大段的泥頁巖，造漿嚴重，糊篩布，加入適量清水，保證泥漿中自由水含量。

3)井眼凈化技術(shù)。控制鉆井液黏度在45～55 s，API濾失量≤3.0 mL，高溫高壓濾失量≤12 mL，切力:(5～10)/(10～20)Pa，pH:8.0～8.5。保持鉆井液具有良好的流變性和攜帶巖屑能力，利用固控設(shè)備，控制含砂量≤0.3%。

2.2.2 三開斜井段(2 850～3 446 m)

隨著井斜的增大，鉆具受重力的作用，向下井壁整體傾斜，使得鉆具與井壁的摩阻、扭矩均較大。使如何改善泥餅質(zhì)量，降低鉆柱與井壁間摩阻與扭矩，防止卡鉆事故發(fā)生顯得尤為重要。斜井段采取2項鉆井液技術(shù)。

1)潤滑減阻、防卡技術(shù)。在工程方面，保證定向軌跡平滑，避免狗腿肚的形成。通過固控設(shè)備和絮凝包被抑制劑，清除無用固相，調(diào)整控制鉆井液的流變性，在二開原漿基礎(chǔ)上，補充大量的護膠劑，充分保證泥漿的穩(wěn)定性，降低失水，嚴格控制高溫高壓濾失量，改善泥餅質(zhì)量。在造斜點前200 m，加入乳化劑、原油和固體潤滑劑，進入斜井段后，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，定期混入原油，提高鉆井液潤滑性能。保證鉆井液在井壁形成薄韌、潤滑性良好的泥餅，為順利造斜創(chuàng)造條件，保證定向鉆進過程中較低的摩阻和復(fù)合鉆進過程中較小的扭矩。進行短起下鉆，下鉆到底后，充分循環(huán)鉆井液，起鉆前配制漏斗黏度為80 s的封井漿封井，保證動力鉆具能順利下入。

2)防塌、井眼凈化技術(shù)。由于該井的斜井段為沙三下和沙四上上部地層，因此控制井壁穩(wěn)定，防止井壁坍塌是本井段施工成功的關(guān)鍵之一。斜井段定向鉆進期間，加足抑制、防塌材料，強化泥餅質(zhì)量，使體系具有良好的潤滑性能和封堵能力，進一步降低失水?？刂沏@井液黏度在50～60 s，密度在 1.20～ 1.25 g/cm3，F(xiàn)LAPI≤3.0 mL，F(xiàn)LHTHP≤10 mL，切力(5～10)Pa/(10～20)Pa，pH:8.0～8.5。使鉆井液在斜井段具有優(yōu)良的流變性和合理的環(huán)空流型，清潔井眼，起下鉆正常，未發(fā)生巖屑床形成。

2.2.3 三開水平段(3 446～4 323 m)

該井段為目的層，位于沙四上純上亞段，水平位移長達927.69 m，使用聚合物膠束封堵防塌混油鉆井液。

1)穩(wěn)定井壁、井眼清潔技術(shù)。隨著水平井水平段延長，鉆屑由沿直井的軸向下滑動改為沿斜井的徑向下滑動，鉆屑在下井壁形成巖屑床，巖屑床越厚，與鉆柱的接觸面積越大，從而造成一些復(fù)雜事故的發(fā)生。井眼清潔是關(guān)鍵。首先通過固控設(shè)備和絮凝包被抑制劑，清除無用固相。合理控制鉆井液的流變性能，既保證攜巖能力，又防止鉆屑黏附井壁。主要調(diào)整鉆井液的稠化系數(shù)K值、φ3 讀數(shù)，使 K 值控制在 0.5～0.8 Pa·sn，φ3，φ6讀數(shù)不能太低，初切力大于2 Pa。制定合理排量，盡量保證鉆井液的環(huán)空返速，定期短起下，破壞巖屑床。增加旋轉(zhuǎn)鉆進時間，減少滑動鉆進時間。同時，本井為大位移水平井，長水平段鉆進周期長，砂礫巖鉆時較慢，沙三段、沙四上上部砂泥互層易垮塌，鉆井液性能調(diào)整以維護為主，以膠液的形式定期補充抗高溫降濾失劑、抑制劑、封堵防塌劑，避免大幅改變鉆井液性能導(dǎo)致上部泥頁巖地層垮塌，保證井壁穩(wěn)定，防止發(fā)生井下復(fù)雜與事故。鉆入目的層井段后為確保施工安全，每次起鉆前要通過短起下，確定油氣上竄速度在安全范圍內(nèi)，方可起鉆。電測前凈化井眼，配制潤滑封井漿封井，確保電測順利。

2)潤滑減阻防摩損技術(shù)。本井水平位移大、水平段長，鉆進過程中，施工摩阻升高、扭矩增大、脫壓嚴重。因此，需及時了解摩阻和扭矩等的變化情況，鉆井液中原油有效含量不低于12%，鉆進后期加入適量乳化劑使原油的潤滑效果達最佳，保證鉆井液具有良好的潤滑性能，泥餅?zāi)Σ料禂?shù)不大于0.03。該地層磨損鉆頭、鉆具嚴重，必須加強固控設(shè)備使用率，定向后振動篩使用180目篩布并適當(dāng)開啟離心機，嚴格控制鉆井液的含砂量及劣質(zhì)固相。鉆進后期加入1%～2%固體潤滑劑降低摩阻和扭矩。根據(jù)井下情況及時進行短程起下鉆，以破壞巖屑床，清除井內(nèi)巖屑，降低井眼中的巖屑濃度。

3)抗鹽抗溫技術(shù)。井底溫度高，儲層溫度達138℃，地層溫度梯度3.49℃/100 m，控制井漿中膨潤土含量，防止鉆井液高溫變性，定期以膠液的形式補充抗高溫降濾失劑SMP、抑制劑、封堵防塌劑等處理劑，控制 FLAPI≤3.0 mL，F(xiàn)LHTHP≤10 mL，避免大幅改變鉆井液性能導(dǎo)致上部泥頁巖地層垮塌，保證井壁穩(wěn)定。

4)特低滲地層油層保護技術(shù)。該井目的層在沙四上純上亞段，為低孔特低滲透儲層，要注意油層保護。在進入儲層前200 m，加入不同粒徑的超細碳酸鈣、膠乳瀝青等封堵材料，在近形成屏蔽暫堵帶，以胺類抑制劑等處理劑確保濾液有足夠的抑制性，嚴格控制濾失量＜3 mL，含砂量＜0.1%，最大程度上減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發(fā)生堵塞和水鎖、水敏效應(yīng)，最大限度降低鉆井液對儲層的傷害。

3 結(jié)論

1)井深超過4 000 m，井底溫度穩(wěn)定接近或超過140℃時，需防止鉆井液高溫增稠或減稠，注意鉆井液流變性能的變化，及時調(diào)整至合適范圍，使鉆井液具有良好的流變性能和攜帶巖屑能力。

2)鉆遇長段泥頁巖地層，根據(jù)地質(zhì)預(yù)測和井下實際情況，緩慢提高密度，結(jié)合力學(xué)支撐，達到穩(wěn)定井壁穩(wěn)定的效果。及時調(diào)整鉆井液性能，增強鉆井液抑制性和封堵性，降低鉆井液活度，嚴格控制濾失量，減少濾液侵入泥頁巖地層。

3)鉆遇水平位移大，水平段長的地層，及時了解摩阻和扭矩等數(shù)據(jù)的變化情況，保證鉆井液具有良好的潤滑性能。同時井眼清潔是關(guān)鍵，合理控制鉆井液的流變性能，既保證攜巖能力，又防止鉆屑黏附井壁。制定合理排量，盡量保證鉆井液的環(huán)空返速在合適范圍內(nèi)，定期短起下，破壞巖屑床。增加旋轉(zhuǎn)鉆進時間，減少滑動鉆進時間。加強固控設(shè)備使用率，嚴格控制鉆井液的含砂量以及劣質(zhì)固相。

4)鉆遇低滲、特低滲地層，要主要油層保護，嚴格格控制濾失量，含砂量，最大程度上減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發(fā)生堵塞和水鎖、水敏效應(yīng)，最大限度降低鉆井液對儲層的傷害。

［1］石秉忠，夏柏如，林永學(xué)，等.硬脆性泥頁巖水化裂縫發(fā)展的CT 成像與機理［J］.石油學(xué)報，2012，33(1):137－142.

［2］馬麗，倪文學(xué)，丁豐虎.勝北構(gòu)造硬脆性泥頁巖裂隙特征及防塌機理［J］.西安石油學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，1999，14(4):26－29.

［3］姚新珠，時天鐘，于興東，等.泥頁巖井壁失穩(wěn)原因及對策分析［J］.鉆井液與完井液，2001，18(3):38 －41.

［4］任占春，董學(xué)讓.勝利油田油層保護技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.鉆井液與完井液，1999，16(1):39 －41.

［5］趙金洲，趙金海，薛玉志，等.勝利油田保護儲層的水平井鉆、完井液技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2009，31(6):64－69.