哈密油田馬中區(qū)塊長裸眼井鉆井液技術(shù)

邱春陽，張亞男，朱福軍，鄭成勝，于 雷

（中石化勝利石油工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)中心，山東 東營 257000）

引言

馬中區(qū)塊位于哈密地區(qū)伊吾縣，構(gòu)造位置屬于三塘湖盆地馬中構(gòu)造。馬中構(gòu)造主力油層位于石炭系，埋深約為3 500 m，采用二開制直井進(jìn)行施工。由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，鉆進(jìn)過程中穿越多個地層，地層巖性復(fù)雜多變，二開裸眼段長達(dá)3 000 m，井壁穩(wěn)定性差，鉆井液施工技術(shù)難度大。通過使用聚胺抑制防塌鉆井液體系，輔助現(xiàn)場鉆井液維護處理工藝，保證了該區(qū)塊的順利施工。

1 工程地質(zhì)概況

馬中區(qū)塊位于三塘湖盆地三塘湖油田馬中構(gòu)造，地層自上而下發(fā)育新生界、白堊系、侏羅系、三疊系和石炭系。該區(qū)塊直井設(shè)計井深約3 500 m，采用二開制井身結(jié)構(gòu)，一開采用Φ375 mm 鉆頭鉆至井深約300 m，下入Φ273 mm 表層套管；二開采用Φ215.9 mm 鉆頭鉆至井深約3 500 m，下入Φ139.7 mm 油層套管。

2 鉆井液技術(shù)難點

1）上部地層機械鉆速快，環(huán)空鉆屑濃度高，泥巖水化能力強，振動篩返出大量泥球，鉆井液體系中固相含量高，井眼凈化難度大。

2）侏羅系上部紅色泥巖較軟，水化后膨脹分散嚴(yán)重，易造成縮徑卡鉆；中部煤層抗拉強度很低，彈性模量很小，裂縫發(fā)育、脆性大，在地應(yīng)力或其它外力的作用下易坍塌。

3）三疊系以粉砂巖、泥巖和碳質(zhì)泥巖互層為主，碳質(zhì)泥巖硬脆性強，粉砂巖吸水后膠結(jié)強度降低，易導(dǎo)致與其互層的碳質(zhì)泥巖坍塌，且掉塊硬脆，不易破碎，易發(fā)生卡鉆事故。

4）受地質(zhì)構(gòu)造運動影響，石炭系地應(yīng)力作用強。井眼鉆開后，地應(yīng)力沿著井眼的徑向方向釋放，導(dǎo)致井塌。

5）二開裸眼段長達(dá)3 200 m，裸眼段上下壓力不同，地層巖性差異大，施工中鉆井液維護處理工藝不同，易造成上漏下塌等復(fù)雜情況；裸眼段長，施工周期長，地層受鉆井液浸泡時間長，井壁不穩(wěn)定性增強。

3 鉆井液體系研究

3.1 鉆井液體系配方

通過調(diào)研鄰近區(qū)塊及深井長裸眼鉆井液施工經(jīng)驗[1-5]，針對馬中區(qū)塊地層巖性和鉆井液技術(shù)難點，優(yōu)選了聚胺抑制防塌鉆井液體系，基本配方如下：

3%～4%膨潤土+0.3%～0.5%聚丙烯酰胺PAM+0.5%～1.5%聚胺抑制劑+2%～3%防塌降濾失劑+2%～4%抗鹽降濾失劑+2%～3%磺化酚醛樹脂SMP-2+3%～5%井壁穩(wěn)定劑+3%～5%磺化瀝青+3%～5%超細(xì)碳酸鈣

3.2 鉆井液體系作用機理

聚胺分子上多個獨立的胺基可充填在黏土顆粒的晶層之間，并把它們束縛在一起，有效地減少黏土的吸水傾向，其抑制作用具有長效性，抗沖刷能力強，保證鉆井作業(yè)結(jié)束后也具有長時間的抑制效果[6]；磺化瀝青具有“軟化點”，當(dāng)溫度達(dá)到軟化點附近，瀝青變軟，和超細(xì)碳酸鈣一起，在壓力下封堵地層孔隙和微裂縫，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的。

4 現(xiàn)場鉆井液施工工藝

1）上部地層，保持鉆井液體系的低黏、低切和低密度，有利于提高機械鉆速。進(jìn)入侏羅系，提高鉆井液體系黏切，增強鉆井液體系的懸浮攜帶能力，防止沖刷井壁。

2）上部地層鉆速較快，工程上保證大排量，提高鉆井液體系的環(huán)空上返速度，適當(dāng)沖刷井壁，并提高環(huán)空巖屑的凈化效果，防止鉆頭重復(fù)破碎及形成虛厚泥餅。

3）上部地層疏松，施工中加入碳酸鈣和單向壓力封閉劑，封堵地層疏松孔隙和微細(xì)裂縫，防止鉆井液漏失。進(jìn)入侏羅系后，加入磺化瀝青、井壁穩(wěn)定劑和超細(xì)碳酸鈣，并定期進(jìn)行補充，使鉆井液體系能夠在井壁上形成致密且低滲透性的泥餅，封堵煤層和破碎帶，防止發(fā)生硬脆性垮塌及應(yīng)力性垮塌。

4）保持抑制劑的含量，聚合物PAM 含量保持在0.3%，聚胺抑制劑的含量保持在1.0%，抑制上部地層泥巖的水化膨脹。進(jìn)入侏羅系，泥頁巖的水化分散性減弱，聚合物的含量保持在0.2%，聚胺抑制劑的含量保持在0.5%，抑制泥頁巖的水化膨脹。

5）濾失量的控制。上部地層適當(dāng)放松對濾失量的控制，使用降濾失劑和銨鹽，中壓濾失量控制在8 mL左右；白堊系底部，增大降濾失劑的含量，中壓濾失量控制在5 mL；進(jìn)入侏羅系后，加入抗鹽降濾失劑，中壓濾失量控制在3 mL 以內(nèi)，控制泥頁巖水化。

6）鉆井液密度的控制。上部地層鉆進(jìn)過程中，鉆井液密度控制在自然密度范圍內(nèi)；白堊系底部，提高鉆井液密度，依靠鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保持井壁穩(wěn)定。

7）固相控制情況。鉆進(jìn)中開動四級固控設(shè)備，清除鉆井液體系中的固相，將鉆井液密度控制在最低水平，利于提高機械鉆速；進(jìn)入侏羅系后，逐漸提高鉆井液密度，停止離心機的使用，鉆井液固相增加時，開動離心機，后面補充加重鉆井液，保持鉆井液體系流變性穩(wěn)定。

8）潤滑性的保持。白堊系底部，加入1%液體潤滑劑，保持鉆井液體系具有一定的潤滑性；進(jìn)入三疊系，加入2%液體潤滑劑，提高鉆井液體系的潤滑性，保持起下鉆順暢，防止阻卡等復(fù)雜情況發(fā)生[6]。

9）工程措施。嚴(yán)格執(zhí)行短起下鉆措施，快速鉆進(jìn)期間每隔300 m 進(jìn)行一次短起下鉆；進(jìn)入侏羅系后，每隔200 m 進(jìn)行一次短起下鉆，刮掉吸附在井壁上的虛厚泥餅，保持起下鉆暢通無阻。

10）完井措施。完鉆后，充分循環(huán)鉆井液，待振動篩無返砂后，進(jìn)行一次短起下鉆，下鉆到底后，配制稠鉆井液凈化井眼，確認(rèn)井眼干凈后，用磺化瀝青和磺化酚醛樹脂配制稠鉆井液封井，封住侏羅系以下整個裸眼井段。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

聚胺抑制防塌鉆井液體系在哈密油田馬中區(qū)塊馬61-5 井、馬6701 井和馬36-48 井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。3 口井基本情況，表1 中所示。配合上述鉆井液現(xiàn)場維護處理工藝。以馬6701 井為例，鉆井液性能控制情況，如表2 所示。取得了良好的應(yīng)用效果。

表1 應(yīng)用井情況

表2 馬6701 井鉆井液性能控制情況

1）井壁穩(wěn)定。鉆進(jìn)過程中井壁穩(wěn)定，井下安全，起下鉆過程中暢通無阻。

2）完井作業(yè)順利。中完及完井作業(yè)順利，電測一次到底，下套管一次成功率100%。

3）井身質(zhì)量好。馬6701 井二開井徑平均擴大率為9.18%，馬61-5 井二開井徑平均擴大率為13.2%，馬36-48 井二開井徑平均擴大率為12.18%。

6 結(jié)論和建議

1）優(yōu)選了聚胺抑制防塌鉆井液體系，該體系抑制性強，封堵性好，在馬中區(qū)塊3 口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，解決了馬中區(qū)塊泥頁巖水化分散、侏羅系煤層坍塌、石炭系應(yīng)力性坍塌及長裸眼井壁失穩(wěn)的難題。

2）長裸眼井段鉆進(jìn)，必須保證鉆井液體系在井壁上形成良好泥餅，才能保證鉆井液液柱壓力有效支撐井壁，這是井壁穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

3）長裸眼井段鉆進(jìn)，保證鉆井液體系的流變性和潤滑性，還必須保證工程配合，嚴(yán)格執(zhí)行短起下鉆，這樣才能保證井眼通暢。