膨潤土鉆井液深鉆技術在渤海某油田的應用

葉周明劉小剛馬英文崔治軍關賀坤楊曉靜

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源發(fā)展工程技術公司，天津 300452；3.中海油能源發(fā)展天津人力資源服務分公司，天津 300456）

膨潤土鉆井液深鉆技術在渤海某油田的應用

葉周明1劉小剛1馬英文1崔治軍1關賀坤2楊曉靜3

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源發(fā)展工程技術公司，天津 300452；3.中海油能源發(fā)展天津人力資源服務分公司，天津 300456）

引用格式：葉周明，劉小剛，馬英文，等.膨潤土鉆井液深鉆技術在渤海某油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：53-56.

通過分析渤海某油田的沉積環(huán)境、地質油藏概況和優(yōu)化井身結構及井眼軌跡，優(yōu)選鈉基膨潤土，添加增黏劑、燒堿和純堿等添加劑提高動、靜切力和確保pH值大于10，并在淡水配制后讓充分水化形成的膨潤土鉆井液深鉆至館陶組（垂深2 000 m左右），實現(xiàn)了快速鉆進，鉆速由50～70 m/h提高至90～100 m/h，擴大了上部井段的井徑（由?342.9 mm擴至?374.65 mm）、減少了起下鉆和下套管作業(yè)的阻卡風險，而且節(jié)約了鉆井液成本，形成了渤海油田降本增效和鉆井提效典型技術。

膨潤土鉆井液； 深鉆； 井眼擴大； 起下鉆； 下套管

渤海油田是中海油主要油氣產區(qū)，通過鉆完井技術和項目管理的不斷突破和創(chuàng)新，形成了中國海上獨特的優(yōu)快鉆完井技術體系，極大推動了渤海油田的發(fā)展［1］。在渤海油田鉆完井作業(yè)過程中，常用的鉆井液體系有有機正電膠體系、氯化鉀聚合醇體系、保護儲層無固相鉆開液等。如果表層不預斜，一般都是就地取材，海水開路鉆進至1次造斜點（200～400 m），期間每鉆進1柱或者2柱（30～60 m），利用掃稠膨潤土鉆井液的方式攜砂；如果表層鉆進預斜就采用膨潤土鉆井液閉路鉆進，當海水膨潤土鉆井液鉆進至垂深800～1 000 m左右就轉化為與地層匹配的常用鉆井液體系（有機正電膠體系、氯化鉀聚合醇體系、保護儲層無固相鉆開液，和強抑制鉆井液體系等）。這其中主要因為表層?339.725 mm套管入泥只有200 m左右，中完地層為松軟的平原組地層，而二開?311.15 mm井眼至少穿越平原及明化鎮(zhèn)組，鉆井周期相對來說較長，若用膨潤土鉆井液鉆井，其作業(yè)周期不滿足在平原組與明化鎮(zhèn)組失穩(wěn)周期內完成，井壁很容易失穩(wěn)；另外，若是開發(fā)明化鎮(zhèn)組油藏，利用膨潤土鉆井液鉆進，不滿足油層保護技術要求。

根據(jù)渤海油田鉆探經(jīng)驗和鉆井液技術，在鉆井方案設計階段，充分研究和分析地層特性以及地層的可鉆性，通過對比地層巖性和沉積環(huán)境，定義“非儲層段要安全和快速鉆進”的作業(yè)原則，在非儲層段利用專門設計的鉆頭和優(yōu)選高扭馬達進行快速鉆進，在上部井段采用膨潤土鉆井液深鉆，解放了鉆進參數(shù)，適當擴大井徑，減少起下鉆和下套管期間，鉆具阻卡等非生產時間，提高生產時效。鑒于此，決定嘗試在明化鎮(zhèn)地層失穩(wěn)、坍塌周期內，利用膨潤土鉆井液深鉆，以達到非儲層段快速鉆進和提高生產時效的目標。所謂膨潤土鉆井液深鉆技術［2］，就是根據(jù)地層巖性和井身結構特點，鉆至海水膨潤土鉆井液體系鉆進的最大許可深度，在渤海某油田鉆探中，利用海水膨潤土鉆進至館陶組地層（垂深2 000 m左右）。

1　油田基本概況

該油田本批次共鉆8口井，平均井深3 370 m，垂深3 250 m。自上而下鉆遇的地層為第四系平原組、上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組和下第三系東營組和沙河街組。油層位于東營組和沙河街組，其中沙河街組二段為主力油層。沙二段油層細分為5個油組，沙三段分為2個油組，埋深在3 000～3 300 m，為一套不同粒級的砂巖和泥巖互層。地質分層級巖性如表1。

表1　地質分層數(shù)據(jù)

該油田沙二、沙三段屬于正常壓力和正常溫度系統(tǒng)，壓力系數(shù)1 MPa/100 m左右，溫度梯度3.38℃/100 m 左右，油層部位3 000～3 280 m處地層壓力約30～32 MPa，溫度大約在120～125 ℃。由于油藏前期衰竭開發(fā)，壓力下降最低至15 MPa，2005年部分油井開始轉注，儲層壓力有一定恢復。

2　井身結構及井眼軌跡

該油田批鉆的8口井?609.60 mm隔水導管全部通過打樁錘入，入泥深度55 m左右至持力層；?444.5 mm井眼鉆進至400 m，?339.725 mm套管下至395 m左右，主要封固平原組疏松地層； ?311.15 mm井眼鉆進至2 455 m（進東營組約50 m，若進東營組大套泥巖，鉆井液體系較難維持東營組泥巖的井壁穩(wěn)定性），?244.475 mm套管下至2 450 m，主要封固明化鎮(zhèn)組和館陶組、隔開生產層，減小儲層污染； ?215.9 mm井眼至完鉆井深，?177.8 mm尾管封固東營組和生產層。井身結構見圖1。

此8口井軌跡方面較為簡單，大部分為二維井，具體軌跡圖如圖2、圖3和圖4。從圖2可以看出僅1口井跨2象限，從圖3和圖4可以看出僅2口井需要二次調整方位，但是調整幅度都很小，其他井眼軌跡較簡單，井斜均小于30°。在軌跡方面也有利于快速鉆進、井筒返砂和膨潤土鉆井液深鉆。在應用膨潤土鉆井液深鉆技術中，井眼軌跡簡單，在實鉆過程中，就可以進行快速鉆進，不需要過多的作業(yè)時間去調整井眼軌跡，這也是膨潤土鉆井液深鉆技術的有利因素之一，因為膨潤土失水較大，從表1中可以看出上部地層以泥砂巖互層為主，一旦失水過多，井壁失穩(wěn)周期相對就短。

圖1　井身結構

圖2　井眼軌跡俯視投影圖

圖3　井眼軌跡立體圖

圖4　井眼軌跡水平投影圖

3　膨潤土鉆井液深鉆技術

3.1膨潤土鉆井液性能

膨潤土（Bentonite）是以蒙脫石為主的含水黏土礦。膨潤土的層間陽離子種類決定膨潤土的類型，層間陽離子為Na+時稱鈉基膨潤土；層間陽離子為Ca2+時稱鈣基膨潤土；層間陽離子為H+時稱氫基膨潤土（活性白土、天然漂白土-酸性白土）；層間陽離子為有機陽離子時稱有機膨潤土［3］。具有膨潤性、黏結性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換性。在鉆井液中，選用的是鈉基膨潤土，其晶格結構致使水分子容易進入2個晶胞之間發(fā)生膨脹、易水化分散提高了鉆井液的黏度和切力［4］。

在鉆井作業(yè)實際配置膨潤土鉆井液過程中，利用淡水配制，建議配方為：（2～4 ）kg/m3燒堿、（2～3）kg/m3純堿、（90～100）kg/m3膨潤土，膨潤土的水化能力與配漿水的硬度以及膨潤土中的鈣離子含量有關。燒堿和純堿，除去鈣、鎂離子、促進膨潤土水化，通過膨潤土的造漿，使膨潤土鉆井液具有懸浮性、攜巖性、堵漏等性能，同時燒堿提高膨潤土鉆井液pH值（一般要求膨潤土鉆井液pH值大于10），其水化時間不少于6 h。膨潤土鉆井液性能見表2。

表2　膨潤土鉆井液性能

從表2膨潤土鉆井液性能中可以看出，膨潤土鉆井液流變性足以懸浮和攜帶巖屑，pH值控制在大于10，但API失水不進行控制，主要是讓巖屑中黏土充分分散和避免了黏結泥球，同時也避免了密度上漲過快致使發(fā)生井漏的風險。

3.2膨潤土鉆井液深鉆技術應用

3.2.1技術要求 膨潤土鉆井液深鉆技術，就是在非儲層段，結合地層沉積和地質巖性特點，在井壁失穩(wěn)周期內利用膨潤土鉆進至最大許可的地層深度，以達到快速鉆進、適當擴大井徑，有利于起下鉆和下套管等作業(yè)，最終縮短鉆井周期、降低作業(yè)成本。其適用主要要點如下：

（1）在非儲層段作業(yè)、且同井眼段不揭開儲層段；

（2）有利的地層沉積環(huán)境、地質巖性與膨潤土鉆井液有良好的配伍性。渤海油田平原組和明化鎮(zhèn)組是黏土和泥巖互層，且屬于新生界第三和四系沉積，在其坍塌周期內，均適合膨潤土鉆井液鉆進；

（3）井身結構方面，上層套管較好地封固了上部薄弱層，選擇膨潤土鉆井液深鉆的井段不揭開下個地層的薄弱點。在渤海某油田鉆探過程中，表層?339.725 mm套管下至400 m左右（如圖1），將平原組上部松散的泥砂層封固，膨潤土深鉆的?311.15 mm井段選擇在進東營組頂部大套泥巖不超過50 m為原則，?244.475 mm技術套管主要封固明化鎮(zhèn)和館陶組，從客觀上將適合于膨潤土鉆井液（聚合物體系）或有機正電膠體系放在了同一個井段中，而將東營組易水化坍塌的泥巖段與其隔開（一般在東營組需強抑制性的氯化鉀聚合醇體系鉆進），同時也有利于現(xiàn)場鉆井液性能的維護和處理；

（4）較簡單的井眼軌跡。簡單的軌跡有利于快速鉆進、井筒返砂［5］（一般認為井斜小于45°，有利于返砂），在一定程度上，有利于膨潤土鉆井液的深鉆。3.2.2 技術措施 根據(jù)表1地質分層數(shù)據(jù)，該油田在進館陶前均是黏土和泥巖互層，且屬于新生界第三和四系沉積［6］，處于黃河入海口最前端，膨潤土鉆進至進館陶組地層之前（垂深2 000 m），起到了較好的效果。其現(xiàn)場操作及性能維護主要措施如下。

（1）膨潤土鉆井液選擇淡水配制，水化時間不少于6 h。

（2）鉆進期間，選擇大內徑鉆桿（?139.7 mm）和排量（4～4.2 m3/Min）鉆進，每柱鉆進完，根據(jù)鉆速快速倒劃1～2遍，有利于黏土的分散和鉆屑的攜帶。

（3）充分利用固控設備清除有害固相?，F(xiàn)場采取一邊加海水維持和控制海水膨潤土鉆井液的黏度（30～35 s/qt）和密度（1.05～1.10 g/cm3），實時監(jiān)測和調整pH值（大于10），讓巖屑中的黏土充分分散、避免黏結成團和泥球，也避免了密度上漲過快、導致發(fā)生井漏的風險。

（4）視返砂情況每鉆2柱，泵入5～8 m3稠膨潤土鉆井液（漏斗黏度120 s）攜巖、清掃井眼。

（5）當鉆進至1 000 m后，在稠塞中可使用纖維來進一步增強其井眼清潔能力［7］。3.2.3 應用效果 根據(jù)鉆后統(tǒng)計，在該油田8口井中應用膨潤土鉆井液深鉆技術后，起到了較好的效果。

（1）平均鉆速由50～70 m/h提高至90～100 m/h，大幅度地提高了生產時效，縮短了鉆井周期。

（2）適當擴大了井徑（如圖5），通過對其中的1口井進行井徑測井發(fā)現(xiàn)膨潤土鉆井液鉆進的階段井徑擴大至374.65 mm，非膨潤土鉆井液鉆進井段為342.9 mm，大幅度地提高了起下鉆和下套管作業(yè)效率，在短起期間，無需倒劃眼，大鉤載荷均勻下降，無任何阻掛，在下套管期間，套管串懸重也是均勻增加，啟動摩阻很小，并且無明顯阻掛，且將作業(yè)效率提高了40%。

圖5　某井井徑測井曲線圖

（3） 該井段鉆井液成本節(jié)省50%，整口井鉆井液成本節(jié)省30%左右。

4　結論

（1）膨潤土鉆井液失水較大、黏度低，沖刷能力和攜巖性強，可使巖屑和黏土充分分散至其中，有利于釋放鉆井參數(shù)，實現(xiàn)快速鉆進，膨潤土鉆井液深鉆技術滿足渤海油田的地層。

（2）膨潤土鉆井液深鉆技術應用于非儲層段，可以適當擴大井徑，有利于起下鉆和下套管，在井壁失穩(wěn)周期內，提高作業(yè)時效。

（3）現(xiàn)場配置及維護簡單，適合海上空間有限的鉆井作業(yè)，并且大幅度地降低鉆井液成本。

［1］董星亮，曹式敬，唐海雄，等編著.海洋鉆井手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［2］葉周明，劉小剛，崔治軍，等. 大尺寸井眼鉆井工藝在渤海油田某探井中的應用和突破［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：18-21.

［3］溫佩，武文潔，趙立輝.膨潤土的改性及應用研究進展［J］.化工技術與開發(fā)，2008，37（2）：27-31.

［4］張培豐，王達.科鉆一井鉆井液用膨潤土性能及分散機理［J］.地質科技情報，2008，27（1）：103-107.

［5］沈偉，譚樹人.大位移井鉆井作業(yè)的關鍵技術［J］.石油鉆采工藝，2000，22（6）：21-26.

［6］徐懷大.渤海灣盆地下第三紀地層和沉積特征［J］.海洋地質與第四紀地質，1981，2（2）：12-29.

［7］汪志明，翟羽佳，高清春.大位移井井眼清潔監(jiān)測技術在大港油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（2）：17-19.

（修改稿收到日期 2015-10-25）

〔編輯 薛改珍〕

Application of bentonite slurry deep drilling technology in drilling and exploration operations in a certain oilfeld in Bohai

YE Zhouming1，LIU Xiaogang1，MA Yingwen1，CUI Zhijun1，GUAN Hekun2，YANG Xiaojing3
（1. Tianjin Branch of CNOOC（ China），Tianjin 300452，China；2. China Oilfield Serνices Limited，Tianjin 300452，China；3. Tianjin Human Resource Serνices limited Company ，Tianjin 300456，China）

In the course of drilling and exploration operations in a certain oilfield，the depositional environment and general situation of geological reservoir of such oilfield have been analyzed，the wellbore configuration and wellbore trajectory have been optimized，the sodium-based bentonite slurry has been properly selected，the additives such as tackifier，sodium hydroxide and sodium carbonate have been added so as to increase the dynamic/static shearing force and pH value（higher than 10），and the fully-hydrated bentonite slurry has been drilling deeply to Guantao Group（the vertical depth is about 2 000 m） after the preparation of freshwater . As a result，the quick drilling has been achieved，drilling rate increased from 50～70 m/h to 90～100 m/h，the diameter of upper section has been appropriately increased to reduce the jamming risk in trip/casing running operation，the costs of drilling fluid have been saved，and the typical technology for reducing costs and improving efficiency has been formed in Bohai Oilfield.

bentonite slurry； deep drilling； hole enlargement； trip； casing running

TE254

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0053-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.013

葉周明，1984年生。2007年畢業(yè)于長江大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事海洋石油鉆完井監(jiān)督工作，工程師。電話：022-25803 715。E-mail：yezhm2@cnooc.com.cn。