李 瓊
(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院,山東東營(yíng) 257000)
柴達(dá)木盆地馬北區(qū)塊上部地層為上干柴溝組和下干柴溝組,地層較疏松、造漿嚴(yán)重,泥巖易吸水膨脹,導(dǎo)致縮徑,砂巖滲透好易形成虛厚泥餅,造成假縮徑,從而引起起下鉆遇阻、劃眼,甚至卡鉆事故[1]。下部地層以元古界為高壓低滲地層,以灰色片麻巖為主,主要為變質(zhì)砂巖、石英巖、云母片巖,地層設(shè)計(jì)提示存在多套斷層、不整合面,地層易垮塌,易漏失。前期施工的山古1井鉆探中遇到了較大程度的垮塌問(wèn)題,未鉆至目的層??紤]使用強(qiáng)抑制復(fù)合鹽封堵防塌鉆井液體系應(yīng)對(duì)泥巖水化坍塌等井壁失穩(wěn)問(wèn)題,在提高鉆井液抑制性的基礎(chǔ)上,強(qiáng)化地層封堵并適量加入無(wú)機(jī)鹽進(jìn)一步增強(qiáng)防塌性能,有效解決該區(qū)塊井壁穩(wěn)定問(wèn)題[2,3]。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,山古101 井井壁穩(wěn)定性較好,全井施工順利,未出現(xiàn)復(fù)雜情況,井徑擴(kuò)大率相比鄰井明顯降低。
山古101井位于青海省海西州大柴旦鎮(zhèn)西北方向,該井設(shè)計(jì)井別為評(píng)價(jià)井,井型為直井,設(shè)計(jì)井深2 550 m,實(shí)鉆井深2 550 m,完鉆層位為元古屆,主探馬海東古近系下干柴溝組下段含油氣情況,兼探基巖潛山圈閉含油氣性(見(jiàn)表1)。
該區(qū)塊上部地層為上干柴溝組和下干柴溝組。巖性主要為棕色、棕紅色砂質(zhì)泥巖,棕色、棕紅色泥巖,灰色泥質(zhì)粉砂巖。地層較疏松,地層成巖性差,可鉆性好,極易造成沖蝕擴(kuò)徑;地層造漿嚴(yán)重,泥巖易吸水膨脹,容易縮徑,砂巖滲透好易形成虛厚泥餅,造成假縮徑,從而引起起下鉆遇阻、劃眼,甚至卡鉆事故。在前期施工的山古1 井鉆探中遇到了較大程度的垮塌問(wèn)題,山古1 井二開(kāi)最大井徑499.62 mm/1 925 m,最大處井徑擴(kuò)大率達(dá)60.55%,二開(kāi)井徑擴(kuò)徑段集中在1 700~1 970 m,層位下干柴溝組下段,平均擴(kuò)大率31.5%;三開(kāi)最大井徑359.33 mm/1 975 m,最大處井徑擴(kuò)大率56.91%,三開(kāi)井徑擴(kuò)徑段集中在1 970~2 225 m,層位元古界,平均擴(kuò)大率40.6%。井徑嚴(yán)重超標(biāo),給后期固井和試油工作增加困難,使施工周期增加,同時(shí)增加了完井費(fèi)用。
井徑擴(kuò)大率較大的原因:(1)二開(kāi)地層主要巖性為棕紅色泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖互層,地層膠結(jié)疏松,定點(diǎn)循環(huán)長(zhǎng)時(shí)間沖刷井壁極易出現(xiàn)大井眼。對(duì)目的層段巖石進(jìn)行薄片分析顯示,目的層巖石泥質(zhì)雜基具有強(qiáng)水云母化,成薄膜狀分布于粒沿。敏感性分析目的層段為中強(qiáng)水敏、中弱速敏地層。由于這種特性,在鉆井液以及濾液的浸泡下,地層巖石極易水化分散,且鉆井液失水越大,浸泡時(shí)間越長(zhǎng),分散程度越嚴(yán)重。(2)三開(kāi)元古界灰色片麻巖較多裂縫發(fā)育,在鉆井液浸泡下易剝蝕掉塊。元古界為高壓低滲地層,以灰色片麻巖為主,主要為變質(zhì)砂巖、石英巖、云母片巖。地層存在多套斷層、不整合面,地層易垮塌,易漏失。
(1)提高鉆井液抑制性:根據(jù)地層水敏特性,采用胺基聚醇作為主要抑制劑,配合聚合物提供強(qiáng)抑制性,本井重新認(rèn)識(shí)地層的水敏特征,在實(shí)際施工中抑制類材料應(yīng)高于設(shè)計(jì)含量[4]。
(2)增強(qiáng)鉆井液封堵能力:地層的水敏、速敏特性都要求鉆井液有快速、有效的封堵,因此采用復(fù)合封堵方式增強(qiáng)封堵能力,減少濾液進(jìn)入[5,6]。采用超細(xì)、多級(jí)配的屏蔽暫堵技術(shù),提高鉆井液對(duì)不整合面、斷層面、微裂縫地層的封堵防塌能力。以及聚合醇的濁點(diǎn)效應(yīng)、羥基鋁化學(xué)固壁作用等強(qiáng)化封堵。此外在資料錄取條件允許下,配合使用封堵防塌能力更強(qiáng)的膠乳瀝青,保證井眼穩(wěn)定。
(3)保護(hù)井壁減少?zèng)_刷:保護(hù)井壁減少?zèng)_刷,一方面是優(yōu)化鉆井液性能,從鉆井液流變性能上優(yōu)化,提高鉆井液黏度,提高鉆井液動(dòng)塑比,在滿足攜砂的條件下采用盡量低的排量。
(4)優(yōu)化鉆井液密度:優(yōu)化鉆井液密度以及提密度的方式,防止特殊工況下對(duì)井壁的沖刷;為避免出現(xiàn)山古1 井多次定點(diǎn)循環(huán)加重,頻繁短起下鉆測(cè)后效而出現(xiàn)井徑超標(biāo)的情況,本井鉆進(jìn)中提前加重,逐步提高鉆井液密度[7]。
(5)鉆井液體系優(yōu)化:針對(duì)地層水敏特性,考慮在原有體系基礎(chǔ)上,引入鹽類(氯化鈉、氯化鈣)處理劑,使鉆井液體系轉(zhuǎn)換為抑制能力更強(qiáng)的低鹽復(fù)合鹽體系。
表1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(6)根據(jù)油層段的敏感性分析報(bào)告,使用疏水暫堵劑、防水鎖劑來(lái)提高油層保護(hù)效果。
二開(kāi)井段體系基本配方:井漿+(0.2%~0.3%)鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽+1%LV-PAC+0.2%胺基聚醇+1%SMP-1+(1%~2%)海水鉆井液抗溫降濾失劑+2%井壁穩(wěn)定劑+2%多級(jí)配填充封堵劑+3%乳化瀝青+2%氯化鈉。
添加劑:疏水暫堵劑、防水鎖劑、氫氧化鈉、銨鹽、HV-PAC、DSP-2、海水降濾失劑、鉆井液用無(wú)熒光白油潤(rùn)滑劑、鉆井液用隨鉆堵漏劑、鉆井液用重晶石粉等。
三開(kāi)井段體系基本配方:井漿+(0.2%~0.3%)鉆井液用聚丙烯酰胺干粉+1%LV-PAC+1%SMP-1+1%海水鉆井液抗溫降濾失劑+(1%~2%)井壁穩(wěn)定劑+(0.5%~1%)聚合醇+(0.5%~1%)AP-1+2%氯化鈉。
添加劑:工業(yè)用氫氧化鈉、HV-PAC、DSP-2、鉆井液用超細(xì)碳酸鈣、聚合醇、白油潤(rùn)滑劑、堿式碳酸鋅、鉆井液用重晶石粉、隨鉆堵漏劑、生石灰、白油潤(rùn)滑劑等。
(1)該井段鉆井液必須具有很強(qiáng)的懸浮攜帶能力和穩(wěn)定井壁能力。開(kāi)鉆前配10%高濃度膨潤(rùn)土漿加入HV-PAC 將黏度提至60 s 以上導(dǎo)眼鉆進(jìn)。
(2)一開(kāi)前仔細(xì)檢查鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、加重系統(tǒng)、固控系統(tǒng)、鉆井液儲(chǔ)備系統(tǒng),必須滿足鉆井施工需要。鉆進(jìn)中充分利用各級(jí)固控設(shè)備,徹底清除鉆井液中劣質(zhì)固相,保證鉆井液清潔和性能良好。
(3)鉆進(jìn)中大量補(bǔ)充高濃度聚合物膠液進(jìn)行維護(hù),膠液配方:井場(chǎng)水+0.1%NaOH+0.3%KPAM。
(4)一開(kāi)油砂山組巖性以棕黃色泥巖、雜色細(xì)礫巖與砂質(zhì)泥巖,要求鉆井液具有一定的懸浮攜巖能力,黏度保持50~60 s,從而滿足鉆井需要。
(5)完鉆后配封井漿40 m3:30 m3井漿+10 m3膨潤(rùn)土漿+0.3%HV-PAC 配制高黏度封井漿封至井底,以保證電測(cè)和下套管順利。封井漿性能:密度1.10 g/cm3,黏度100 s。
(1)鉆井液體系:低鹽抑制性封堵防塌,將一開(kāi)鉆井液性能調(diào)整至密度1.10 g/cm3,黏度35~40 s。
(2)上干柴溝組和下干柴溝組下段:要求鉆井液達(dá)到三低一高,大排量鉆進(jìn),保持井眼有一定擴(kuò)大率。鉆井液性能:黏度35~40 s、密度1.10 g/cm3。鉆進(jìn)中補(bǔ)充高濃度膠液,增強(qiáng)鉆井液的抑制能力,防止棕色、棕紅色泥巖水化分散,配合固控設(shè)備及時(shí)清除鉆井液中的劣質(zhì)固相。
(3)下干柴溝組下段定性處理鉆井液,全井按循環(huán)周均勻加入1%銨鹽、1%LV-PAC,逐步將鉆井液失水控制在5 mL 以內(nèi)。
(4)提高目的層段井身質(zhì)量:井深1 500 m 至二開(kāi)中完,逐步加入多級(jí)配填充封堵劑、低熒光磺化瀝青,提高鉆井液對(duì)不整合面、斷層面、微裂縫地層的封堵防塌能力;鉆進(jìn)至目的層下干柴溝組目的層段鉆進(jìn)加入乳化瀝青提高鉆井液封堵防塌能力,保證井眼穩(wěn)定;鉆進(jìn)至目的層段在原聚合物封堵防塌鉆井液體系基礎(chǔ)上加入2%氯化鈉(Cl-11 000 mg/L),提高鉆井液體系抑制性,轉(zhuǎn)換為低鹽抑制性封堵防塌鉆井液體系;根據(jù)油層段的敏感性分析報(bào)告,油層段鉆進(jìn)中加入疏水暫堵劑、防水鎖劑來(lái)提高油層保護(hù)效果。
(5)鉆進(jìn)中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能,定期按循環(huán)周補(bǔ)充適量LV-PAC、海水鉆井液抗溫降濾失劑、SMP-1 等降濾失劑將失水控制在5 mL 以內(nèi)。
(6)下干柴溝組鉆進(jìn)中,考慮井壁穩(wěn)定、井漏、井噴等地層因素,山古101 井密度上限能夠平衡地層壓力,滿足鉆井需要。
(7)在上部地層快速鉆井期間,保證固控設(shè)備使用率,嚴(yán)格控制固相含量,及時(shí)清除鉆屑和有害固相,嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量,防止井壁形成厚泥餅。二開(kāi)井段固相含量控制在12%以內(nèi)、含砂≤0.4%。
(8)鉆完進(jìn)尺后,大排量充分循環(huán)鉆井液。下鉆到底大排量充分循環(huán)鉆井液2~3 周,清潔井眼,保證井眼暢通。待沙子明顯減少時(shí)方可泵入封井漿起鉆。
(9)電測(cè)、下套管前配封井漿60 m3,保證可泵入封井漿50 m3以上(封閉井底600 m),最后用循環(huán)鉆井液頂替到位后方可起鉆,保證電測(cè)、下套管施工順利。固井前大排量循環(huán)洗井期間,大量補(bǔ)充稀膠液調(diào)整鉆井液流型,降低鉆井液黏切,固井質(zhì)量合格。
(1)掃塞期間調(diào)整好鉆井液性能,加入1%SMP-1、1%海水鉆井液抗溫降濾失劑,將失水控制在5 m 以內(nèi)。調(diào)整鉆井液密度1.20 g/cm3,黏度45~55 s。
(2)鉆進(jìn)中加入超細(xì)碳酸鈣、井壁穩(wěn)定劑提高鉆井液的封堵防塌能力。
表2 山古101 井鉆井液性能
(3)三開(kāi)地層不造漿,應(yīng)定期補(bǔ)充高濃度預(yù)水化膨潤(rùn)土漿,坂含控制在50 mg/L。
(4)鉆進(jìn)中補(bǔ)充加入井壁穩(wěn)定劑、超細(xì)碳酸鈣、氯化鈉提高鉆井液的抑制性及封堵防塌能力。
(5)元古屆地層多裂縫發(fā)育,鉆進(jìn)過(guò)程中,要注意觀察井口返漿情況,振動(dòng)篩上的巖屑返出、巖屑的形狀變化,做好井眼穩(wěn)定性防護(hù)及監(jiān)視工作;發(fā)生井漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn),避免出現(xiàn)井眼垮塌的惡性事故。提高鉆井液的懸浮、攜帶巖屑能力,確保正常鉆進(jìn)。
(6)三開(kāi)元古界地層較硬,機(jī)械鉆速慢,巖屑研磨較細(xì),振動(dòng)篩應(yīng)選擇150 目篩布,除砂、除泥器更換200 目篩布。鉆井期間,保證固控設(shè)備使用率,嚴(yán)格控制固相含量,及時(shí)清除鉆屑和有害固相,防止井壁形成厚泥餅。三開(kāi)井段固相含量控制在12%以內(nèi)、含砂≤0.3%。
(7)鉆完進(jìn)尺后,大排量充分循環(huán)鉆井液。起鉆換牙輪鉆頭帶扶正器通井;下鉆到底大排量充分循環(huán)鉆井液2~3 周,清潔井眼,保證井眼暢通。待沙子明顯減少時(shí)方可泵入封井漿起鉆。電測(cè)前配封井漿30 m3,保證可泵入封井漿20 m3封閉三開(kāi)整個(gè)裸眼段,最后用循環(huán)鉆井液頂替到位后方可起鉆,保證電測(cè)施工順利。
強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液體系礦化度較高,具有很強(qiáng)的抑制性,能有效抑制泥頁(yè)巖水化,保持井壁穩(wěn)定;鉆出的巖屑在水中不分散,比較容易清除,從而有利于保持較低的固相含量;能有效抑制地層造漿,流動(dòng)性好,性能較穩(wěn)定,易于維護(hù);并且由于其濾液性質(zhì)與地層原生水較近,對(duì)油氣層損害較小。
山古101 井二開(kāi)、三開(kāi)使用強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液體系,體系抑制性強(qiáng),封堵性好,攜巖性較好,流變性和濾失量得到合理控制,鉆井液性能(見(jiàn)表2)。
本井二開(kāi)、三開(kāi)采用強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液體系較好的滿足了鉆井需要,井身質(zhì)量有較大提高。全井鉆進(jìn),電測(cè),取心工作順利,且二開(kāi)三開(kāi)和目的層井徑均控制在了10%以內(nèi),相比山古1 井有了很大改善,具體對(duì)比(見(jiàn)表3)。
表3 鄰井井徑對(duì)比
由于較好的解決了二開(kāi)井徑擴(kuò)大,泥巖造漿起下鉆阻卡,油氣層保護(hù)等問(wèn)題,全井施工順利,節(jié)省了周期,節(jié)約鉆井成本。對(duì)比山古1 井可以看出,在井深增加的情況下,周期節(jié)約2.2 d,經(jīng)濟(jì)效果顯著(見(jiàn)表4)。
表4 鉆井時(shí)效對(duì)比
(1)強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液體系抑制性能好,封堵能力強(qiáng),配合現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理工藝保證了山古101井順利鉆至目的層。
(2)與鄰井資料的對(duì)比結(jié)果表明,平均鉆井周期縮短,未發(fā)生井壁失穩(wěn)復(fù)雜事故,起下鉆通暢,平均井徑擴(kuò)大率顯著縮小,實(shí)現(xiàn)了安全優(yōu)快鉆進(jìn)。