奈23井欠飽和鹽水鉆井液技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)用

于 盟

奈23井欠飽和鹽水鉆井液技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)用

于 盟

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井液公司，遼寧 盤(pán)錦 124000）

奈23井位于奈曼凹陷奈10東南塊，在九佛堂組鉆遇鹽巖層，為應(yīng)對(duì)鹽巖層污染鉆井液及鹽膏層蠕動(dòng)，采用欠鹽水鉆井液體系進(jìn)行施工。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了欠飽和鹽水鉆井液配方，并配套了鹽水堵漏工藝，本井鹽巖層井徑平均擴(kuò)大率11.88%，全井平均井徑擴(kuò)大率6.20%，電測(cè)一次成功，很好的解決了上部砂巖地層井漏，中部鹽巖縮頸和下部泥巖掉塊形成大肚子井眼導(dǎo)致的多口探井電測(cè)遇阻的難題。

欠飽和鹽水鉆井液；鹽巖層；堵漏

開(kāi)魯?shù)貐^(qū)奈曼凹陷油氣藏資源豐富，是遼河油田重要的油氣戰(zhàn)略接替區(qū)，但在鉆井過(guò)程中，九佛堂組下段發(fā)育鹽巖層，鹽巖段阻卡等復(fù)雜事故嚴(yán)重制約了鉆井提速。本文分析該區(qū)塊鉆井地質(zhì)難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)奈23井鉆井液技術(shù)的優(yōu)化，解決了上部地層井漏和鹽巖層井眼穩(wěn)定性等問(wèn)題。本井的成功應(yīng)用，對(duì)奈曼區(qū)塊鹽巖層安全鉆進(jìn)具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

1.1 奈23井地質(zhì)分層

表1 奈23井地質(zhì)分層

1.2 巖芯浸泡實(shí)驗(yàn)

對(duì)九佛堂組下段巖鹽進(jìn)行含鹽量測(cè)試和巖心浸泡試驗(yàn)，其中白色巖心含鹽量99.9%，灰色巖心含鹽量63.3%；主要離子為Na+、K+、Cl-、HCO3-。

取部分含鹽巖心，浸泡在飽和氯化鈉鹽水當(dāng)中16 h，測(cè)試其是否能夠溶解，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 鄰井巖心圖片

圖2 巖心浸泡前

圖3 巖心浸泡中圖

圖4 巖心浸泡后

2 鉆井液主要技術(shù)難點(diǎn)

2.1 防漏堵漏

本井上部井段的塊狀砂礫巖膠結(jié)性差、滲透性好，九下段含灰泥巖、灰質(zhì)砂巖存在裂縫，古生界砂巖、安山巖滲透性高，易產(chǎn)生井漏等復(fù)雜情況。

2.2 鹽層污染

九下段發(fā)育鹽巖層、鹽膏層，對(duì)普通鉆井液污染程度大，造成黏切升高，失水增大，無(wú)法達(dá)到施工要求。

2.3 井徑不規(guī)則

鹽溶解、泥巖掉塊生成大肚子井眼，造成井塌、攜巖困難、電測(cè)遇阻等復(fù)雜情況。

2.4 體系選擇

如采用飽和鹽水體系，雖然可以解決鹽巖段井壁失穩(wěn)的問(wèn)題，但其密度大，會(huì)導(dǎo)致上部裂縫性地層壓裂性井漏。

3 鹽水鉆井液優(yōu)化

3.1 欠飽和鹽水鉆井液配方試驗(yàn)

經(jīng)室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選降濾失劑、流型調(diào)節(jié)劑及抑制劑，確定鹽水鉆井液配方為：0.5%～1%般土漿+0.7%預(yù)膠化淀粉+0.4%PAC-LV+1%SPNH+ 2%SMP-II+0.2%~0.3%FA-367+0.25%XC+30%NaCl+1%~3%潤(rùn)滑劑，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)性能如下：

表2 室內(nèi)飽和鹽水鉆井液性能

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝優(yōu)化

按循環(huán)周期取樣測(cè)定原漿膨潤(rùn)土含量，如表3，取平均數(shù)確定原漿膨潤(rùn)土含量為：59.48 g/L。

表3 原漿膨潤(rùn)土含量測(cè)定

按照配方比例，循環(huán)罐預(yù)留20 m3原漿，清洗循環(huán)罐后加入清水50 m3，循環(huán)均勻后按比例加入預(yù)膠化淀粉和PAC-LV，使其充分護(hù)膠，黏度達(dá)到30～35 s，邊循環(huán)邊加鹽至充分溶解，一次性加足SPNH、SMP-II調(diào)節(jié)失水，XC調(diào)節(jié)流型。罐面配制鹽水鉆井液性能如下表，罐面循環(huán)均勻后，下鉆分段替出井筒泥漿。

表4 罐面配制鹽水鉆井液性能

4 欠飽和鹽水鉆井液應(yīng)用

4.1 分段鉆井液性能

由于頂替過(guò)程中1 083 m處出現(xiàn)漏失，無(wú)法承受當(dāng)前液柱壓力，密度控制在1.18～1.20 g/cm3，隨著井深增加，增加含鹽量，提密度至1.20～1.22 g/cm3。

表5 分段鉆井液性能

4.2 鉆井液性能維護(hù)

4.2.1 補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿

隨著井深的增加，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)補(bǔ)充預(yù)水化般土漿方式補(bǔ)充鉆井液量，膨潤(rùn)土在較高濃度的鹽水中不能進(jìn)行充分的水化，晶層間陽(yáng)離子濃度小于溶液內(nèi)部，不能形成有效的擴(kuò)散雙電層，表面水化和滲透水化受到阻礙，電解質(zhì)的濃度越高，這種阻礙作用越明顯，黏土層面的雙電層示如圖5。

圖5 黏土層面的雙電層示意圖

首先對(duì)膨潤(rùn)土在淡水中進(jìn)行預(yù)水化，并在加鹽之前用適量分散劑進(jìn)行處理，造漿率顯著提高。這是因?yàn)樵谟龅禁}侵之前，黏土已經(jīng)進(jìn)行了充分的水化分散，形成了穩(wěn)定的雙電層。當(dāng)遇到鹽后，雙電層受到一定的壓縮，此時(shí)膨潤(rùn)土仍表現(xiàn)出一定的水化性能，從而能有效地起到提高黏度、切力和降濾失的作用。

4.2.2 鹽水鉆井液護(hù)膠

對(duì)含鹽量較高的鹽水鉆井液的維護(hù)應(yīng)以護(hù)膠為主。由于在該類鉆井液中，黏土顆粒不易形成端-端或端-面連接的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而特別容易發(fā)生面-面聚結(jié)，變成大顆粒而聚沉，因此需要大量的護(hù)膠劑維護(hù)其性能，否則在使用中常出現(xiàn)黏度、切力下降和濾失量上升的現(xiàn)象。保持性能穩(wěn)定對(duì)鹽水鉆井液來(lái)說(shuō)是最關(guān)鍵的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)以上異常情況，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充護(hù)膠材料。

本井主要使用PAC-LV作為護(hù)膠材料，現(xiàn)場(chǎng)小型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6。從表6可明顯看出，加入0.4% PAC-LV后，、有明顯的恢復(fù)趨勢(shì)，值降低到合理范圍。

表6 現(xiàn)場(chǎng)護(hù)膠小型試驗(yàn)

4.3 欠飽和鹽水堵漏

淡水施工時(shí)，本井鹽層上部九佛堂組九下段1083 m處發(fā)生裂縫性虧空漏失，罐面調(diào)整含鹽量至飽和后，頂替過(guò)程中液面下降，再次漏失。采用隨鉆堵漏、靜止堵漏、承壓堵漏均無(wú)法滿足施工要求，最終全井堵漏劑施工。1#堵漏漿：基漿+5%云母+5%MDF+5%單封+5%承壓；2#堵漏漿：基漿+5%云母+2.5%MDF+5%承壓+5%超細(xì)鈣+5%土粉+0.01%XC；3#堵漏漿：基漿+5%云母+2.5%MDF+5%超細(xì)鈣+2.5%單封+5%超低滲

4.3.1 降低鉆井液密度

頂替過(guò)程發(fā)生漏失后，將罐面鉆井液稀釋，密度由1.25 g/cm3降低至1.18 g/cm3~1.20 g/cm3，替出井筒內(nèi)鉆井液后，開(kāi)泵過(guò)程仍有漏失。

4.3.2 靜止堵漏

按1#配比配20 m3堵漏泥漿封740~1 140 m處?kù)o止堵漏，起鉆至700 m開(kāi)泵施加壓力，鉆井液擠入地層3 m3后液面穩(wěn)定，起鉆靜止，下鉆到底后開(kāi)泵沖刷井壁發(fā)生漏失。

4.3.3 承壓堵漏

按2#和3#配比配20 m3堵漏泥漿封800~1 120 m，起鉆至800 m處關(guān)井，活動(dòng)開(kāi)泵憋壓，壓力升高至0.4 MPa穩(wěn)壓20 min，擠入泥漿4 m3。靜止后下鉆開(kāi)泵，仍有漏失。

4.3.4 全井堵漏

承壓堵漏無(wú)法滿足施工要求，仍有漏失發(fā)生。最終采取全井15%含量堵漏材料施工。

現(xiàn)場(chǎng)常用纖維狀、薄片狀堵漏劑，通過(guò)擠入地層孔洞中、平鋪在地層表面起封堵作用，吸水后發(fā)生膨脹作用，增強(qiáng)封堵效果。但在鹽水體系中，水的活性受到抑制，堵漏材料處于卷曲狀態(tài)，無(wú)法完全伸展膨脹，堵漏效果受到嚴(yán)重影響。只能在井壁上形成假泥餅，一旦重新循環(huán)鉆井液，假泥餅被沖掉，就起不到堵漏作用。

4.4 欠飽和鹽水鉆井液應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

相較鄰井淡水鉆井液體系，鹽水體系抑制性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定性高，井眼規(guī)則且井徑擴(kuò)大率低。鹽巖層井徑平均擴(kuò)大率11.88%，全井平均井徑擴(kuò)大率6.20%，電測(cè)一次成功，很好的解決了泥巖掉塊形成大肚子井眼導(dǎo)致的多口探井電測(cè)遇阻的難題，成功地避免了鹽膏層、鹽巖層溶解和蠕動(dòng)造成的卡鉆。

表7 鹽巖層實(shí)測(cè)井徑

5 結(jié) 論

氯離子含量控制90 000～120 000 mg/L即可較好地抵抗該地層鹽巖層的溶解，避免井徑擴(kuò)大；欠飽和鹽水鉆井液礦化度高，抑制性強(qiáng)，井壁穩(wěn)定性好，井眼規(guī)則，井徑擴(kuò)大率低，可較好地抵制鹽巖層、鹽膏層的溶解與蠕動(dòng)，預(yù)防泥巖掉塊；欠飽和鹽水體系性能穩(wěn)定，為預(yù)防黏土變成大顆粒而聚沉，需加入護(hù)膠材料，保持性能穩(wěn)定；鹽水體系堵漏效果受限，堵漏劑用量增大，堵漏方法欠缺。

［1］肖金裕，周華安，孫俊，等.玉東7-4-2井鉆井液技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)用[J].鉆井液與完井液.2019，36（3）:321-324.

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Optimization and Application of Undersaturated Brine Drilling Fluid Technology for Nai 23 Well

（CNPC Greatwall Drilling Company Drilling Fluids Branch, Liaoning Panjin 124010, China）

Nai 23 well is located in the southeast block of Nai 10 in Naiman Sag. The salt rock formation was drilled in the Jiufotang formation. In order to cope with the drilling fluid contamination and salt paste layer creeping in the salt rock formation, the under-saline drilling fluid system was used for construction. The formulation of undersaturated brine drilling fluid was optimized by laboratory experiments, and the salt water plugging process was matched. The average diameter expansion rate of the well salt rock formation was 11.88%, and the average well diameter expansion rate of the whole well was 6.20%. The electrical test was successfully finished once, and the problems of circulation loss,hole shrinkage and wellbore collapse was well solved.

undersaturated brine drilling fluid; salt rock formation; plugging

2019-10-17

于盟（1986-），男，工程師，碩士，遼寧省盤(pán)錦市人，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：從事鉆井液現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理工作。

TE254.3

A

1004-0935（2020）01-0109-04