雙聚-成膜沖洗液體系在山西懷仁鵝毛口頁巖氣-煤層氣預(yù)查孔施工中的應(yīng)用

李艷寧，祝強(qiáng)，蔣睿，蘇興濤，紀(jì)衛(wèi)軍，單文軍

雙聚-成膜沖洗液體系在山西懷仁鵝毛口頁巖氣-煤層氣預(yù)查孔施工中的應(yīng)用

李艷寧，祝強(qiáng)，蔣睿，蘇興濤，紀(jì)衛(wèi)軍，單文軍

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

山西懷仁鵝毛口DY-2井是一口頁巖氣-煤層氣預(yù)探孔，主要巖性為海陸交互相的泥巖、頁巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、煤層，地層成巖性、膠結(jié)性差，層理紊亂，井壁強(qiáng)度低。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，作者針對(duì)破碎、坍塌掉塊及水敏性地層的鉆探施工中遇到的主要難題，研制了雙聚和成膜防塌沖洗液體系，具有護(hù)壁性、抑制性和膠結(jié)性，通過在DY-2井中的應(yīng)用，取得了較好的護(hù)壁、護(hù)心效果，保證了該項(xiàng)目的順利施工。

鉆井液；雙聚；成膜；防塌；頁巖氣

1 概述

DY-2井是山西217地質(zhì)隊(duì)在山西懷仁鵝毛口實(shí)施的一口頁巖氣-煤層氣預(yù)探孔，主要目的是獲取石炭二疊系地層及巖心組合特征，查明石炭二疊系山西組和太原組含氣頁巖段和煤層氣儲(chǔ)層分布、頁巖氣、煤層氣地質(zhì)特征及含氣特征，為頁巖氣煤層氣資源潛力評(píng)價(jià)和有利區(qū)優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)。該井設(shè)計(jì)終孔深度1060.54 m，終孔口徑76 mm，全孔取心?，F(xiàn)場(chǎng)初始采用的是低固相鉆井液體系，配方為：4%鈉土+0.3%CMC-hv+0.5%隨鉆堵漏劑+0.1%包被劑，泥漿性能參數(shù)為：漏斗黏度40～60 s(蘇氏漏斗)，API濾失量30～40 mL/30 min，密度1.08～1.25 g/cm3。DY-2井前期坍塌、掉塊嚴(yán)重，尤其是在360～520 m處?，F(xiàn)場(chǎng)存在的主要問題是有效處理劑的加量不足，且現(xiàn)場(chǎng)缺少有效的沖洗液凈化設(shè)備。后采用雙聚-成膜防塌鉆井液體系鉆進(jìn)，該體系護(hù)壁和護(hù)心效果好，井壁穩(wěn)定，有效地保證了項(xiàng)目的實(shí)施。

2 DY-2井地質(zhì)工程概況

2.1 DY-2井地質(zhì)概況

2.1.1 施工區(qū)域

山西省大同煤田頁巖氣、煤層氣勘查區(qū)，位于山西省北部，大同市城區(qū)西部，朔州市平魯區(qū)東北部。行政區(qū)劃屬大同市和朔州市?？辈閰^(qū)中心位置位于大同市城區(qū)西南方向242°，直距約22 km，中心點(diǎn)坐標(biāo)X：4412736，Y：19663600(北京1954坐標(biāo)系)。

2.1.2 鉆探的主要目的任務(wù)

獲取石炭二疊系地層及巖心組合特征，查明石炭二疊系山西組和太原組含氣頁巖段和煤層氣儲(chǔ)層分布、頁巖氣、煤層氣地質(zhì)特征及含氣特征，為頁巖氣煤層氣資源潛力評(píng)價(jià)和有利區(qū)優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)。

2.1.3 DY-2井地層概況

DY-2孔設(shè)計(jì)地層剖面見表1。

2.2 DY-2井工程概況

2.2.1 井號(hào)

井名：DY-2井；井別：煤層氣-頁巖氣預(yù)探井；井型：直井；完井方式：裸眼完井。

2.2.2 施工設(shè)備及工藝

該鉆孔施工所用主要設(shè)備見表2，施工工藝為繩索取心鉆進(jìn)。

2.2.3 孔身結(jié)構(gòu)

該孔設(shè)計(jì)為三開孔(見表3)，實(shí)際孔身結(jié)構(gòu)見圖1所示。

3 施工難點(diǎn)與分析、沖洗液選擇

3.1 施工難點(diǎn)與分析

(1)上部存在長(zhǎng)孔段泥巖地層，易吸水膨脹和分散造漿。若沖洗液濾失量控制不好，沖洗液流動(dòng)性差，除泥巖本身吸水膨脹外，還會(huì)在孔壁形成虛厚泥皮，很容易造成粘附卡鉆事故。

表1 DY-2孔設(shè)計(jì)地層剖面

(2)砂巖、灰?guī)r地層中的松散破碎地層容易引起孔壁坍塌和掉塊。

(3)頁巖孔段，可能存在強(qiáng)分散性地層，極易造成孔壁坍塌。

表2 DY-2施工所使用的主要設(shè)備表

表3 DY-2孔身結(jié)構(gòu)

圖1 DY-2孔孔身結(jié)構(gòu)示意圖

(4)地質(zhì)要求無熒光干擾，因此不能采用瀝青類防塌材料，增加了防塌的難度。

3.2 沖洗液的選用

針對(duì)地質(zhì)設(shè)計(jì)給出的地層剖面、地質(zhì)要求及施工工藝要求，該孔采用雙聚防塌和成膜防塌沖洗液。主要以雙聚防塌沖洗液為主，鉆遇分散性地層時(shí)，將在雙聚防塌沖洗液基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化為成膜防塌沖洗液。

4 DY-2井沖洗液設(shè)計(jì)

DY-2井設(shè)計(jì)使用成膜防塌無固相鉆井液體系，具體如下：

4.1 一開0～30 m井段

該段地層為灰?guī)r、泥巖和砂巖，易坍塌、漏失。使用配方如下：1 m3水+0.5～0.7 kg PHP+2～5 kg GTQ，性能維持在：漏斗黏度20～25 s，密度1.03 g/cm3以下。

4.2 二開30～400 m井段

該井段巖層為灰?guī)r、頁巖、泥巖和砂巖，地層破碎、膠結(jié)性不好。使用配方如下：1 m3水+0.5～0.7 kg PHP+10～20 kg GPC，性能維持在：漏斗黏度17～25 s，密度1.03 g/cm3以下。

4.3 三開400～1000 m井段

該井段巖層為本溪組、太原組、山西組，主要巖性為：泥巖和砂巖。使用配方如下：1 m3水+5～10 kg GPNH+10～20 kg防塌型隨鉆堵漏劑(提高地層承壓能力)+1～2 kg包被劑+2～5 kg抗鹽共聚物。性能維持在：漏斗黏度20～25 s，密度1.03 g/cm3以下，失水≤10 mL。如果遇到砂巖、礫巖等膠結(jié)性不好的地層，在原配方的基礎(chǔ)上加30～50 kg成膜護(hù)壁劑。

5 DY-2井前期現(xiàn)場(chǎng)施工沖洗液存在的問題

該井鉆遇地層巖性主要是泥巖、砂巖。二開地層以弱膠結(jié)型砂巖為主，孔壁不穩(wěn)定。三開357.6 m以下，間斷出現(xiàn)棕紅色泥巖及少量綠泥巖，該層巖心水敏性強(qiáng)，吸水后易分散。地層有一定的造漿，且存在易見水分散坍塌地層，見圖2。

圖2 井深508～517 m處紅色泥巖及綠色泥巖巖心

現(xiàn)場(chǎng)沖洗液存在的主要問題是各處理劑加量偏低(未達(dá)到體系設(shè)計(jì)加量)，導(dǎo)致泥漿濾失量較大(失水量20 mL)，泥漿較黏稠(一方面現(xiàn)場(chǎng)無固控設(shè)備，無沉降池，且循環(huán)管線短；另一方面地層造漿，聚合物加量小)，平均每天排漿約2 m3。另外，鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)了掉塊、需掃孔。

6 DY-2井沖洗液現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

山西217隊(duì)從開孔使用成膜防塌無固相沖洗液體系，時(shí)間為2014年8月。

6.1 該體系材料組成

(1)包被劑(BBJ)，具有選擇性絮凝和包裹巖屑的作用，能抑制地層造漿，有利于泥漿的固相控制。

(2)抗鹽共聚物(GTQ)，提黏、降濾失作用。

(3)降失水劑：是一種良好的沖洗液處理劑，具有增黏、提切、抗污染等功能，能顯著降低泥漿的濾失量。

(4)防塌隨鉆堵漏劑，天然高分子復(fù)合材料，具有零號(hào)的水溶脹橋接封堵功能，可以封堵漏失地層，提高地層的承壓能力，兼有降濾失作用。

(5)成膜護(hù)壁劑，是一種具有較強(qiáng)成膜性和粘結(jié)性的護(hù)壁材料，對(duì)抑制強(qiáng)水敏地層膨脹與分散、強(qiáng)化松散破碎地層孔壁，具有良好的使用效果。

6.2 現(xiàn)場(chǎng)沖洗液的配制與維護(hù)

6.2.1 現(xiàn)場(chǎng)沖洗液配方

3%～5%成膜護(hù)壁劑+1%～1.5%降失水劑+2%～2.5%隨鉆堵漏劑+0.1%～0.2%包被劑+0.3%～0.5%抗鹽共聚物。

6.2.2 沖洗液配制與維護(hù)

先將成膜護(hù)壁劑、降失水劑、隨鉆堵漏劑等依次加入到配漿罐中，待充分溶解或分散均勻后，加入包被劑和抗鹽共聚物，充分?jǐn)嚢韬?，倒入泥漿池中攪拌均勻，正常循環(huán)后逐步補(bǔ)充處理劑。

6.2.3 沖洗液性能

密度1.05～1.13 g/cm3，黏度20～25 s，濾失量5～8 mL/30 min。

7 結(jié)語

使用成膜體系共施工了1060.54 m，取得了比較理想的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)護(hù)壁效果好，孔壁穩(wěn)定。357.60 m(二開套管下深)后孔壁穩(wěn)定，提下鉆無遇阻現(xiàn)象。

(2)泥漿流動(dòng)性好，巖粉攜帶能力強(qiáng)，下鉆時(shí)孔底幾乎無沉淀，鉆具直接就能下到孔底。

(3)抑制造漿能力強(qiáng)，沉砂效果好，及時(shí)清理泥漿槽和沉渣池，避免泥漿排放(350 m之前每班次排放2 m3泥漿)。

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2017-01-05

李艷寧(1978-)，女，本科學(xué)歷，北京探礦工程研究所工程師，主要從事泥漿處理劑方面的研究，Tel：010-69301761，E-mail：99408968@qq.com。

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1009-282X(2017)01-0032-03