南陵1井鉆井液技術應用

陳 志

（中國石化集團華東石油局鉆井液公司，江蘇鎮(zhèn)江212003）

南陵1井鉆井液技術應用

陳 志*

（中國石化集團華東石油局鉆井液公司，江蘇鎮(zhèn)江212003）

南陵1井地層含大段的棕紅色泥巖、棕褐色泥巖，其成分以蒙脫石、伊利石為主，由于缺少鄰井資料參考，在鉆井過程中，通對實鉆地層巖性的物理和化學性質以及復雜情況原因的分析，采用多種施工措施，參考室內小型試驗數(shù)據(jù)結果優(yōu)化鉆井液性能，優(yōu)選合理的鉆井液密度以滿足抑制造漿、穩(wěn)定井壁，達到安全施工要求。對該區(qū)塊進一步鉆井安全施工具有一定的指導意義。

抑制；防塌；防粘卡；平衡壓力

南陵區(qū)塊處于安徽省蕪湖市蕪湖縣境內，區(qū)塊面積為470.162km2，主要位于南陵中新生代沉積凹陷的中心分布區(qū)。南陵凹陷西界以清水河斷裂為界，東界以茅西斷裂為界，南陵1井是華東分公司在下?lián)P子句容—南陵復向斜帶南陵凹陷政和構造鉆探的一口探井。由華東50511井隊承擔鉆井施工，華東鉆井液公司提供鉆井液技術服務任務，2012年11月26日打導眼，導眼尺寸444.5mm，鉆井液類型：預水化膨潤土鉆井液。12月3日00：00一開鉆進，一開井眼尺寸311.1mm，鉆井液類型：金屬兩性離子聚合物鉆井液體系，12月7日19：00二開鉆進，二開井眼尺寸215.9mm，鉆井液類型：金屬兩性離子聚磺鉆井液體系，12月16日定向鉆進，定向點井深1238.25m，12月20日開始穩(wěn)斜鉆進，穩(wěn)斜點井深1402.06m。2013年3月1日6：40鉆至設計完鉆井深3694.78m，接通知加深鉆進。2013年3月25日16:00本井完鉆，完鉆井深3808.63m，本井于2013年4月1日14:00完井。

1 地質概況

南陵1井構造位置處在皖中南向斜帶句容—南陵推覆帶，為晚白堊世—早古近系凹陷與下?lián)P子中古生界盆地疊合區(qū)。本井上部地層主要為灰黃色粘土層、砂礫層；淺棕色細砂巖與棕紅色泥巖不等厚互層；中部地層主要為灰色粉砂質泥巖、灰黑色泥巖、棕褐色粉砂質泥巖、灰色泥質灰?guī)r、棕色泥質粉砂巖、細砂巖與棕褐色泥巖不等厚互層；下部地層主要為淺棕色灰質粉砂巖、棕褐色含灰泥巖、棕色泥質粉砂巖、棕褐色泥巖、淺棕色砂礫巖與灰黑色凝灰?guī)r不等厚互層；底部地層主要為棕色灰質中砂巖、粗砂巖、淺棕色灰質粉砂巖、雜色礫巖。

根據(jù)測井資料解釋：第三系（433～2859.4m）粘土類型為混層粘土以蒙脫石、伊利石為主，侏羅—白堊系（2859.4～3625m）粘土類型為混層粘土以伊利石為主，混有蒙脫石和海綠石。

2 施工重難點

（1）本井地層巖性含大段的棕紅色泥巖、棕褐色泥巖、棕色泥質粉砂巖，易吸水膨脹，有較強的造漿能力。

（2）本井穩(wěn)斜段長達2406.57m（井段：1402.06～3808.63m），本段地層含大段的棕褐色泥巖、棕紅色泥巖，其成分以蒙脫石、伊利石為主，長時間的鉆井液浸泡，易造成近井壁的泥巖水化分散。

（3）深井井段鉆進過程中，由于長裸眼穩(wěn)斜井段巖屑上返較困難，巖屑與井壁和鉆具的摩擦、碰撞嚴重，造成大量的巖屑細分散到鉆井液中。

（4）正常鉆進過程中，由于本井是探井，無該區(qū)塊相關鄰井資料的參考，無法獲取準確的地層壓力系數(shù)，鉆井液的液柱壓力不能很好地平衡地層壓力，存在不同程度的掉塊現(xiàn)象，起下鉆過程風險較大。

（5）上部地層掉塊現(xiàn)象嚴重，造成1600m以上井段存在嚴重的大肚子現(xiàn)象，巖屑在此井段易形成巖屑床，起下鉆過程中，易造成掉塊、沉砂卡鉆。該井段砂泥巖互層，泥漿比重平衡點較難找，比重高砂巖段在壓差作用下易形成虛泥皮，易粘卡，比重低無法平衡泥巖段的坍塌壓力，易掉塊。

3 室內小型實驗

以蒙脫石、伊利石為主的粘土層極易吸水膨脹，有較強的造漿能力，通過室內小型實驗調整鉆井液中不同分子量聚合物的含量及改善泥餅質量，提高鉆井液的封堵能力，有效地抑制巖屑造漿能力和保持井壁的穩(wěn)定性，保持良好的鉆井液性能。實驗根據(jù)現(xiàn)場巖性分析，優(yōu)選4組配方：配方1：井漿+0.2%PHP+0.2% PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.3%DS-301+0.2%金屬離子+1%OSAMK+1%LF-TEX-1；配方2：井漿+0.3%PHP+0.2%PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.4% DS-301+0.3%金屬離子+1%OSAMK+1%LFTEX-1；配方3：井漿+0.2%PHP+0.1%PAC-Lv+ 0.1%Hv-CMC+0.3%DS-301+0.2%金屬離子+1.5% OSAMK+1.5%LF-TEX-1；配方4：井漿+0.3% PHP+0.2%PAC-Lv+0.1%Hv-CMC+0.4%DS-301+ 0.3%金屬離子+1.5%OSAMK+1.5%LF-TEX-1，通過對4組數(shù)據(jù)（實驗數(shù)據(jù)見表1）的對比分析，優(yōu)選配方4能更好地滿足生產的需求。

表1 鉆井液中聚合物加量配比實驗

長裸眼段定向穩(wěn)斜鉆進過程中，隨著井深的增加，鉆具和井壁的接觸面積也逐漸增大，上提、下放鉆具的過程中會產生較大的阻力。通過室內小型實驗調整鉆井液性能，改善泥餅質量，增強其潤滑能力，現(xiàn)場優(yōu)選4組配方：配方1：井漿+0.1%PAC-Lv+ 1.5%OSAMK+1.5%LF-TEX-1+1.5%JM-2+1.5%乳化石蠟；配方2：井漿+0.2%PAC-Lv+1.5% OSAMK+1.5%LF-TEX-1+1.5%JM-2+1.5%乳化石蠟；配方3：井漿+0.1%PAC-Lv+2%OSAMK+2% LF-TEX-1+2%JM-2+2%乳化石蠟；配方4：井漿+ 0.2%PAC-Lv+2%OSAMK+2%LF-TEX-1+2% JM-2+2%乳化石蠟，通過對4組數(shù)據(jù)（實驗數(shù)據(jù)見表2）的對比分析，優(yōu)選配方3能更好地滿足生產的需求。

表2 鉆井液潤滑性能調節(jié)

4 復雜情況的原因分析

（1）起下鉆、正常鉆進過程中井下摩阻較大的原因為：①棕褐色泥巖受長時間的鉆井液浸泡，造成近井壁的泥巖水化分散，穩(wěn)斜段鉆具緊貼井壁，增大了鉆具和井壁之間的摩擦，造成井下摩阻較大，起下鉆風險極大。②鉆具與井壁的摩擦使得大量近井壁水化的泥巖分散到鉆井液中，同時伴隨巖屑的細分散，固控設備不能有效地清除，造成固相含量偏高，不能在井壁形成薄而致密的濾餅，造成井下摩阻增大。③穩(wěn)斜井段細砂巖和粉砂巖存在一定的滲透能力，在壓差的作用下易形成虛泥皮，增加了井下摩阻。④起下鉆過程中，鉆井液處于靜止狀態(tài)，大肚子井段未能上返的巖屑會在下井壁形成砂橋，在一定程度也增加了鉆具和井壁的摩擦阻力。

（2）正常鉆進過程中，從上返的掉塊的形狀上分為3種主要類型：棱角狀、板狀和裂片狀，其巖性主要為灰黑色的玄武巖、深灰色泥巖以及棕褐色的泥巖，根據(jù)其掉塊形狀及巖性分析，產生掉塊的原因為：①巖石比較存在一定的微裂縫，部分井段的巖石比較松散，鉆井液的侵入，造成地層易垮塌，形成掉塊。②鉆井液的密度低于鄰近地層的壓力，而造成井眼附近輻射狀的應力垮塌，形成掉塊。③對新探區(qū)塊，缺少地質資料，根據(jù)實鉆情況分析，本區(qū)塊的地層構造應力壓力較高,設計鉆井液的比重偏低，不能有效地控制住掉塊。④由于裂縫和節(jié)理縫的存在，鉆井液很容易滲透進地層巖石中，與鉆井液濾液的接觸面積大，很容易造成水化，造成地層的垮塌；在由于水化后地層不同部位的應力強度就不同，造成井眼圍巖應力失穩(wěn)而垮塌；起下鉆造成的抽吸力和鉆具的震動，對于本身就比較脆弱、易塌的玄武巖和泥巖地層來說，更容易造成井壁的滑塌，使巖石從其裂縫或節(jié)理面處剝落,形成掉塊。

5 現(xiàn)場處理措施

根據(jù)正常鉆進過程中，振動篩出口一直有深灰色泥巖、灰黑色玄武巖、棕褐色泥巖掉塊返出。起下鉆過程中遇阻卡現(xiàn)象，鉆井液主要采取以下措施：

（1）充分提高鉆井液的抑制能力，根據(jù)巖性，鉆井液中抑制劑DS-301、DS-302、PMHA以及絮凝劑PHP的含量達到0.8%以上，滿足對泥巖的抑制、絮凝的能力，以減少水化分散作用對鉆井液性能的影響。

（2）增強鉆井液的封堵能力，改善泥餅質量，增強鉆井液的防塌能力。在正常鉆進過程中，采用FT-1（磺化瀝青）和QS-4（超細碳酸鈣）采用2∶1的比例復配加入到鉆井液中，充分提高鉆井液的封堵能力，改善泥餅質量，輔助添加OSAMK（腐植酸鉀）提高鉆井液的防塌能力（鉆井液中FT-1的含量達到5%，OSAMK的含量達到3%）。

（3）充分利用固控設備降低固相含量，定期使用離心機清除有害的固相，在深井段，根據(jù)實測鉆井液性能的變化，采取放掉部分除砂、泥器的底流，補充新漿和一定濃度的鉆井液助劑混合溶液以降低鉆井液中有害固相。

（4）盡量減小失水，使其失水達到最小允許值，減少進入地層里的水量，從而減少巖石的水化分散能力，達到減少掉塊的目的。

（5）提高鉆井液的密度至設計上限1.36g/cm3，以平衡地層壓力，減少掉塊的現(xiàn)象，在正常鉆進過程中，仍然存在不同程度的掉塊。

（6）降低井下摩阻，前期采用JM-2（極壓減摩劑）與KD-50（乳化石蠟）復配的方式，進行降低摩阻，雖2種潤滑劑含量已達到8%，但井下摩阻無明顯變化。經上級部門批準在鉆井液中混入原油15m3，并對混入原油及時乳化（含油量已達到10%～11%）。

在工程方面主要采取以下措施：①對于掉塊嚴重井段，充分循環(huán)鉆井液，確保掉塊能及時返出地面，減少沉積現(xiàn)象。②嚴格控制起下鉆的速度，避免產生較大抽吸力和鉆具震動。③優(yōu)選鉆井參數(shù)，選用合適的泵排量，避免因流體的沖擊力大于巖石的膠結程度而促使井壁垮塌。④在起下鉆過程中盡量避免倒劃眼。因為倒劃眼,鉆具對易跨層的機械碰擊和形成壓力的激動都會加劇掉塊的形成。

6 認識和結論

（1）新探區(qū)塊無參考資料，地層壓力系數(shù)預測不準，設計鉆井液的比重遠不能平衡地層壓力，造成上部地層掉塊現(xiàn)象比較嚴重，形成不同程度的大肚子井眼。只有合理的井身結構和合理的鉆井液密度才能保證施工的安全順利。

（2）本井地層巖性以棕紅色泥巖、棕褐色泥巖、棕色泥質粉砂巖為主，極易造漿，必須增高鉆井液的抑制、絮凝能力，以減少巖屑的水化分散能力。本井采用DS-301、DS-302、PMHA、PHP復配使用，有效地提高了抑制、絮凝能力。

（3）在新探區(qū)塊的易垮塌地層，要充分考慮存在的微裂縫或節(jié)理組的分裂，提高鉆井液的封堵能力，改善泥餅質量，增強鉆井液的防塌能力，本井采用FT-1（磺化瀝青）和QS-4（超細碳酸鈣）采用2∶1的比例復配加入到鉆井液中，充分提高鉆井液的封堵能力，改善泥餅質量，輔助添加OSAMK（腐植酸鉀）提高鉆井液的防塌能力，在一定程度上減少了井下掉塊現(xiàn)象。

（4）長裸眼段井下摩阻較大，盡可能保持較低的固相含量，保持較低的泥餅摩擦系數(shù)，采用多種潤滑劑復配使用，可以有效地降低井下摩阻。

（5）本井由于上部地層的不穩(wěn)定，產生掉塊，在鉆進過程中，應充分考慮井壁的不穩(wěn)定性，在易垮塌井段起下鉆過程中，采取必要的措施，避免井下復雜情況。

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].中國石油大學出版社，2006.

[2]楊振杰，劉志坤，張振活.鉆井液工藝學[M].石油工業(yè)出版社，2010.

[3]張鐵.對鉆井過程中掉塊的地質分析及處理[J].內蒙古石油化工期刊，2011（17）.

TE254

B

1004-5716(2015)03-0108-03

2014-03-25

2014-03-26

陳志（1981-），男（漢族），安徽桐城人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆井液技術工作。