高溫高壓高密度鉆井液抗污染處理分析

劉二偉 (中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 潛江 433123)

0 引言

順北隆1井作為順北工區(qū)具有代表性的超深探井，同樣面臨著西北工區(qū)外圍探區(qū)超深井高溫高壓的技術(shù)難題。通過借鑒抗高溫、高密度水基鉆井液技術(shù)的成熟的經(jīng)驗(yàn)，能夠基本保證鉆井施工的順利進(jìn)行。然而該井后期發(fā)生氣侵、井漏、溢流壓井等狀況，后鉆井液發(fā)生污染，性能惡化；高密度鉆井液的處理難度明顯增加。此現(xiàn)象暴露出很多問題，有待思考和解決。

1 基本情況

順北隆1井位于新疆沙雅縣境內(nèi)，部署在順北三維工區(qū)東南部的穹窿構(gòu)造上，主體為展布于1號(hào)主干斷裂帶隆起部分的一口重點(diǎn)預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深7 772 m，完鉆井深7 710 m，完鉆層位奧陶系中-下統(tǒng)鷹山組。

1.1 三開氣侵情況

本井三開鉆進(jìn)至井深7 261.57 m，發(fā)現(xiàn)全烴上漲，最高能上漲至100%，鉆井液性能惡化，增稠嚴(yán)重，需要采用大量補(bǔ)充膠液置換鉆井液的方式來調(diào)整性能。三開鉆井液受污染情況如表1所示。

1.2 四開施工情況

四開鉆進(jìn)過程中發(fā)生溢流，壓井成功后循環(huán)調(diào)整鉆井液密度至1.88 ng/cm3后轉(zhuǎn)中途測(cè)試階段，測(cè)得地層壓力當(dāng)量系數(shù)為1.85。中途測(cè)試完后，用密度1.88 g/cm3鉆井液替換出井內(nèi)測(cè)試液，并降密度至1.85 g/cm3恢復(fù)四開鉆進(jìn)。鉆進(jìn)期間全烴基值9%～10%，鉆進(jìn)至7 345 m全烴基值9-10↓4%～5%，降密度1.85↓1.81 g/cm3繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)期間持續(xù)存在氣侵情況。鉆進(jìn)至7 710 m四開完鉆，鉆井液密度1.81↓1.80 g/cm3，全烴2%～3%。四開鉆進(jìn)鉆井液性能變化如表2所示。

鑒于本井鉆井液在三開出現(xiàn)氣侵后出現(xiàn)鉆井液流型變差、失水驟增情況，四開鉆進(jìn)過程出現(xiàn)溢流、氣侵狀況，高密度鉆井液出現(xiàn)類似三開氣侵的性能惡化情況。本文將結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析判斷可能的原因，從而尋求使鉆井液性能恢復(fù)良好的方法。

2 鉆進(jìn)中的維護(hù)處理

2.1 增強(qiáng)抗溫性能

本井埋藏較深，井溫達(dá)到150～160 ℃，加之前期的溢流壓井及中途測(cè)試，鉆井液靜止時(shí)間長(zhǎng)，存在污染的可能性［1］?？紤]增強(qiáng)抗溫性能需要，采取補(bǔ)充25%膠液并加重至原密度的措施。方法雖然能明顯改善流變性能，但出現(xiàn)失水變大問題。根據(jù)實(shí)驗(yàn)配方，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配制高濃度磺化膠液補(bǔ)充入井，同時(shí)維持鉆井液密度在1.81 g/cm3，并持續(xù)監(jiān)測(cè)不同時(shí)間段出口鉆井液的性能。分析對(duì)鉆井液性能的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，流型、失水以及泥餅質(zhì)量均未得到明顯改善，與實(shí)驗(yàn)預(yù)期存在一定的偏差，未達(dá)到理想的情況。因此單一的增加抗溫性并不能解決鉆井液性能惡化的問題。

表1 三開鉆井液受污染情況

表2 四開鉆進(jìn)鉆井液性能變化

表3 判斷CO2污染鉆井液實(shí)驗(yàn)情況

2.2 加入高溫保護(hù)劑

加入高溫保護(hù)劑能在一定程度上提高鉆井液的抗溫和抗污染性能，并能調(diào)節(jié)其流變性［2］。考慮到本井鉆井液高密度的特點(diǎn)，采用液體的高溫保護(hù)劑，希望能夠改善鉆井液性能。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可以看出，加入0.2%的高溫保護(hù)劑后，流型有一定的變化，但效果并不理想，鉆井液的總體性能并未得到實(shí)質(zhì)性的改善。

2.3 控制坂土含量

利用亞甲基藍(lán)溶液測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)鉆井液坂含為28 kg/m3，對(duì)比相同密度的鉆井液，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液坂含偏高，必須加強(qiáng)抑制性。盡管加入的DS-301 為液體，但增稠現(xiàn)象明顯，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)循環(huán)24 h后，鉆井液粘度恢復(fù)，但切力有所上升，考慮采取補(bǔ)充膠液的方式更好地控制坂土含量。

2.4 CO2污染

本井持續(xù)處于氣侵狀態(tài)，存在CO2污染的可能性。由于現(xiàn)場(chǎng)無法有效的測(cè)定可能存在的碳酸根、碳酸氫根含量，本文將通過實(shí)驗(yàn)尋求解決方案。判斷CO2污染鉆井液實(shí)驗(yàn)情況如表3所示。

從數(shù)據(jù)可以看出，加入CaO的同時(shí)并做好護(hù)膠，能夠有效的改善流型?，F(xiàn)場(chǎng)可以以補(bǔ)充膠液的方式適當(dāng)提高鈣離子含量；同時(shí)在護(hù)膠抗溫工作基礎(chǔ)上，嘗試改善流型、泥餅質(zhì)量。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)的性能結(jié)果可得，流型并未變化，效果不理想，鉆井液的總體性能并未發(fā)生到實(shí)質(zhì)性改善。

3 完鉆后的處理

完鉆后大幅度調(diào)整鉆井液性能的難度較大，因此采取配置封閉漿的方法從而確保電測(cè)的順利。鑒于地層總體穩(wěn)定，處理的關(guān)鍵就是要降低鉆井液粘切，確保其抗溫性能和沉降的穩(wěn)定性。

3.1 處理1

基于前期的實(shí)驗(yàn)處理情況進(jìn)行封閉漿的配置。通過利用膠液置換部分井漿，既能降低粘切，又能夠維持鉆井液性能總體穩(wěn)定。然而由于兩次電測(cè)均未到底，認(rèn)為軟遇阻還是由鉆井液粘切偏高而導(dǎo)致，因此應(yīng)進(jìn)一步降低粘切。再次通井的循環(huán)過程中，對(duì)返出的鉆井液進(jìn)行性能監(jiān)測(cè)后，發(fā)現(xiàn)封閉漿在井底停留一段時(shí)間后，性能已經(jīng)惡化，再次入井返出后，與井漿性能基本無差別。

3.2 處理2

通過分析之前的實(shí)驗(yàn)和返出鉆井液性能，認(rèn)為井漿性能不夠理想。盡管在補(bǔ)充高濃度膠液后能夠降低粘切，但仍舊無法滿足電測(cè)要求，因此考慮重現(xiàn)配置新漿作為封閉漿。

實(shí)驗(yàn)配方1：新配2%土粉+抗溫護(hù)膠材料+重晶石，密度1.80 g/cm3。

實(shí)驗(yàn)配方2：新配2.5%土粉+抗溫護(hù)膠材料+重晶石，密度1.80 g/cm3。

從實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)配方1新配的鉆井液，結(jié)構(gòu)相對(duì)于原井漿明顯有所改善，粘切相對(duì)合理，失水較小，泥餅質(zhì)量良好?，F(xiàn)場(chǎng)采取實(shí)驗(yàn)配方1配置封閉漿。但由于甲方有新的下部舉措，此次的封閉漿并未入井。

3.3 降密度進(jìn)行完井作業(yè)

由于循環(huán)期間全烴基值一直維持在2%～3%，井控坐崗無異常。根據(jù)要求，在確保井控安全的前提下，進(jìn)行節(jié)流循環(huán)，逐步將密度調(diào)整至1.60 g/cm3，逐步釋放地層壓力。現(xiàn)場(chǎng)通過補(bǔ)充磺化膠液和使用離心機(jī)的方式，按照循環(huán)周降低密度。

從監(jiān)測(cè)的情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度降低至1.60 g/cm3時(shí)，鉆井液流型的流型達(dá)到比較合理的范圍。鑒于密度降低后鉆井液流型的改善，為進(jìn)一步研究如何調(diào)整受污染鉆井液，并確保后期的電測(cè)順利施工，結(jié)合實(shí)驗(yàn)配方1的情況，嘗試配置新漿，發(fā)現(xiàn)對(duì)粘切的控制能夠相對(duì)實(shí)現(xiàn)目的［3］。通過降密度的并調(diào)整鉆井液性能，使得電測(cè)順利到底。

4 鄰井的情況

與順北隆1井同時(shí)期鉆遇目的層的鄰井，同樣使用高密度鉆井液，且也同樣遭遇了溢流、氣侵、出鹽水等問題，鉆井液受污染的情況相似，因此其處理思路有一定的參考性。

鄰井氣侵鉆井液性能情況如表4所示，從數(shù)據(jù)可以看出鄰井受污染的情況與順北隆1井的情況較為類似：高密度鉆井液的粘切變化較大，失水上升。該井判斷為氣侵導(dǎo)致的CO2污染，主要處理思路就是維持鉆井液密度平衡地層，利用高pH值、石灰和氯化鈣持續(xù)清除鉆井液中存在的CO2污染，同時(shí)配合使用多種降濾失劑控制濾失量。其燒堿、石灰和氯化鈣的加量較大，與之前做出的2% CaO的加量能夠改善流型的判斷基本吻合［4］。同時(shí)也由于井內(nèi)持續(xù)的氣侵，現(xiàn)場(chǎng)只能不斷地補(bǔ)充抗污染材料來維持鉆井液性能的基本穩(wěn)定。

表4 鄰井氣侵鉆井液性能情況

5 結(jié)語(yǔ)

(1) 高密度鉆井液因其本身的特殊性，維護(hù)的難度相對(duì)較大，加之在高溫高壓的情況下，維護(hù)處理的方式更要慎重，因此當(dāng)遭遇特殊情況時(shí)，坂含若未得到有效控制，與高密度不匹配，會(huì)導(dǎo)致鉆井液性能不理想。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際與鄰井情況，可以考慮通過補(bǔ)充加入CaO的磺化膠液來調(diào)整受到污染的鉆井液。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)榻窈笥龅筋愃频那闆r提供思路。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)存在一定的滯后，且由于實(shí)驗(yàn)條件限制，某些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考性和指導(dǎo)性不是很強(qiáng)，使得分析判斷存在一定的偏差。為做好對(duì)污染的判斷，應(yīng)提前儲(chǔ)備相應(yīng)的試劑、實(shí)驗(yàn)裝備及處理材料，以加強(qiáng)分析判斷。

(3)進(jìn)一步加大對(duì)助劑的優(yōu)選，包括抗溫材料、抑制材料以及高溫保護(hù)劑，考慮不同鉆井液體系的相互滲透，增強(qiáng)高密度鉆井液的抗高溫抗污染能力。