樁西灘海中生界地層水平井鉆井液技術(shù)

于　雷， 馮光通， 李海斌， 徐運(yùn)波

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營(yíng) 257017)

0　引言

樁西灘海地區(qū)東營(yíng)組底部泥巖和沙一、沙三段油泥巖地層容易發(fā)生坍塌掉塊，中生界深灰色泥巖井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，近年來(lái)該區(qū)塊施工了多口井，均出現(xiàn)了不同程度的復(fù)雜情況和事故，樁129-平10在三開(kāi)油泥巖井段因?yàn)榫鷥纱翁罹畟?cè)鉆，樁202-平10井三開(kāi)使用油基鉆井液發(fā)生井壁坍塌被迫填井側(cè)鉆，不但造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，一定程度上延緩了勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)程[1-2]。同時(shí)，隨著近年來(lái)環(huán)保要求的提高，該地區(qū)實(shí)施全井小循環(huán)泥漿不落地工藝，固相控制難度大，對(duì)流變性的調(diào)控要求越來(lái)越高。本文以樁202-平11井為例，分析了樁西灘海地區(qū)井壁失穩(wěn)的原因，優(yōu)選確定了二開(kāi)井段采用低活度水基鉆井液體系，提高抑制封堵性能確保井壁穩(wěn)定，三開(kāi)井段采用油基鉆井液，實(shí)現(xiàn)了中生界水平井段的安全高效鉆進(jìn)，提高了油層保護(hù)效果，完成了鉆探目的。

1　概況

樁202-平11井是部署于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷長(zhǎng)堤潛山披覆構(gòu)造帶南部一口滾動(dòng)勘探井，鉆探目的是為了擴(kuò)大長(zhǎng)堤潛山中生界含油面積。該井設(shè)計(jì)為一口三開(kāi)次水平井，一開(kāi)完鉆井深355.00 m，表層套管直徑273.1 mm。二開(kāi)井眼直徑241.3 mm，完鉆井深3037.00 m，垂深2719.58 m，井斜86.5°，鉆遇地層依次為明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組、沙一段、沙三段和中生界，下入直徑177.8 mm的技術(shù)套管。三開(kāi)井眼直徑152.4 mm，完鉆井深3487.00 m，垂深2736.04 m，井斜90.5°，鉆遇地層為中生界，下入?114.3 mm油層尾管完井。

2　樁西灘海地區(qū)水平井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

2.1　鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

(1)二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)，并且所鉆井段泥質(zhì)含量高，鉆井液流變性控制難度大；

(2)全井采用小循環(huán)泥漿不落地工藝，固相控制難度大；

(3)東營(yíng)組底部泥巖及沙河街油泥巖易坍塌掉塊，井壁穩(wěn)定問(wèn)題突出；

(4)三開(kāi)中生界地層泥巖易坍塌掉塊，設(shè)計(jì)采用油基鉆井液，油基鉆井液已經(jīng)過(guò)多口井重復(fù)使用，老漿利用流變性調(diào)控難度大。

2.2　鉆井液技術(shù)對(duì)策

(1)上部采用氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液，下部采用低活度強(qiáng)抑制鉆井液，保證活度調(diào)節(jié)劑的有效加量，充分提高鉆井液抑制性，配合高效使用四級(jí)固控設(shè)備，盡可能地清除劣質(zhì)固相；

(2)不落地工藝對(duì)固控設(shè)備要求高，保證鉆井液抑制性的同時(shí)最大化發(fā)揮四級(jí)固控設(shè)備的利用率；

(3)進(jìn)入東營(yíng)組逐漸降低失水，補(bǔ)充防塌材料，保持適當(dāng)?shù)你@井液密度提供有效力學(xué)支撐，補(bǔ)充超細(xì)碳酸鈣等剛性顆粒提高泥餅質(zhì)量，沙河街地層嚴(yán)格控制高溫高壓濾失量同時(shí)保持體系抑制性；

(4)控制合理的鉆井液密度，配制油基鉆井液新漿，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上與油基鉆井液老漿混配并調(diào)節(jié)油基鉆井液良好的流變性能；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)小型實(shí)驗(yàn)，及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑，并注意調(diào)整油水比。

3　二開(kāi)低活度水基鉆井液技術(shù)

3.1　中上部氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液體系

樁西地區(qū)上部地層明化鎮(zhèn)組、館陶組以泥巖為主，泥巖壓實(shí)程度低，地層成巖性較差，易造漿，同時(shí)鉆時(shí)快和全井小循環(huán)不落地工藝的實(shí)施很容易造成鉆井液固相控制和流變性難以調(diào)控，因此該井段采用了氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液體系。該體系的原理就是以Ca2+提供抑制性化學(xué)環(huán)境，使鉆井液中的鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，從而使粘土顆粒由高度分散轉(zhuǎn)變?yōu)檫m度絮凝，以利于固相清除，達(dá)到降低固相含量、調(diào)整流型的目的[3-4]。

該井段鉆井液采用強(qiáng)抑制鈣處理鉆井液配方：一開(kāi)基漿+1%～1.5%氯化鈣+0.2%～0.4%銨鹽+0.5%～1%LV-CMC。

氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液的重點(diǎn)是控制造漿，主要思路是通過(guò)粘切情況控制氯化鈣加量，二開(kāi)開(kāi)鉆后按每100 m進(jìn)尺加入200 kg氯化鈣，保持Ca2+含量為1500～2000 mg/L，控制鉆井液密度<1.15 g/cm3。明化鎮(zhèn)組鉆進(jìn)期間漏斗粘度應(yīng)控制在28～32 s。進(jìn)入館陶組后，停用氯化鈣，開(kāi)始補(bǔ)充聚丙烯酰胺干粉(PAM)膠液和胺基抑制劑，將體系逐漸轉(zhuǎn)化為聚合物鉆井液體系。施工中按照0.2%濃度配制PAM膠液，實(shí)時(shí)跟入維護(hù)，保持體系中高聚物含量在0.15%以上；維持鉆井液較強(qiáng)的抑制性，抑制粘土造漿及鉆屑分散。

通過(guò)應(yīng)用氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液，該段地層鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆屑返出基本成清爽狀態(tài)，沒(méi)有篩布粘糊現(xiàn)象；鉆井液流型好、粘滯性弱，在無(wú)任何緩沖池的條件下，壓濾機(jī)壓制泥餅順利。

3.2　中下部低活度強(qiáng)抑制鉆井液體系

3.2.1體系的選擇與配方

3.2.2維護(hù)處理措施

(1)館陶組底部對(duì)鉆井液進(jìn)行預(yù)處理，加入循環(huán)總量約0.7%改性銨鹽(調(diào)整鉆井液流變性)及0.1%～0.3%天然高分子降濾失劑(初步降低濾失量)，保證低粘低切，能充分?jǐn)y帶鉆屑，保證對(duì)井壁的適度沖刷，防止井眼縮徑造成阻卡。調(diào)整流變性后視進(jìn)尺情況進(jìn)行短程起下鉆，先期暢通井眼，為進(jìn)入東營(yíng)組后逐步降低濾失量奠定井眼基礎(chǔ)。

(2)進(jìn)入東營(yíng)組后將體系轉(zhuǎn)換為低活度強(qiáng)抑制鉆井液體系，一次性加入10%的活度調(diào)節(jié)劑，并繼續(xù)補(bǔ)充天然高分子降濾失劑加量至0.5%，銨鹽加量至0.5%，控制鉆井液濾失量<12 mL。

(3)配合加入一定量抗溫抗鹽降濾失劑以及磺酸鹽共聚物(加量為0.2%～0.3%)，提高體系抗鹽抗鈣能力，鉆進(jìn)至造斜點(diǎn)前降低API濾失量至10 mL以下。

(4)定向施工中逐步降低鉆井液中壓濾失量至5 mL，鉆至沙一段進(jìn)一步降低鉆井液API濾失量≤4 mL，加入磺甲基酚醛樹(shù)脂、抗溫抗鹽降濾失劑、天然高分子降濾失劑、磺酸鹽共聚物等降低體系的高溫高壓濾失量至12 mL以?xún)?nèi)，提高鉆井液高溫穩(wěn)定性。

(5)鉆進(jìn)至東營(yíng)組底部，補(bǔ)充并保持胺基抑制劑加量為0.5%，活度調(diào)節(jié)劑加量為10%，調(diào)節(jié)鉆井液活度在0.96以下，保證體系具有很強(qiáng)的抑制能力，抑制泥頁(yè)巖水化分散，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求添加足量多級(jí)配封堵劑和低熒光磺化瀝青，增強(qiáng)封堵效果，提高膜效率，從而保證體系具有較強(qiáng)的防塌能力。

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(6)至二開(kāi)完鉆，整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程要保持各種處理劑的有效含量，并根據(jù)消耗情況及時(shí)補(bǔ)充，嚴(yán)格控制鉆井液性能符合設(shè)計(jì)要求。定向鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)摩阻扭矩變化情況，及時(shí)補(bǔ)充聚醚多元醇潤(rùn)滑劑，降摩減扭，防止粘卡。

(7)正常鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)避免定點(diǎn)循環(huán)；定點(diǎn)測(cè)斜時(shí)，應(yīng)降低排量循環(huán)，防止井眼局部沖蝕破壞形成不規(guī)則井眼。

3.2.3應(yīng)用效果

自東營(yíng)組轉(zhuǎn)化為低活度鉆井液體系，鉆進(jìn)過(guò)程中不斷補(bǔ)充活度調(diào)節(jié)劑，控制加量在10%左右，調(diào)節(jié)鉆井液活度在0.96以?xún)?nèi)，保證了體系具有很強(qiáng)的抑制能力，有效抑制了泥頁(yè)巖的水化分散，保證了鉆進(jìn)時(shí)具有良好的流變性，同時(shí)通過(guò)增強(qiáng)封堵能力有效提高了泥巖地層的井壁穩(wěn)定性能。整個(gè)二開(kāi)鉆進(jìn)期間體系流變性保持良好(見(jiàn)圖1)，未出現(xiàn)掉塊及井下復(fù)雜情況。

圖1　樁202-平11井二開(kāi)鉆井液性能

4　三開(kāi)油基鉆井液重復(fù)利用技術(shù)

三開(kāi)水平段鉆進(jìn)地層為中生界，樁西潛山中生界砂泥巖地層交互，砂巖較薄，泥巖地層極易坍塌，為有效保證鉆井成功率，三開(kāi)水平段設(shè)計(jì)了油基鉆井液。從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，本井對(duì)樁202-平10井的油基鉆井液進(jìn)行了回收利用。

4.1　油基鉆井液回收利用性能調(diào)整實(shí)驗(yàn)

對(duì)樁202-平10井的油基鉆井液老漿性能進(jìn)行了測(cè)試，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：ρ=1.48 g/cm3，F(xiàn)V=102 s，AV=49 mPa·s，PV=42 mPa·s，YP=7 Pa，GEL=1.5/4 ， HTHP失水量6.0 mL，破乳電壓ES=310 V，油水比=68∶32。

由評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，回收的鉆井液體系長(zhǎng)期放置后電穩(wěn)定性和流變性變差，油水比降低，高溫高壓濾失量增大，分析是因?yàn)槔暇叹突厥者^(guò)程中混入了一些水，同時(shí)鉆井液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間靜置后，電穩(wěn)定性降低，油相與水相的乳化狀態(tài)變差，較多固相偏親水狀態(tài)[10-11]。

經(jīng)過(guò)分析，確定通過(guò)混配高油水比基漿的方法來(lái)提高油水比，其中基漿中補(bǔ)充了乳化劑、潤(rùn)濕劑和親油膠體來(lái)提高體系的乳化穩(wěn)定性[12-15]。新配制高油水比油基鉆井液基漿配方：(白油+氯化鈣溶液)(油水比90∶10)+1.5%有機(jī)土+2%主乳化劑+1%輔乳化劑+2%潤(rùn)濕劑+2%乳化封堵劑+3%油基泥漿降濾失劑。調(diào)整后鉆井液性能為：ρ=1.30 /cm3，AV=47.5 mPa·s，PV=38 mPa·s，YP=9.5 Pa，GEL=3/7.5，HTHP失水量3.6 mL，ES=475 V，油水比=80∶20。

4.2　現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理措施

(1)體系轉(zhuǎn)換：在地面循環(huán)罐中儲(chǔ)備足夠的頂替用油基鉆井液，頂替清水，然后替入油基鉆井液，將井眼內(nèi)清水完全頂替，頂替過(guò)程中保持排量不變，通過(guò)計(jì)算及井口觀察確保將井眼內(nèi)的油基鉆井液全部頂替。

(2)根據(jù)小型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，向井眼內(nèi)混入20%的新配制高油水比油基鉆井液，充分循環(huán)，檢測(cè)鉆井液性能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開(kāi)始鉆進(jìn)。

(3)振動(dòng)篩使用140目或以上篩布，配合除砂、除泥器控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量，保證鉆井液密度維持在合理的范圍之內(nèi)，如需調(diào)整密度，則采用基油稀釋、使用離心機(jī)的方法降低密度，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備足夠重晶石。

(4)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制鉆井液流變性能在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，如出現(xiàn)鉆井液粘切變化時(shí)必須全面檢測(cè)鉆井液各項(xiàng)性能及油水比，配合小型實(shí)驗(yàn)以便有針對(duì)性的調(diào)整，提高粘切方法主要是增大鉆井液中有機(jī)土、氧化瀝青等親油膠體的含量，必要時(shí)加入0.2%左右的油基鉆井液提切劑；對(duì)于降低油基鉆井液粘切現(xiàn)場(chǎng)采用增大油基鉆井液中基油含量配合固控設(shè)備清除劣質(zhì)固相的辦法實(shí)現(xiàn)。

(5)鉆進(jìn)期間及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤(rùn)濕劑，保證鉆井液中的有效含量，并注意及時(shí)調(diào)整油水比，保證油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性。

(6)保持油基鉆井液中封堵劑的有效含量以提高體系的封堵能力，并根據(jù)振動(dòng)篩返砂情況及摩阻扭矩變化，及時(shí)補(bǔ)充以提高地層的井壁穩(wěn)定性。

(7)現(xiàn)場(chǎng)采用合理的鉆井液密度，地面不允許用水沖洗振動(dòng)篩，除鉆井液工程師下技術(shù)指令加入水外，不允許任何形式的水進(jìn)入鉆井液，以保證鉆井液合理的油水比及乳化穩(wěn)定性。

(8)以室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)調(diào)整為依據(jù)，采取按一定比例混配新配制基漿的方式，維護(hù)鉆進(jìn)過(guò)程中體系性能符合設(shè)計(jì)要求及維持循環(huán)總量穩(wěn)定。

4.3　應(yīng)用效果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)調(diào)控鉆井液性能，保證了油基鉆井液良好的流變性能(參見(jiàn)表1)，提高了攜巖能力，鉆進(jìn)過(guò)程中破乳電壓穩(wěn)定，高溫高壓濾失量<4 mL，展現(xiàn)了良好的乳化穩(wěn)定性，整個(gè)過(guò)程安全順利，無(wú)任何復(fù)雜情況發(fā)生。

表1　三開(kāi)油基鉆井液性能

5　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)氯化鈣強(qiáng)抑制鉆井液體系抑制性強(qiáng)，絮凝明化鎮(zhèn)高活性粘土效果好，能夠滿(mǎn)足上部地層小循環(huán)不落地工藝的要求。

(2)控制低活度鉆井液的活度在0.97以下可以適度平衡東營(yíng)組底部地層活度，抑制防塌效果好。

(3)油基鉆井液老漿性能變差，混配高油水比基漿，補(bǔ)充乳化劑、潤(rùn)濕劑和親油膠體可以改善性能，滿(mǎn)足新井的鉆探需要。