富源201–3X超深定向井鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，王其星，楊世鑫，張翔宇

（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）

富源201–3X井位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起南斜坡，是富源201斷裂帶北段的第一口定向井。該井設(shè)計(jì)斜深7 233.00 m，垂深7 155.00 m，實(shí)際完鉆斜深7 181.00 m，垂深7 161.47 m。目的層為一間房組，鉆探目的是建成一定的產(chǎn)能，提高儲(chǔ)量控制程度，落實(shí)構(gòu)造、儲(chǔ)層、流體分布，為油氣藏開(kāi)發(fā)方案的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)。

該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，前期鉆進(jìn)過(guò)程中，使用聚磺防塌鉆井液體系，該體系的抑制性和封堵性弱，致使起下鉆過(guò)程中阻卡嚴(yán)重，而且給儲(chǔ)層帶來(lái)一定損害，鉆井液技術(shù)實(shí)施難度大。使用鉀胺強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系，配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理工藝，順利鉆至目的層，試油效果好，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)高效鉆井的目的。

1 地質(zhì)工程簡(jiǎn)況

富源201–3X井所在區(qū)塊二疊系及奧陶系斷層發(fā)育。地層自上而下發(fā)育第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系。富源201–3X井采用三開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)。一開(kāi)采用φ406.4 mm鉆頭鉆進(jìn)至井深1 504.5 m，下入φ273.05 mm套管至井深1 504.50 m；二開(kāi)采用φ241.30 mm鉆頭鉆進(jìn)，至井深6 820.00 m開(kāi)始造斜，鉆至井深7 083.00 m中完，下入φ200.03 mm技術(shù)套管至井深7 080.89 m；三開(kāi)采用φ152.40 mm鉆頭鉆進(jìn)至井深7 181.00 m完鉆，裸眼完井。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

（1）上部地層膠結(jié)疏松，壓實(shí)性差，機(jī)械鉆速快，使用φ406.40 mm鉆頭鉆進(jìn)，產(chǎn)生的巖屑量大。如果鉆井液體系不能及時(shí)將巖屑攜帶出井眼，會(huì)造成鉆頭重復(fù)破碎，降低鉆井時(shí)效。

（2）白堊系發(fā)育砂巖和泥巖互層。泥巖吸水后膨脹分散，造成縮徑，導(dǎo)致起下鉆阻卡。砂巖滲透性強(qiáng)，吸水后膠結(jié)強(qiáng)度低，導(dǎo)致其上覆的泥巖因失去支撐而垮塌，最后造成連鎖垮塌。

（3）二疊系斷層發(fā)育，地層破碎，火成巖和凝灰?guī)r硬脆，施工中易發(fā)生硬脆性垮塌和破碎性垮塌；地層發(fā)育復(fù)雜孔隙，施工中容易發(fā)生井漏。鄰近的3口井均發(fā)生了井漏，平均漏失鉆井液200 m3以上，滯緩勘探與開(kāi)發(fā)進(jìn)程。

（4）三疊系發(fā)育大段泥巖，泥巖地層中膠結(jié)物為黏土礦物，黏土礦物吸水后，地層膠結(jié)強(qiáng)度降低，在外力作用下容易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，造成井塌。

（5）二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)達(dá)5 500.00 m，裸眼段上部地層和下部地層巖性差異大，地層壓力不同，鉆井液維護(hù)和處理方式不同。同時(shí)，裸眼段長(zhǎng)，施工周期長(zhǎng)，裸眼段受鉆井液浸泡時(shí)間長(zhǎng)，井壁穩(wěn)定難度加大。

（6）奧陶系發(fā)育斷層，地層裂縫和孔隙發(fā)育，施工中易發(fā)生漏失。采用φ152.40 mm鉆頭鉆進(jìn)，環(huán)空間隙小，井底環(huán)空壓耗大，加劇了井漏的風(fēng)險(xiǎn)。

3 鉆井液體系

3.1 基本性質(zhì)

（1）抑制性強(qiáng)。能夠抑制泥頁(yè)巖中黏土礦物的水化膨脹及分散，保持地層巖石的原始強(qiáng)度，防止井壁坍塌。

（2）封堵性好。能夠?qū)Φ貙涌紫都傲芽p進(jìn)行封堵，特別是對(duì)斷層和破碎帶進(jìn)行封堵，保持井壁穩(wěn)定。

（3）潤(rùn)滑性好。能夠降低定向鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的摩阻和扭矩，保證起下鉆順暢，防止發(fā)生阻卡等復(fù)雜情況。

3.2 處理劑的選擇

調(diào)研國(guó)內(nèi)超深井[1–6]鉆井液技術(shù)，考察國(guó)內(nèi)外先進(jìn)鉆井液體系[7–12]使用情況。根據(jù)鉆井液體系選擇要求，針對(duì)富源201–3X井地層巖性特點(diǎn)及鉆井液施工技術(shù)難點(diǎn)，選擇胺基聚醇和KCl作為鉆井液體系的抑制劑，鉀胺強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系是在胺基高性能鉆井液體系中加入KCl而形成的高效抑制鉆井液體系。KCl 中的 K+水化半徑大小與黏土礦物晶層間距相當(dāng)，因此，K+可以嵌入黏土礦物的晶層之間，阻止水分子進(jìn)入晶層[13–14]。胺基聚醇不但能夠嵌入黏土晶層間，還能夠在壓差下進(jìn)入地層孔隙和微細(xì)裂縫，穩(wěn)定井壁，保護(hù)儲(chǔ)層[15–16]。選擇磺化瀝青和超細(xì)碳酸鈣作為封堵劑，采用柔性粒子和剛性粒子相結(jié)合，能夠有效封堵地層孔隙和微細(xì)裂縫，提高井壁穩(wěn)定效果；選擇白油潤(rùn)滑劑增強(qiáng)體系的潤(rùn)滑性，白油潤(rùn)滑劑由小分子油復(fù)配而成，本身運(yùn)動(dòng)黏度低，加入后不會(huì)隨著溫度降低而導(dǎo)致鉆井液變稠，對(duì)鉆井液流變性不會(huì)產(chǎn)生太大影響[17–19]。

3.3 配方

優(yōu)化鉆井液體系配方，最后得出鉀胺強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系配方為：（3.0%～5.0%）膨潤(rùn)土+（0.5%～1.0%）燒堿+（0.3%～0.4%）聚丙烯酸鉀PAM+（0.5%～1.5%）胺基聚醇+（5.0%～10.0%）KCl +（2.0%～4.0%）磺化酚醛樹(shù)脂SMP–2+（2.0%～4.0%）磺化褐煤SPNH+（2.0%～5.0%）磺化瀝青+（2.0%～5.0%）超細(xì)碳酸鈣+（0.5%～1.5%）抗高溫乳化劑+（3.0%～5.0%）白油潤(rùn)滑劑。

4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液施工工藝

（1）采用8.0%膨潤(rùn)土漿開(kāi)鉆，使用膠液（配方：0.3% NaOH +0.4%KPAM+0.8%胺基聚醇）維護(hù)鉆井液性能。至2 600 m左右，加入KCl和聚磺處理劑，Cl-濃度控制為25 000～28 000 g/L，增強(qiáng)鉆井液的抑制能力，防止泥頁(yè)巖水化。

（2）上部地層（0～2 000.00 m），鉆井液采用低黏、低切及低固相流型鉆進(jìn)，輔助工程高排量，適當(dāng)沖刷井壁，提高機(jī)械鉆速。鉆至2 000.00 m深度后，適當(dāng)提高鉆井液黏度和切力，控制鉆井液流型為層流，在保證懸浮攜帶巖屑的基礎(chǔ)上，合理控制鉆井液流變性，防止產(chǎn)生過(guò)大環(huán)空壓耗造成井漏。

（3）用磺化酚醛樹(shù)脂和褐煤樹(shù)脂控制鉆井液濾失量。上部地層放寬鉆井液濾失量的控制，鉆至2 600.00 m時(shí)，中壓濾失量逐漸降低至8 mL左右；鉆至井深5 000.00 m后，中壓濾失量控制在5 mL以?xún)?nèi)，高溫高壓濾失量控制在12 mL以?xún)?nèi)，可減緩泥頁(yè)巖水化。

（4）上部地層鉆進(jìn)過(guò)程中加入超細(xì)碳酸鈣，封堵疏松地層。進(jìn)入二疊系后，一次性加入2%磺化瀝青和3%超細(xì)碳酸鈣，使鉆井液能夠在井壁上形成薄而致密的泥餅，封堵地層孔隙和微細(xì)裂縫。定期混入預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，在保證鉆井液體系流變性穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提高泥餅質(zhì)量，提高鉆井液的封堵能力。

（5）鉆進(jìn)中注意觀(guān)察起下鉆摩阻和轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩變化情況。當(dāng)摩阻和扭矩增大時(shí)，通過(guò)短起下鉆，刮掉粘附在井壁上的虛泥餅，鉆至井深5 000.00 m后，加入1.0%白油潤(rùn)滑劑；造斜前，一次性加入2.0%白油潤(rùn)滑劑，并隨著井斜的增大而增加其含量，保證鉆井液體系的潤(rùn)滑性，降低摩阻和扭矩。

（6）根據(jù)地層壓力監(jiān)測(cè)和振動(dòng)篩返砂情況逐漸提高密度，密度控制在設(shè)計(jì)下限。到三疊系時(shí)，密度逐漸提高至設(shè)計(jì)上限，依靠鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，防止長(zhǎng)裸眼井段垮塌。

（7）合理使用固控設(shè)備，四級(jí)固控設(shè)備使用率達(dá)到100%。鉆至井深2 600 m后，振動(dòng)篩、除砂器和除泥器使用率保證100%。間斷開(kāi)動(dòng)離心機(jī)，去除體系中低密度劣質(zhì)固相，保證流變性穩(wěn)定。

（8）工程上，堅(jiān)持劃眼和短起下鉆制度。每鉆完一個(gè)單根進(jìn)行劃眼，每鉆進(jìn)200.00 m進(jìn)行短起下鉆，發(fā)現(xiàn)遇阻反復(fù)活動(dòng)鉆具，直到暢通后方可上提或下放?？刂破鹣裸@速度，防止產(chǎn)生過(guò)大的激動(dòng)壓力而造成井壁失穩(wěn)。

（9）完鉆后，進(jìn)行短起下鉆。下鉆到底后，充分循環(huán)鉆井液，配制高黏切鉆井液凈化井眼。待振動(dòng)篩無(wú)返砂后，配制潤(rùn)滑封井漿封井，保證后續(xù)作業(yè)順利。鉆井液性能控制情況見(jiàn)表1。

表1 鉆井液性能控制情況

5 結(jié)論和建議

鉀胺強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系抑制性強(qiáng)，封堵性好，解決了白堊系砂泥互層導(dǎo)致的井塌難題；解決了二疊系大段泥頁(yè)巖水敏性垮塌的難題，施工中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無(wú)阻。

（1）鉀胺強(qiáng)抑制防塌鉆井液體系流變性好，懸浮攜帶能力強(qiáng)，輔助工程措施，巖屑能夠及時(shí)被攜帶出井眼，振動(dòng)篩返砂正常，返出的巖屑棱角分明，分選性好，無(wú)二次研磨痕跡。

（2）中完及完井作業(yè)過(guò)程中，電測(cè)一次到底，下套管一次到底，二開(kāi)5 500.00 m長(zhǎng)裸眼井段中完作業(yè)中，電測(cè)及下套管摩阻低，井身質(zhì)量好。完井電測(cè)顯示，井身質(zhì)量為優(yōu)秀。二開(kāi)5 500.00 m長(zhǎng)裸眼井段，井徑平均擴(kuò)大率僅為9.92%；三開(kāi)斜井段井徑平均擴(kuò)大率為9.74%。全井平均機(jī)械鉆速為5.39 m/h，鉆井周期159.29 d，完井周期為164.96 d，取得了優(yōu)快鉆井的效果。

（3）全井發(fā)現(xiàn)油層5層，累計(jì)18 m。試油結(jié)果顯示，3 mm油嘴放噴，日產(chǎn)油68.52 m3，日產(chǎn)氣5 556 m3，取得了良好的試油效果。

（4）二疊系和奧陶系斷層發(fā)育，且處于長(zhǎng)裸眼井段，必須保證鉆井液體系的封堵性，合理調(diào)整鉆井液密度，以確保井壁穩(wěn)定所需的力學(xué)平衡。