大位移評(píng)價(jià)井利斜572 井三開(kāi)鉆井液技術(shù)

索海釗

（勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司，山東東營(yíng) 257064）

利斜572 井是鉆井工程技術(shù)公司在利津油田布置的一口評(píng)價(jià)井，鉆探目的是向北擴(kuò)大利943 塊沙四段含油氣范圍，完鉆井深為4335 m，最大井斜為71.24°，井底位移為1911 m，是勝利油田的一口超大位移井，對(duì)鉆井液攜巖能力要求極高。目的層為沙四段，巖性為大段砂礫巖體夾雜硬脆性含灰質(zhì)油泥巖，上部包括沙三段和沙四純上亞段均為泥頁(yè)巖與油頁(yè)巖，極易垮塌和形成“糖葫蘆”井眼，鉆探難度極大。通過(guò)優(yōu)選復(fù)合鹽強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系，配合對(duì)鄰井資料的了解以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理措施，順利鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深，完成了地質(zhì)和工程任務(wù)，為進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)[1-3]。

1 工程地質(zhì)概況

利斜572 井自上而下主要鉆穿第四系（平原組，0～250 m），新近系（包括明化鎮(zhèn)組、館陶組，250～1335 m），古近系（東營(yíng)組1335～1470 m，沙一段1470～1560 m，沙二段1560～1655 m，沙三段1655～2290 m，沙四純上亞段2290～2880 m，沙四純下亞段2880～3090 m）。該井完鉆井深為4335 m，一開(kāi)采用φ444.5 mm 三牙輪鉆頭鉆至井深201 m，下入φ339.7 mm表層套管；二開(kāi)采用φ311.2 mm PDC 鉆頭鉆至井深1802 m，其中250～1100 m為氯化鈣鉆井液體系，1100～1802 m 為聚合物防塌鉆井液體系，完鉆后下入φ244.5 mm 技術(shù)套管；三開(kāi)采用φ215.9 mm PDC 鉆頭鉆至井深2000 m 開(kāi)始定向，至井深2550 m 井斜到達(dá)69°，穩(wěn)斜至完鉆，采用復(fù)合鹽強(qiáng)抑制防塌體系。鉆井周期為36.5 d，完井周期為68.16 d。

2 鉆井液技術(shù)

1）二開(kāi)完鉆鉆井液體系（聚合物防塌鉆井液體系）由于存在大量褐煤，因此屬于分散鉆井液，特點(diǎn)是濾失量小、終切較高、土相分散度高、固相含量高。在三開(kāi)開(kāi)鉆前轉(zhuǎn)換鉆井液體系，需要大量放漿同時(shí)做好護(hù)膠工作；轉(zhuǎn)換體系時(shí)極容易引發(fā)土相聚沉，直接導(dǎo)致鉆井液防塌能力不足或轉(zhuǎn)換體系時(shí)黏度、切力過(guò)高、洗井能力下降導(dǎo)致起下鉆遇阻。

2）三開(kāi)沙河街組的掉塊、易塌問(wèn)題。沙三段和沙四上為大段泥頁(yè)巖、油頁(yè)巖層，吸水后容易直接剝落、坍塌；沙四下為大段砂礫巖體夾雜灰質(zhì)油泥巖層，由于油泥巖的剝落掉塊導(dǎo)致下方支撐力不足，容易引發(fā)砂礫巖體的剝落，繼而引發(fā)復(fù)雜情況；巖屑吸水膨脹分散在鉆井液中，易使其流變性惡化。

3）穩(wěn)斜段巖屑懸浮、攜帶問(wèn)題。穩(wěn)斜段井斜角大多為66°～71°，這正是攜巖問(wèn)題最突出的井斜角；加上泥頁(yè)巖、油泥巖的剝落掉塊，以及和復(fù)合鹽鉆井液的天然低黏度低切力特性格格不入，位移1911 m，可以說(shuō)整個(gè)斜井段都是攜巖洗井的突出地帶。

4）長(zhǎng)裸眼、穩(wěn)斜段的潤(rùn)滑降摩阻問(wèn)題。鉆進(jìn)至穩(wěn)斜段后期，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)表現(xiàn)為脫壓嚴(yán)重，甚至加不上鉆壓，嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速；鉆完單根上提劃眼摩阻大，同時(shí)扭矩也急劇增大，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)在鉆井液動(dòng)切力升到8 Pa 以上時(shí)，摩阻會(huì)發(fā)生突變，從240 kN 直接上漲至340 kN，最高時(shí)到達(dá)460 kN，這對(duì)于井下安全非常不利。

5）造斜段井深為2100～2550 m，由于后期機(jī)械鉆速慢，造斜段處鉆具彎度大，長(zhǎng)時(shí)間貼在下井壁旋轉(zhuǎn)并擠壓下井壁，不但影響攜巖和摩阻，同時(shí)容易出鍵槽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鍵槽卡鉆。

6）油氣層保護(hù)問(wèn)題。利津油田沙四上油藏中，純上亞段孔隙度為8.49%，滲透率為3.32 mD，純下亞段孔隙度為13.36%，滲透率為6.78 mD，均屬于低孔、低滲油藏。在這種情況下，水敏傷害和水鎖效應(yīng)是造成儲(chǔ)層損害的最常見(jiàn)和最主要的原因[4]。

7）完井電測(cè)與旋轉(zhuǎn)井壁取心由斯倫貝謝公司負(fù)責(zé)施工，電測(cè)對(duì)于井下安全摩阻要求很高，要求做靜置實(shí)驗(yàn)，即鉆具在井底先后靜置10、20、30 min 后上提鉆具，上提摩阻均不得超過(guò)20 kN，且下放儀器過(guò)程中拉力不得大于15 kN，而安全摩阻與鉆井液的關(guān)系密不可分，不但要求鉆進(jìn)時(shí)鉆出規(guī)則的井徑，同時(shí)要求完鉆后鉆井液的黏度、切力、濾失量、黏附系數(shù)與井壁的穩(wěn)定性能都非常好。相較于該地區(qū)同期同井型的利斜896 井，靜置20 min后即達(dá)到20 kN 的上提摩阻來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)。

3 問(wèn)題解決思路

1）轉(zhuǎn)型前做好小型試驗(yàn)，可以經(jīng)過(guò)加水稀釋后，試驗(yàn)不同類型和加量的護(hù)膠材料，以及與鹽的先后順序，經(jīng)過(guò)高溫?cái)嚢枥鋮s后測(cè)性能，最后確定合適的膨潤(rùn)土含量、護(hù)膠材料和KCl、NaCl 的加量。

2）利用物理支撐和化學(xué)固壁。使用合適的密度提供液柱壓力支撐井壁，并采用致密且堅(jiān)韌的泥餅固定井壁。同時(shí)，降低濾失量，減小濾液活度，利用K+的晶格固定和Na+的適度絮凝作用，阻止?jié)B入地層的濾液對(duì)地層中的蒙脫石產(chǎn)生水化分散作用。另外，加入封堵類材料也可以減少地層的坍塌掉塊。

3）調(diào)整合適的流型，既要增加大井斜井段鉆井液對(duì)下井壁的沖刷，又要增加巖屑沖刷和攜帶，還要避免紊流對(duì)井壁的沖刷，以防形成大肚子井眼。一般以動(dòng)切力在4～8 Pa之間，初切為1～3 Pa為宜。

4）采用聚醚多元醇[5]、乳化石蠟[6]等這類既能封堵又能潤(rùn)滑的封堵材料，同時(shí)保證潤(rùn)滑劑的充足，以及泥餅的致密和較低的黏附系數(shù)。黏度和切力不能太高，要控制住膨潤(rùn)土含量，漏斗黏度要維持在55 s 以下，初切小于3 Pa。此外，優(yōu)良的防塌能力也能保證井眼通暢和井壁光滑。劣質(zhì)固相盡量少，使用優(yōu)質(zhì)固控設(shè)備清除劣質(zhì)固相防止泥餅虛厚。同時(shí)，要配合工程短程起下鉆，破除掉下井壁的巖屑床并及時(shí)攜帶出來(lái)。

5）密切關(guān)注井下摩阻。使用鉆具重量在井壁上的垂直分量，乘以測(cè)得的黏附系數(shù)可以得到理論摩阻；當(dāng)實(shí)際摩阻遠(yuǎn)大于理論摩阻時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮短程起下鉆破壞巖屑床；當(dāng)起下鉆時(shí)有周期性的摩阻增大時(shí)，就應(yīng)考慮可能出鍵槽，最好提前優(yōu)化鉆具組合，在容易形成鍵槽的位置（一般為造斜段）增加破鍵器。

6）降低高溫高壓濾失量、增加泥餅的致密程度和韌性，并降低濾液活度，尤其是黏土穩(wěn)定劑如K+和季銨鹽的加入，可以減小水敏傷害[7]。減少鉆井液中的劣質(zhì)固相和分散度，降低固相堵塞，以及在鉆井液中加入表面活性劑，增加濾液中的親油基數(shù)量則可以改變體系界面張力，減弱水鎖效應(yīng)[8-9]。

7）鉆進(jìn)時(shí)要求鉆出規(guī)則的井眼，完鉆后徹底循環(huán)洗井，徹底調(diào)整鉆井液性能，以保證性能的優(yōu)越。同時(shí)，為了保證靜置后的鉆井液既有一定的懸浮力又不固化，終切范圍應(yīng)在8～12 Pa。

4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)

三開(kāi)（1802～4335 m）鉆井液配方[10-11]：二開(kāi)井漿（含6% 膨潤(rùn)土+0.3%PAM+0.5%銨鹽+1%LV-CMC+1% WNP-1+2% KFT）+（0.5%～1%）胺基聚醇+（3%～5%）NaCl+（5%～7%）KCl+（1%～2%）LV-CMC+（0.5%～1%）KFT+（2%～3%）SMP-Ⅱ+（0.5%～1%）DSP-2+（1.5%～2.5%）乳化石蠟+（2%～3%）聚醚多元醇+（2.5%～3.5%）超細(xì)碳酸鈣+（0.5%～1%）SF-4+（5%～10%）植物油潤(rùn)滑劑

1）開(kāi)鉆前配制一罐（40 m3）10%的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，pH 值調(diào)至9，并加入1%SMP-Ⅱ+1%KFT。

2）開(kāi)啟離心機(jī)清除劣質(zhì)固相，放漿前鉆井液的密度為1.17 g/cm3，漏斗黏度為47 s，塑性黏度為21 mPa·s，動(dòng)切力為7 Pa，濾失量為3.2 mL，pH 值為8.5，膨潤(rùn)土含量為93 g/L。根據(jù)小型試驗(yàn)確定鉆井液適合轉(zhuǎn)型的膨潤(rùn)土含量（放漿后加清水稀釋后所得）和加鹽量，并提前做好護(hù)膠（2%LV-CMC+2%WNP-1），具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從表1 可知，比較適合開(kāi)鉆的鉆井液膨潤(rùn)土含量為50～57 g/L，KCl 和NaCl 的加量分別為6%～7%和4%～5%?？紤]到后面防塌還需要補(bǔ)充一些高溫高壓降濾失劑以及增加固相的防塌劑，因此選擇膨潤(rùn)土含量為50 g/L，KCl 和NaCl 的加量分別為7%和5%。

表1 轉(zhuǎn)型時(shí)不同膨潤(rùn)土含量和加鹽量對(duì)鉆井液性能的影響

現(xiàn)場(chǎng)處理為：放漿量為總量的1/3，并加水稀釋至漏斗黏度為36 s，加2%LV-CMC+2%WNP-1，再加7%KCl 和5%NaCl，測(cè)得鉆井液的密度為1.17 g/cm3，漏斗黏度為42 s，塑性黏度為13 mPa·s，動(dòng)切力為2.5 Pa，切力為0/2 Pa/Pa，中壓濾失量為2.8 mL，pH 值為8，膨潤(rùn)土含量為50 g/L，Cl-含量為68 640 mg/L。此時(shí)性能已經(jīng)滿足三開(kāi)開(kāi)鉆。后期隨著鉆進(jìn)時(shí)膨潤(rùn)土含量的升高，參照表1 增加KCl和NaCl 的使用量，可以維護(hù)好性能。

3）密切監(jiān)控Cl-含量，使之大于50 000 mg/L。三開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)膠液配方：（0.5%～1.0%）胺基聚醇+（1.5%～2.0%）SMP-Ⅱ+（0.5%～1.0%）KFT。加入胺基聚醇是利用其“晶層鑲嵌”的特性，即胺基水化能低，比Na+和Ca2+優(yōu)先吸附，擠壓黏土層間距使黏土聚結(jié)，從而被清除出去，抑制黏土分散并起到防塌的作用[12]。隨著膠液的加入，濾失量可繼續(xù)降低；垂深2290 m 后進(jìn)入沙四段，開(kāi)始逐步放大SMP-II 的量至3%、減小KFT 的量至0.5%，并加入0.5% DSP-2，使高溫高壓濾失量不大于10 mL。全井盡量少加褐煤類材料，防止土相過(guò)度分散[13-14]。

4）隨著鉆進(jìn)，優(yōu)質(zhì)土相會(huì)逐漸消耗，需要隨時(shí)補(bǔ)充水化好的膨潤(rùn)土漿以增進(jìn)防塌能力。維持膨潤(rùn)土含量為50～57 g/L。同時(shí)根據(jù)不同的膨潤(rùn)土含量確定KCl 和NaCl 的不同加量，以保證在井深增加時(shí)依然有較好的流變性能，具體可以參考表1。

5）固控設(shè)備的使用。隨著井深的增加，鉆時(shí)變慢，巖屑尺寸變小，溫度升高，鉆井液的水化分散能力變強(qiáng)，這時(shí)更加需要及時(shí)清除尚未水化分散的巖屑。KCl 的晶格固定作用能防止黏土的水化膨脹[1-2]，NaCl 的適度絮凝作用則可以阻止已經(jīng)水化好的黏土分散[3]。筆者總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn)：以進(jìn)入沙四段為界（該井垂深為2290 m），1800～2290 m 之間可用120～140 目（孔徑為120～106 μm）的篩布，2290 m 之后更換為180～200 目（孔徑為80～74 μm）的篩布；離心機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?400 r/min（分離巖屑粒徑約為9 μm）更換為3600 r/min（分離巖屑粒徑約為2.5 μm），振動(dòng)篩、除砂器、離心機(jī)開(kāi)啟時(shí)間需達(dá)100%，用來(lái)保證中后期維持較少的劣質(zhì)固相。

6）進(jìn)入定向段（斜深2000～2550 m，垂深2000～2450 m，溫度約為60～72 ℃）之后，開(kāi)始逐漸加入聚醚多元醇（濁點(diǎn)為75 ℃），其抗鹽性、潤(rùn)滑性以及濁點(diǎn)效應(yīng)能夠根據(jù)其不同的加量分別在造斜段起到潤(rùn)滑降摩阻、抑制防塌的作用[15-16]；其濁點(diǎn)效應(yīng)所析出的膠狀顆粒具有堵孔作用，而且聚醚多元醇本身屬于表面活性劑，可以減輕對(duì)油氣層的損害。這對(duì)油氣層的保護(hù)有很大的積極作用[4]。

7）由于該井井別為評(píng)價(jià)井，因而禁止使用瀝青與原油類有熒光的物質(zhì)作為封堵防塌劑和潤(rùn)滑劑。因此進(jìn)入穩(wěn)斜段后，使用防塌劑為乳化石蠟和超細(xì)碳酸鈣（2000～5000 目），故一次性加入2%乳化石蠟與3%超細(xì)碳酸鈣。由于乳化石蠟的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)和賈敏效應(yīng)，可以阻止水相進(jìn)入地層，從而起到防塌的作用[17]；由于石蠟屬于油性物質(zhì)，其在高溫乳化作用下也具有一定的潤(rùn)滑性能。另外，在離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到100%的情況下，部分2 μm 以上的土相顆粒被清除出去，因此，需要補(bǔ)充2000～5000 目的超細(xì)碳酸鈣（折合粒徑尺寸為6.5～2.5 μm），也可以填充泥餅，堵塞地層的微裂縫，封閉滲水通道，以達(dá)到防塌的效果。通過(guò)磺酸鹽、乳化石蠟等抗高溫降濾失防塌材料的加入，最終鉆井液黏度維持在52～54 s 之間，靜切力3/8 Pa/Pa，高溫高壓濾失量為8.6 mL。

8）pH 值要始終維持在9 以下。有研究指出，pH 值高于9 時(shí)，會(huì)解離出頁(yè)巖中的非膨脹性黏土礦物（利津油田以伊利石為主，高嶺石和綠泥石含量較少[18]）的黏土晶格中的鋁氧八面體中的氫原子，使得黏土表面帶負(fù)電，增大其陽(yáng)離子交換容量，繼而產(chǎn)生促進(jìn)分散的作用。

9）鉆進(jìn)排量維持在1.8 m3/min 以上；每鉆進(jìn)150～200 m 短程起下鉆一次，下鉆到底后循環(huán)排量達(dá)2 m3/min；參考利斜896 井完鉆前后遇卡的情況，對(duì)照該井另外在每趟鉆的造斜段位置（距離井口約2255 m 處，大約79～80 柱后面）加一個(gè)修壁器以破壞鍵槽。當(dāng)復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，破鍵器可以貼在下井壁旋轉(zhuǎn)修復(fù)井壁。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

1）提速效果顯著。全井井徑規(guī)則，地層無(wú)縮徑和垮塌現(xiàn)象發(fā)生，起下鉆順利。全井平均機(jī)械鉆速達(dá)8.23 m/h，鉆井周期比設(shè)計(jì)節(jié)約20 d，三開(kāi)平均井徑擴(kuò)大率只有5.20%。三開(kāi)百米部分井徑數(shù)據(jù)如表2 所示。

2）由于井壁穩(wěn)定，使分析井下摩阻情況非常準(zhǔn)確。鉆至穩(wěn)斜段后期井深約3500 m 時(shí)短程起下鉆，短起無(wú)顯示，下鉆卻有周期顯示的情況。由于下鉆到底后循環(huán)并未出掉塊，考慮可能是由于造斜段鉆具彎度大、剛性強(qiáng)，反復(fù)旋轉(zhuǎn)、擠壓、摩擦井壁，劃出鍵槽的緣故。起鉆后在造斜段位置增加一個(gè)修壁器，效果明顯，以后每次起下鉆均非常順利，毫無(wú)顯示。從表2 可知，2200～2300 m 處井徑擴(kuò)大率較大，正是由于修壁器修復(fù)鍵槽所導(dǎo)致的。

3）潤(rùn)滑性能極其優(yōu)良。整口井定向順利，幾乎沒(méi)有脫壓情況發(fā)生。鉆至3800 m（井斜69°、閉合位移 1419.05 m）時(shí)發(fā)生摩阻突增的情況（從240 kN 直接增至340 kN，最高時(shí)到達(dá)460 kN）。由于潤(rùn)滑劑量很足，且黏度、切力增大（黏度增至54 s、動(dòng)切力增至8 Pa），分析可能為燒堿加過(guò)量，使pH值過(guò)高，導(dǎo)致土相過(guò)度分散，出現(xiàn)攜巖不暢、下井壁堆積巖屑床厚度增加，所以才會(huì)摩阻增加。故停加NaOH、增大NaCl 加量，以達(dá)到降pH 值的效果，處理一個(gè)班后pH 值降至9 以內(nèi)，漏斗黏度降至52 s、動(dòng)切力降至6 Pa，摩阻降回280 kN，如表3 所示。另外，由于該井的完井鉆井液潤(rùn)滑性能較好，黏度、切力較低，井徑規(guī)則，井壁穩(wěn)定性好，在完井電測(cè)時(shí)斯倫貝謝公司的摩阻實(shí)驗(yàn)一次通過(guò)。通過(guò)與工程方面的全力配合，實(shí)現(xiàn)了測(cè)井與旋轉(zhuǎn)井壁取心一次成功率100%，同時(shí)也獲得了斯倫貝謝測(cè)井分公司對(duì)中國(guó)水基鉆井液的高度認(rèn)可。

表2 利斜572 井三開(kāi)百米井徑數(shù)據(jù)表

表3 利斜572 井摩阻上升與下降時(shí)鉆井液性能變化情況

4）密度盡量采用設(shè)計(jì)下限，全井無(wú)漏失，近平衡鉆井利于保護(hù)儲(chǔ)層；且鉆井液濾失量較小，礦化度維持在50 000 mg/L 以上，而利津油田采油注水礦化度僅為11 096 mg/L[19]，鉆井液礦化度遠(yuǎn)大于注水礦化度，可以長(zhǎng)時(shí)間抑制儲(chǔ)層土相膨脹，防止堵塞油通道的滲透；封堵防塌類材料均為可酸化固體或親油性物質(zhì)?？傮w來(lái)說(shuō)，該復(fù)合鹽鉆井液體系利于保護(hù)儲(chǔ)層。

6 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

1.復(fù)合鹽強(qiáng)抑制防塌鉆井液的抑制性和封堵防塌性能好，抑制了砂泥巖互層中泥頁(yè)巖的水化膨脹，井壁穩(wěn)定性得到提高，使用該體系順利完成了利斜572 井的工程施工；同時(shí)利于快速鉆進(jìn)，對(duì)提高鉆速和鉆井時(shí)效非常有幫助。

2.利津油田沙四段泥頁(yè)巖主要成分為伊利石/蒙脫石混層，鉆進(jìn)時(shí)需要控制pH 值在9 以下，防止伊利石和蒙脫石過(guò)度分散導(dǎo)致黏度、切力增大。同時(shí)在面對(duì)井深增加、膨潤(rùn)土含量上升、黏度、切力增大的情況時(shí)，及時(shí)針對(duì)井下情況加大KCl 和NaCl 的使用量，并及時(shí)更換更細(xì)的篩布和轉(zhuǎn)速更快的離心機(jī)，用以清除劣質(zhì)固相，保證性能的穩(wěn)定。

3.該地區(qū)鉆井液密度可以維持在1.15 g/cm3左右，對(duì)油氣層屬于近平衡壓力鉆進(jìn)；全井較小的濾失量有利于減輕水敏和水鎖對(duì)儲(chǔ)層的傷害；該鉆井液的強(qiáng)抑制性和防塌材料的加入也有利于保護(hù)儲(chǔ)層；另外，對(duì)土相分散能力的抑制有利于提高機(jī)械鉆速，可以減少油層浸泡時(shí)間，也有利于保護(hù)油藏。

4.利津油田沙三段地層不夠硬，鉆大位移井時(shí)鉆具與地層間反復(fù)摩擦容易出鍵槽，需要在該井段安裝修壁器修復(fù)鍵槽。