封堵防塌強抑制鉆井液技術在征8井的應用

李 瓊

（中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000）

征8井位于新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣老沙灣鎮(zhèn)，是部署在準噶爾盆地車-莫古隆起南翼的一口重點預探井，設計井深5 225 m，完鉆井深5 225 m。該井所在區(qū)塊地質(zhì)情況復雜，施工難度較大，鄰井在施工中出現(xiàn)井壁失穩(wěn)問題，影響了井身質(zhì)量和施工進度。針對征8井實際地層情況，本文研究了一種綜合性能更強的封堵防塌強抑制鉆井液體系。該鉆井液體系抑制性好，能夠?qū)ξ⒖紫逗土芽p進行封堵[1-2]，輔助相應的鉆井液維護處理工藝[3]，使得征8井在施工過程中未發(fā)生漏失卡鉆等井下復雜問題，保證了該井的順利完鉆，提高了施工效率，同時為該區(qū)塊進一步勘探開發(fā)提供了技術參考。

1 鉆井液技術難點與對策

1.1 地層巖性情況

征8井鉆遇地層地層巖性情況見表1所示。

表1 征8井鉆遇地層地質(zhì)情況

1.2 鉆井液技術難點

（1）固相控制難度大。該井所在區(qū)塊新近系地層疏松，泥巖易造漿，砂巖滲透性強，易形成虛厚泥餅。鉆探時發(fā)現(xiàn)古近系地層含有膏質(zhì)泥巖，且砂泥巖互層交替頻繁，而中下部地層以大段泥巖為主，造漿嚴重，鉆屑濃度高，鉆井液易受固相污染。白堊系東溝組和吐谷魯群上部棕紅色、棕褐色泥巖易造漿和吸水膨脹，造成縮徑，導致劣質(zhì)固相增多。

（2）井壁穩(wěn)定難度大。吐谷魯群地層坍塌壓力高，孔隙壓力低，易坍塌，吐谷魯群棕褐色泥巖、灰色泥巖及三工河組深灰色泥巖、灰色泥巖易掉塊、垮塌。吐谷魯群呼圖壁組大段棕色泥巖水敏性強，微裂縫發(fā)育，易剝蝕掉塊、縮徑、垮塌。鄰井征6井在清水河組時鉆遇灰色泥巖、粉砂巖，發(fā)生滲透性漏失，累計漏失鉆井液10.5 m3。

（3）阻卡問題突出。吐谷魯群棕褐色泥巖、灰色泥巖及三工河組深灰色泥巖、灰色泥巖易掉塊、垮塌，形成不規(guī)則井眼。吐谷魯群組存在大段強水敏性軟泥巖互層，地層應力釋放，導致井眼可塑性蠕變縮徑，在短時間內(nèi)形成橢圓形井眼，并且清水河組存在大段砂泥巖互層，易形成不規(guī)則井徑，造成井下情況復雜及卡鉆事故。

1.3 鉆井液技術對策

（1）控制失水、加強潤滑、提高造壁性，解決阻卡問題。加入SPNH、SMP-Ⅱ、DSP-2等抗溫降濾失劑，使中壓濾失量和高溫高壓濾失量維持在較低范圍內(nèi)；加入瀝青類處理劑，使其溶解部分提高鉆井液的潤滑性，分散部分與鉆井液中其他處理劑一起有效地粘糊在井壁上，形成一層致密的泥餅和油膜[4]，封堵地層孔隙并潤滑井壁；加入油基潤滑劑，提高鉆井液潤滑性能，降低粘滯系數(shù)，從而降低鉆具粘卡、鉆頭泥包風險。

（2）強化鉆井液體系抑制性，保證井壁穩(wěn)定。通過胺基聚醇、聚合醇與復合鹽鉆井液配伍，保證不同分子結構的各抑制劑的有效含量，抑制泥巖分散，增強鉆井液抑制防塌能力。胺基聚醇分子鏈中胺基官能團能很好地鑲嵌在黏土層間，并使黏土層緊密結合在一起，從而降低黏土吸收水分的趨勢[5]；聚合醇具有濁點特性，低溫條件下與溶液一起進入地層，在泥頁巖微孔隙中被加溫析出膠體微粒，阻隔水相進入泥頁巖的通道，阻止水化，提高泥頁巖強度[6]；在此基礎上引入復合鹽鉆井液，通過加入CaCl2、NaCl、KCl等無機鹽，進一步增強鉆井液的抑制性，達到雙重防塌作用。

（3）隨鉆封堵固壁技術，降低漏失風險。采用井壁修飾技術與多級封堵技術，加入固壁劑使鉆井液中的無機質(zhì)在井壁上實現(xiàn)層層沉積，形成封堵層，改善濾餅質(zhì)量，實現(xiàn)對井壁的加固，提高井壁的穩(wěn)定性和承壓能力；使用多級配填充封堵劑、隨鉆堵漏劑配合納米封堵劑劑、封堵防塌劑，在近井壁地帶迅速形成致密濾餅，減少砂巖段鉆井液滲漏，減少鉆井液侵入量及侵入深度，提高地層承壓能力，解決上部地層孔隙壓力低，易漏失難題，保證安全鉆進。

（4）提高固控效率，保證鉆井液高效清潔。嚴格控制固相含量，提高鉆井液穩(wěn)定性和抗污染能力，使用高目數(shù)振動篩布高效地清除劣質(zhì)固相，保證鉆井液良好的流變性和較強的沖刷攜帶能力，實現(xiàn)鉆井液清潔及井眼暢通，降低壓耗，并且在高溫下長時間靜止及油氣侵嚴重的情況下能夠具有良好的穩(wěn)定性、流變性及沉降穩(wěn)定性。

2 鉆井液體系性能評價

2.1 體系配方

調(diào)研國內(nèi)外強抑制鉆井液體系使用情況，結合鄰井鉆井液使用經(jīng)驗，針對該井地層巖性及鉆井液技術難點，優(yōu)選鉆井液處理劑，形成了封堵防塌強抑制鉆井液。

鉆井液室內(nèi)基本配方如下：

4.0%～6.0% 膨 潤 土 +0.5%～1.0%DSP -2+0.3%～0.5%KPAM+1.0%～2.0%API+3.0%～5.0%NaC l+5.0%～7.0%KCl+1.0%～2.0%CaCl2+1.0%～2.0%SPNH+3.0%～4.0%SMP-2+1.0%～2.0%納 米 封 堵 劑+3.0%～4.0%鉆井液用井壁穩(wěn)定劑+3.0%～5.0%多級配填充封堵劑+0.5%～1.0%有機硅穩(wěn)定劑+3.0%～5.0%聚合醇+1.0%～2.0%油基潤滑劑。

2.2 體系性能評價

2.2.1 抗溫性

將鉆井液體系置于不同溫度下，分別老化16 h，測試其流變性及濾失量，結果如表2所示。從表中可看出，經(jīng)高溫老化后，鉆井液體系各性能參數(shù)基本穩(wěn)定，無嚴重稀釋、增稠、聚沉或膠凝現(xiàn)象，流變性較穩(wěn)定，濾失量較低，表明該體系具有良好的抗溫能力。

表2 鉆井液體系抗溫性評價

2.2.2 抑制性

將膨潤土在壓力4.0 MPa下壓制成巖心，將各種鉆井液體系壓制出濾液，使用頁巖膨脹測試儀測試其8 h線性膨脹量，并計算膨脹率；將選取的區(qū)塊泥巖巖屑磨碎，分別加入到清水和所研發(fā)的鉆井液體系中，并在150 ℃下熱滾16 h，測量巖屑質(zhì)量，計算回收率，結果見表3所示。由表中可看出，巖屑在清水中老化16 h后巖屑滾動回收率僅為14.6%，封堵防塌強抑制鉆井液體系的巖屑滾動回收率達到93.4%，表明封堵防塌強抑制鉆井液體系具有較強的抑制泥頁巖水化膨脹能力，能有效地抑制巖屑在高溫下分散。

表3 鉆井液體系抑制性評價

2.2.3 封堵性

對幾種常規(guī)封堵鉆井液體系進行中壓砂床濾失實驗，實驗結果如表4所示。由表4可知，封堵防塌強抑制鉆井液體系砂床侵入深度最小，表明其中的剛性及可變形封堵防塌劑協(xié)同增效，使其形成的泥餅薄而韌，滲透率低，封堵能力強于其他封堵防塌體系。

表4 鉆井液體系中壓砂床濾失實驗

2.2.4 成膜效果

對膨潤土基漿與加入封堵防塌強抑制劑的樣漿進行中壓濾失量測試實驗，并對得到的泥餅進行SEM電鏡測試，結果如圖1所示。圖1a為膨潤土基漿泥餅，從圖中可以看出，黏土礦物膠結性不好，結構不均勻，節(jié)理、微裂縫發(fā)育，鉆進過程中侵入的濾液發(fā)生水化作用，尤其是表面水化斥力會引起巖石內(nèi)部的相互擠壓，容易在井壁薄弱處引起應力突然釋放而產(chǎn)生剝落掉塊[7]；圖1b為加入封堵防塌強抑制劑后泥餅，從圖中可以看出，裂縫孔隙顯著減少，泥餅致密均勻，表面形成膜結構，穩(wěn)定性提高。

圖1 膨潤土基漿泥餅與加入封堵防塌強抑制劑泥餅

2.3 鉆井液現(xiàn)場工藝

2.3.1 一開井段

一開鉆遇第四系地層，地層成巖性差，較松散，且井眼較大，為防止松散地層垮塌，該井段鉆井液必須具有較強的懸浮攜帶能力和穩(wěn)定井壁能力，故采用配漿開鉆，小循環(huán)鉆進。開鉆前按配方配制膨潤土漿，保證預水化24 h以上。

加入0.2%～0.3%高黏羧甲基纖維素鈉鹽HVCMC，適當提高鉆井液黏度，增加鉆井液懸浮及攜帶鉆屑能力。加強固控設備的使用，最大限度地清除鉆井液中的無用固相，維持體系的性能穩(wěn)定。

2.3.2 二開井段

二開鉆遇新近系及古近系地層，鉆進中為防縮徑阻卡，要求鉆井液必須具備良好的流變性及較強的鉆屑攜帶能力，保障井眼暢通。①開鉆前，準備60 m3的預水化膨潤土漿，添加清水稀釋并加入聚合物膠液。同時利用清理劣質(zhì)固相處理的方法，將一開鉆井液凈化轉化為復合鹽水鉆井液基漿，加入質(zhì)量分數(shù)為7%的KCl、5%的NaCl，順利完成體系轉換。②保持鉆井液低黏低切和大失水鉆進至井深3 200 m開始轉型，轉型前通過CaCl2配合胺基聚醇，保持鉆井液強抑制性，提高固控設備使用效率，清除劣質(zhì)固相，另外，還要充分護膠，提前加入磺酸鹽共聚物提高黏切。轉型完成后，長起鉆至套管內(nèi)，起鉆前重點對井段1 800～2 300 m進行封井，封井漿要有較高的黏切，確保在大井眼井段形成滯留層。③鉆進過程中主要降低鉆井液黏度，提高靜切力，維護補充SMP-2、KFT-2、聚醚多元醇、KCl、NaCl為主，同時根據(jù)地層逐步提高鉆井液密度。④除去體系劣質(zhì)土相，保證良好的流變性能。鉆至設計井深后，下鉆通井，將井內(nèi)鉆屑清洗干凈，起鉆前使用SMP-2、LV-PAC和無熒光白油潤滑劑封井，保證電測順利到底。

2.3.3 三開井段

（1）呼圖壁組、清水河組：該段地層為棕褐色泥巖、灰色泥巖，易掉塊、垮塌，形成不規(guī)則井眼，鉆井液維護處理應以防塌為主，綜合考慮地層應力、地層水化與工程措施對井壁穩(wěn)定的影響。采用合理的密度、抑制防塌和封堵防塌相結合的方法平衡地層應力，嚴格控制中壓濾失量及高溫高壓濾失量，適當提高黏切，避免定點循環(huán)，確保井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則，避免剝蝕、掉塊等井下復雜情況的發(fā)生。

呼圖壁組上部地層加入井壁穩(wěn)定劑、多級配填充封堵劑來提高鉆井液封堵能力，預防井壁垮塌的發(fā)生；呼圖壁組下部地層及清水河組鉆進時加入封堵防塌劑、多級配填充封堵劑來提高鉆井液填充封堵能力，提高井壁承壓能力，減少清水河組砂巖段滲漏。呼圖壁組上部地層加入磺甲基酚醛樹脂SMP-Ⅱ和防塌降濾失劑，使API濾失量降低至4 mL以內(nèi)、HTHP濾失量降低至12 mL以內(nèi)；呼圖壁組下部地層及清水河組地層鉆進時加入褐煤樹脂SPNH、磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2、抗高溫抗鹽防塌降失水劑KFT等抗溫降濾失劑，使API濾失量降低至4 mL以內(nèi)、HTHP濾失量降低至11 mL以內(nèi)。鉆進過程中保證多級配填充封堵劑和封堵防塌劑的有效加量，提高井壁承壓能力，配合適量隨鉆堵漏劑，提高體系封堵防塌性能，減少滲漏。若有漏失情況發(fā)生，則在提高鉆井液整體黏切的同時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，加大隨鉆堵漏劑量，保證施工順利。清水河組地層巖性較均一，鉆井液主要性能是保持穩(wěn)定，維持鉆井液處理劑的有效含量，根據(jù)井下情況進行微調(diào)，保證體系具有良好的流變性、固控效率，提高抑制能力，保證黏土適度絮凝，降低體系黏切，保證鉆井液清潔。

（2）三工河組：三工河組為本井目的層段，該段地層含大段硬脆性泥巖，微裂縫發(fā)育，易剝蝕掉塊、垮塌。因此，鉆井液的處理維護應以保證安全鉆進，防噴、減輕油氣侵、保護油層、增強抑制防塌及封堵防塌能力、維護井壁穩(wěn)定為主：①保證各類封堵防塌劑的有效含量，對泥巖微裂縫形成快速有效封堵，達到穩(wěn)定井壁的目的；②鉆進中根據(jù)鉆井液損耗情況，補充KCl、NaCl，保持Cl-含量達到1.0×104以上，確保鉆井液具有較強的抑制防塌能力；③在保證抗溫處理劑磺化酚醛樹脂SMP-Ⅱ、褐煤樹脂SPNH、磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2、抗高溫抗鹽防塌降失水劑KFT有效含量的同時，加入有機硅穩(wěn)定劑，強化鉆井液體系的高溫穩(wěn)定性；④加強井眼凈化，防止巖屑局部堆積，保證井眼暢通；⑤隨

著井深的增加、裸眼段的增長，加入適量無熒光白油潤滑劑，使其在鉆井液中有效含量達1%～2%，以增強鉆井液的潤滑性，減摩降扭，防止粘卡。

3 現(xiàn)場應用效果

該井鉆進過程中未發(fā)生掉塊卡鉆等復雜情況，施工順利；電測一次成功，下套管、固井順利；三開井段4 322～5 225 m，平均井眼擴大率為4.6%，完全符合主要油層段井眼擴大率不大于10.0%的要求，三開井段鉆井液性能如表5所示。

表5 征8井三開井段鉆井液性能

封堵成膜強抑制鉆井液多級隨鉆封堵技術和井壁修飾技術的運用，提高了地層承壓能力，解決了上部地層孔隙壓力低導致的易漏失難題；在提高井壁穩(wěn)定基礎上，加強了鉆井液的潤滑性，有效降低了鉆具粘卡風險，保障了鉆井施工安全[8-9]。征8井比征6井和征1-2井鉆井周期大幅縮短，鉆機月速和平均機械鉆速均顯著提高（表6）。現(xiàn)場應用表明，該鉆井液體系適應性廣、易轉換，能有效控制井徑，保護儲層，提高施工效率。

表6 鉆井主要技術指標對比

4 結論

（1）通過分析征8井所在區(qū)塊主要地質(zhì)特征、鉆井液技術難點及對策，研究了一種封堵防塌強抑制鉆井液體系，并對其進行性能測試實驗，結果表明該體系流變性好、抑制能力強、護壁性好、濾失量低、抗溫性強，綜合性能突出。

（2）封堵防塌強抑制鉆井液體系配合相應的現(xiàn)場鉆井液維護處理工藝，實現(xiàn)了征8井安全高效鉆進，施工過程中未發(fā)生井壁失穩(wěn)問題。該鉆井液體系良好的抑制防塌性、潤滑防卡性和成膜封堵特性保障了現(xiàn)場順利施工，實現(xiàn)了優(yōu)快鉆井，為今后該區(qū)塊的勘探開發(fā)提供了技術支持。