大43區(qū)塊定向井鉆井液技術(shù)

邱春陽，仇博識，秦 濤，何同興，李炳太

(中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營 257000)

大43區(qū)塊位于濟(jì)陽坳陷沾化凹陷三合村洼陷構(gòu)造較高部位，該區(qū)塊油氣資源豐富，油藏位于館陶組及沙河街組，為擴(kuò)大泄油面積，增大油氣采收率，近幾年采用定向井方式開采，定向井設(shè)計垂深大約2 200 m，井斜角大約30°。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井液技術(shù)難度很大，通過優(yōu)選聚糖潤滑防塌鉆井液體系，配合現(xiàn)場鉆井液維護(hù)處理工藝，保證了施工的順利進(jìn)行，達(dá)到了優(yōu)快鉆井的目的。

1 地質(zhì)工程概況

大43區(qū)塊鉆遇地層從上到下依次為平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙一段、沙二段、沙三段和前第三系。平原組為棕黃色黏土及松散砂層。明化鎮(zhèn)組上部為淺灰色、灰黃色砂巖夾棕黃色泥巖；下部為紫紅色泥巖夾淺灰色粉砂巖。館陶組上部為紫紅色、灰綠色、淺灰色泥巖夾砂巖；下部為厚層狀灰白色砂巖夾灰綠色、淺灰色泥巖；底部為厚層狀底礫巖。東營組上部為灰白色含礫砂巖夾紫紅色泥巖；下部為灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主夾粉砂巖、灰質(zhì)砂巖。沙一段為灰色泥巖、灰褐色油頁巖間互層，底部夾生物灰?guī)r。沙三段上部以灰色泥巖、灰質(zhì)泥質(zhì)為主夾灰色灰質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖；下部為細(xì)砂巖夾灰質(zhì)砂巖。前第三系為綠灰色凝灰?guī)r、紫紅色安山巖或灰色灰?guī)r。

大43區(qū)塊采用二開制定向方式施工，一開采用Φ346.1 m鉆頭鉆進(jìn)至井深350 m，下入Φ273.1 mm技術(shù)套管；二開采用Φ241.3 mm鉆頭開鉆，大約在980 m開始造斜，鉆進(jìn)至井深約2 200 m完鉆，下入Φ177.8 mm油層套管。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1)上部地層成巖性差，泥巖較軟且極易水化膨脹，巖屑在上返過程中易溶解在鉆井液體系中，造成鉆井液黏切增大，流變性難于控制。

2)上部地層壓實性很差，機(jī)械鉆速非?？?，巖屑產(chǎn)生的量很多，如果巖屑得不到及時清除，則會導(dǎo)致鉆頭重復(fù)破碎，延誤鉆井周期；并且?guī)r屑吸附在井壁上形成小井眼，導(dǎo)致起下鉆遇阻，嚴(yán)重者造成卡鉆。

3)該區(qū)塊二開井段設(shè)計較長，并且下部為斜井段，巖屑易于沉降在井底形成巖屑床。巖屑床的形成，導(dǎo)致起下鉆遇阻卡。

4)二開在井深約980 m造斜，斜井段較長，施工中鉆具緊貼下井壁運(yùn)動，和下井壁的接觸面積大，導(dǎo)致施工中摩阻和扭矩大，鉆井液潤滑防卡難度大。

5)沙河街組地層層理發(fā)育，施工中剝蝕掉片明顯，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，保證井壁穩(wěn)定是鉆井液施工的前提。

3 鉆井液體系

3.1 鉆井液體系配方

通過調(diào)研國內(nèi)定向井鉆井液體系使用情況[1-4]，針對大43區(qū)塊地層巖性特點(diǎn)及鉆井液體系施工難點(diǎn)，優(yōu)選了聚糖潤滑防塌鉆井液體系，其基本配方如下：

(3.0～5.0)%膨潤土+(0.3～0.5)%聚丙烯酰胺PAM+(0.5～1.5)%銨鹽+(1～1.5)%聚合物降濾失劑+(1.0～1.5)%抗溫抗鹽防塌降濾失劑+(3.0～4.0)%甲基葡萄糖苷MEG+(2.0～3.0)%超細(xì)碳酸鈣+(2.0～4.0)%全油基潤滑劑。

3.2 鉆井液體系作用機(jī)理

聚糖潤滑防塌鉆井液體系作用機(jī)理[5-8]為：

1)半透膜效應(yīng)。甲基葡萄糖苷是聚糖類高分子物質(zhì)的單體衍生物，是一種極性較弱的表面活性物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)上有一個親油的甲氧基和四個親水的羥基。這些親水的羥基吸附在井壁巖石表面或鉆屑表面，而親油基團(tuán)朝外，因而在井壁上形成一層類似油包水鉆井液的吸附憎水膜，把地層頁巖中的水和鉆井液地層水分隔開。這種吸附膜為半透膜，通過調(diào)節(jié)甲基葡萄糖苷鉆井液的活度控制鉆井液和地層水的運(yùn)移，從而有效地抑制頁巖的水化膨脹和分散作用，以保持井壁穩(wěn)定。

2)封堵作用。甲基葡萄糖苷母液中含有懸浮膠狀物，這些膠狀物是一種良好的橋堵劑，能很好地封堵頁巖裂縫和孔隙。在沒有膨潤土和暫堵劑的條件下，用甲基葡萄糖苷母液配制出的鉆井液能很快形成低滲透致密濾餅，阻止濾液和固相向地層中侵入，從而降低地層頁巖的水化作用，同時也起到保護(hù)儲層的作用。

3)去水化作用。甲基葡萄糖苷環(huán)狀分子上含有四個羥基，其吸水性很強(qiáng)，可以和水分子形成牢固的氫鍵。因此，當(dāng)甲基葡萄糖苷鉆井液中的濾液進(jìn)入到地層內(nèi)，其作用不同于普通的淡水，它能使地層巖石發(fā)生去水化作用。

4)滲透作用。由于鉆井液與頁巖之間存在著壓差以及兩者之間水的活度不同，因而導(dǎo)致鉆井液中的水進(jìn)入頁巖，引起井壁失穩(wěn)。甲基葡萄糖苷一方面可提高鉆井液濾液的黏度，增加濾液阻力，減少濾失量，控制頁巖的水化；另一方面可降低鉆井液中水的活度，減小壓力滲透，阻止濾液進(jìn)入頁巖，進(jìn)一步提高頁巖的穩(wěn)定性。

4 現(xiàn)場鉆井液維護(hù)處理工藝

聚糖潤滑防塌鉆井液體系在大43區(qū)塊應(yīng)用了5口定向井，其現(xiàn)場鉆井液維護(hù)處理工藝如下。

1)一開采用膨潤土漿小循環(huán)開鉆，鉆進(jìn)中保持漏斗黏度30～40 s，工程上保證大排量來滿足攜帶巖屑的需要；鉆至設(shè)計井深后，進(jìn)行充分循環(huán)和通井，確認(rèn)井底清潔后，配制漏斗黏度為60 s的封井漿30 m3封井，確保下套管和固井順利施工。

2)二開采用一開井漿進(jìn)行鉆進(jìn)，當(dāng)鉆鋌出套管后改為雙路循環(huán)，防止沖刷套管鞋而形成大肚子井眼。

3)鉆進(jìn)中均勻加入聚合物膠液來維護(hù)鉆井液性能，聚合物PAM濃度控制在0.3%左右，保證充分包被并絮凝鉆屑；

4)進(jìn)入東營組底部改為小循環(huán)，加入1%銨鹽，降低鉆井液的濾失量；小循環(huán)后，聚合物膠液的濃度降為0.2%，以有效控制地層造漿。

5)造斜前，加入聚合物降濾失劑和抗鹽抗鈣降濾失劑，將鉆井液體系的中壓濾失量控制在5.0 mL以內(nèi)，防止泥頁巖水化膨脹。

6)造斜前，向鉆井液體系中加入2%全油基潤滑劑，保持鉆井液體系的潤滑性，保證定向順暢。

7)進(jìn)入沙河街組前，加入2.5%甲基葡萄糖苷，增加鉆井液體系的封堵防塌能力；同時加入1.5%超細(xì)碳酸鈣，封堵地層層理、孔隙及微裂縫，防止鉆井液濾液滲入地層，保持井壁穩(wěn)定。

8)進(jìn)入沙河街組后，提高抗溫抗鹽降濾失劑的加量，進(jìn)一步降低鉆井液的中壓濾失量和高溫高壓濾失量，將高溫高壓濾失量降低至12 mL以內(nèi)，防止地層發(fā)生剝蝕掉塊。

9)定向后，隨著井斜角的增大，繼續(xù)加入全油基潤滑劑，增強(qiáng)鉆井液體系的潤滑性，降低定向過程中產(chǎn)生的摩阻和扭矩。

10)保持固控設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)，振動篩、除泥器和除砂器運(yùn)轉(zhuǎn)率保持100%，合理使用離心機(jī)，嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量和低密度固相含量，保持鉆井液良好的流變性。

11)鉆進(jìn)過程中，注意觀察井口返漿情況、振動篩上的巖屑返出、巖屑形狀的變化，隨時調(diào)節(jié)鉆井液性能，提高鉆井液的懸浮、攜帶巖屑能力，確保正常鉆進(jìn)。

12)完鉆后，充分循環(huán)，配制漏斗黏度為70 s的稠漿攜帶巖屑，保持井眼干凈。然后配制漏斗黏度為65 s的稠漿封井，保持電測及套管施工順利。鉆井液性能控制情況如表1所示。

表1 大43區(qū)塊鉆井液性能控制情況

5 結(jié)論和建議

1)聚糖潤滑防塌鉆井液體系抑制性好，有效抑制了上部地層易水化泥頁巖和沙河街組泥頁巖的膨脹，5口井施工中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無阻。

2)聚糖潤滑防塌鉆井液體系通過調(diào)控鉆井液流變性，有效保障了大井眼條件下的井眼凈化，完井后電測及下套管順利，一次成功率100%。

3)聚糖潤滑防塌鉆井液體系潤滑性好，雖然鉆具在上部疏松地層造斜，但是整個施工過程中摩阻和扭矩低，定向過程順利，無托壓現(xiàn)象。

4)聚糖潤滑防塌鉆井液體系封堵性好，有效封堵了沙河街組的層理、孔隙及微裂縫，施工中井壁穩(wěn)定，偶爾返出掉塊，但是摩阻和扭矩低，無復(fù)雜情況發(fā)生。

5)沙河街組地層不穩(wěn)定，施工中必須保證防塌劑的含量，保證合適的鉆井液密度，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

6)施工中在沙河街組偶爾出現(xiàn)了掉塊，表明聚糖潤滑防塌鉆井液體系配方還有待于優(yōu)化，性能還有待于完善。