夏河2 井三開(kāi)高密度抗高鈣鹽水侵鉆井液技術(shù)應(yīng)用

楊軍義 連世鑫

中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心 新疆輪臺(tái) 841600

夏河2 井位于塔里木盆地巴楚隆起吐木休克斷裂帶構(gòu)造,三開(kāi)鉆井液體系采用欠飽和鹽水聚磺鉆井液體系，鉆進(jìn)至4930m 沙依里克組，循環(huán)發(fā)現(xiàn)溢流，出口鉆井液密度 由1.99 下 降 到1.95g/ cm3、CL-由138000 上 升 至176000mg/ L、Ca2+由320 增至3320mg/ L，APIFL 由3.2上升至34mL，鉆井液出現(xiàn)絮凝，失去流動(dòng)性?，F(xiàn)場(chǎng)在保證井控安全的前提下起鉆至套管內(nèi)4495m，關(guān)井立壓由0→24.3MPa→24.46MPa，套壓由0→21.5MPa→26MPa。

1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液難點(diǎn)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆數(shù)據(jù)及鄰井資料，確定鉆遇高壓高鈣鹽水污染，現(xiàn)場(chǎng)處理高壓鹽水溢流及鉆井液受鈣侵污染的主要難點(diǎn)在于：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量及鄰井資料，初步判斷地層高壓鹽水鈣離子在5000～10000mg/ L，常規(guī)水基鉆井液受高鈣離子污染失去正常的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，鉆井液絮凝嚴(yán)重，近乎全失水；溢流前鉆井液密度1.99g/ cm3，根據(jù)起鉆溢流量及關(guān)井壓力緩慢上升，判斷井筒內(nèi)鉆井液已受污染，地層鹽水存在高壓低滲現(xiàn)象，壓井鉆井液密度不易精確，根據(jù)鄰井資料初步確定使用密度2.3g/ cm3鉆井液進(jìn)行節(jié)流循環(huán)壓井，高密度鉆井液流變性及沉降穩(wěn)定性不易控制。

2 抗高鈣鹽水侵鉆井液配方的確定

2.1 硫酸鈉

如表1 所示，受鈣侵污染鉆井液中加入硫酸鈉后，鉆井液中的鈣離子降低，鉆井液流變性能趨好，確定硫酸鈉加量為3%。

表1 加入硫酸鈉對(duì)受鈣侵污染鉆井液性能的影響

2.2 坂土含量控制膠液配方確定

高密度鉆井液本身具有固相含量高、固相顆粒分散程度高、自由水少等特點(diǎn)[2]，控制鉆井液中坂土最佳含量同時(shí)滿足不能高溫增稠及加重劑懸浮是最大難點(diǎn)。該井鉆井液受鈣侵污染后，體系受到破壞，使用硫酸鈉消除鈣離子污染影響后，需優(yōu)選磺化材料、抗溫抗鹽處理劑優(yōu)化鉆井液性能，使用適量分散劑調(diào)節(jié)鉆井液流變性能。

現(xiàn)場(chǎng)使用密度2.3g/ cm3鉆井液經(jīng)過(guò)兩次節(jié)流循環(huán)壓井后，立套壓不為零，確定使用密度2.48～2.50g/ cm3繼續(xù)節(jié)流循環(huán)壓井，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需求優(yōu)選配置膠液與密度2.3g/ cm3井漿混合降低鉆井液中坂土含量，再加重2.48～2.50g/ cm3。

高密度鉆井液控制坂土含量是關(guān)鍵，坂土含量過(guò)高鉆井液增稠現(xiàn)象明顯，密度2.49～2.50g/ cm3控制坂土含量在7g/ L 左右能滿足加重劑懸浮及控制良好流變性能的要求,1# 膠液配方中高密度分散劑SMS- 19 能較好地調(diào)節(jié)高密度鉆井液流變性能，加入0.5%DSP- 2 能有效地降低鉆井液失水，確定1# 膠液作為施工方案。

2.3 抗鈣污染實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)確定使用井漿：1# 膠液=2:8 混合稀釋，后優(yōu)選密度4.35g/ cm3的特級(jí)重晶石加重至2.50g/ cm3，然后加入3%硫酸鈉，使用20%濃度氯化鈣溶液進(jìn)行抗污染實(shí)驗(yàn)。加入6%的CaCL2溶液（濃度20%）污染實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

通過(guò)表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明新配漿在鈣離子污染情況下，通過(guò)加入硫酸鈉進(jìn)行處理，使用膠液維護(hù)，鉆井液穩(wěn)定性及流變性能未遭到明顯破壞，滿足井下施工需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 壓井施工作業(yè)

為保證井控安全，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配鉆井液密度至2.30g/ cm3，補(bǔ)充2%硫酸鈉及高濃度膠液調(diào)整性能，采用節(jié)流循環(huán)方式壓井，壓井過(guò)程中進(jìn)出口密度不一致，立套壓仍不為零，每次返出受污染鉆井液20～40m3，壓井失敗。

通過(guò)兩次節(jié)流循環(huán)壓井，現(xiàn)場(chǎng)分析原因及下步措施：

（1）鉆井液密度2.3g/ cm3不能滿足地層鹽水壓力，根據(jù)立套壓情況確定下步使用2.46～2.50g/ cm3鉆井液節(jié)流循環(huán)壓井；

（2）通過(guò)停泵后關(guān)井立套壓緩慢上升，判斷地層鹽水為高壓低滲特點(diǎn)，節(jié)流循環(huán)過(guò)程中調(diào)節(jié)節(jié)流閥不能很好地控制地層流體持續(xù)污染；

（3）返出鉆井液通過(guò)硫酸鈉及膠液處理后，流變性能仍不易控制，測(cè)得Vb 為16.8g/ L 偏高, 下步調(diào)配2.46～2.50g/ cm3鉆井液需進(jìn)一步控制鉆井液坂土含量及穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)做小型實(shí)驗(yàn)調(diào)配鉆井液滿足下步壓井需求。

第三次節(jié)流循環(huán)壓井：現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)表2 中1# 膠液配方，補(bǔ)充3%硫酸鈉后調(diào)配2.46g/ cm3鉆井液，進(jìn)行第三次節(jié)流循環(huán)壓井；壓井前立壓7.5MPa，套壓4MPa，使用密度2.46g/ cm3鉆井液節(jié)流循環(huán)一周，停泵后立套壓為零，繼續(xù)開(kāi)井循環(huán)，循環(huán)加重保證入口密度不低于2.46g/ cm3，循環(huán)兩周后進(jìn)出口密度一致，停泵觀察出口斷流，壓井成功。

表2 加入6%的CaCL2 溶液（濃度20%）污染實(shí)驗(yàn)

3.2 通井劃眼作業(yè)及恢復(fù)鉆進(jìn)

套管內(nèi)壓井成功后，通井劃眼至井底，鉆井液主要處理為排放受污染嚴(yán)重泥漿，根據(jù)1# 膠液配方調(diào)配新漿補(bǔ)充3%硫酸鈉，維持鉆井液密度不低于2.46g/ cm3，返出受鈣侵污染鉆井液密度最低2.17g/ cm3, 鈣離子最高10400mg/ L，部分鉆井液失去流動(dòng)性，排放受污染漿約50m3，劃眼到底后充分循環(huán)保證進(jìn)出口密度一致，維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定后恢復(fù)鉆進(jìn)。

恢復(fù)鉆進(jìn)后為防止高密度鉆井液鉆遇下部地層發(fā)生漏失，現(xiàn)場(chǎng)嘗試適當(dāng)降低鉆井液密度，降低至2,43g/ cm3以下發(fā)現(xiàn)停泵不斷流，現(xiàn)場(chǎng)維持2.44～2.45g/ cm3鉆井液密度鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液持續(xù)膠液維護(hù)性能穩(wěn)定，補(bǔ)充硫酸鈉防止鈣離子污染，振動(dòng)篩使用120 目篩布清除劣質(zhì)固相；每趟長(zhǎng)起下鉆4930m 高壓高鈣鹽水層附近返出鉆井液有不同程度的污染，回收污染漿處理后再次入井。

3.3 井漏及卡鉆故障

恢復(fù)鉆進(jìn)后鉆進(jìn)至5225.46m 發(fā)生第一次失返性漏失，至5341.41m 共計(jì)發(fā)生8 次失返性漏失，現(xiàn)場(chǎng)使用交聯(lián)成膜段塞堵漏漿通過(guò)專項(xiàng)堵漏、靜堵、隨鉆堵漏的方式堵漏成功，但每次堵漏成功后鉆井液受不同程度污染，鉆井液流變性能變差，另外，為保證堵漏效果，全井隨鉆堵漏材料濃度近15%，振動(dòng)篩篩布使用20 目，鉆井液中劣質(zhì)固相無(wú)法有效清除，鉆井液性能進(jìn)一步惡化。

第8 次漏失后更換鉆具堵漏，劃眼至5233.86m 再次發(fā)生失返性漏失，泵入交聯(lián)成膜段塞堵漏漿9m3后起鉆至4968m 循環(huán)堵漏，堵漏成功。再次劃眼至5258.5m 接立柱發(fā)生卡鉆故障。

卡鉆原因分析：

（1）三開(kāi)設(shè)計(jì)中完原則為鉆穿震旦系吾松格爾組鹽膏層，三開(kāi)震旦系沙依里克組鉆遇當(dāng)量密度2.43g/ cm3高壓高鈣鹽水層，下部地層吾松格爾組存在低壓地層，共計(jì)發(fā)生8 次失返性漏失，不同壓力體系在同一開(kāi)次是造成卡鉆的地質(zhì)原因；

（2）4930m 高壓鹽水層鈣離子含量高，鉆井液受鈣侵污染嚴(yán)重，發(fā)生失返性漏失后鉆井液補(bǔ)充堵漏材料，劣質(zhì)固相增加，高密度鉆井液不能有效維護(hù)處理，重晶石沉降、高溫高壓泥餅虛厚，性能進(jìn)一步惡化，在漏失井段固相堆積形成厚泥餅，在高密度壓差下發(fā)生壓差卡鉆。

3.4 卡鉆處理及回填側(cè)鉆

發(fā)生卡鉆故障后，先后經(jīng)過(guò)泡解卡劑、倒扣、套銑、打撈鉆具等措施后，魚(yú)頭位置5019.12m，具備側(cè)鉆條件，現(xiàn)場(chǎng)打水泥塞回填側(cè)鉆，側(cè)鉆點(diǎn)4832.75m。側(cè)鉆后鉆井液性能如表3 所示。

表3 側(cè)鉆后鉆井液性能

鉆井液全井調(diào)配新漿，根據(jù)前期經(jīng)驗(yàn)主要處理思路為：配置新漿嚴(yán)格控制鉆井液坂土含量在7g/ L 左右，使用氯化鉀與氯化鈉維持欠飽和鹽水體系，使用高濃度磺化材料、抗溫抗鹽降濾失劑控制失水，使用高密度分散劑控制鉆井液流變性能，加入3%硫酸鈉預(yù)防鈣侵污染，補(bǔ)充潤(rùn)滑劑提高鉆井液潤(rùn)滑性能，使用密度4.35g/ cm3以上特級(jí)重晶石加重，振動(dòng)篩使用120～150 目篩布清除劣質(zhì)固相。最終三開(kāi)鉆進(jìn)至5208.54m 再次發(fā)生漏失，三開(kāi)中完，測(cè)井、下套管順利，高密度鉆井液性能滿足要求。

注：鉆井液維護(hù)膠液配方：清水+1%NaOH+4%SMP- 3+4%抗溫抗鹽降濾失劑+4%FT- 1+5%KC1+15%NaC1+2%潤(rùn)滑劑+5%SMS- 19+3%硫酸鈉。

4 結(jié)語(yǔ)

(1）硫酸鈉在處理鈣侵污染鉆井液方面有良好的效果，使用硫酸根鹽水聚磺鉆井液體系滿足夏河2 三開(kāi)鉆井要求。

（2）高密度鉆井液處理要點(diǎn)為控制鉆井液中坂土含量，使用高密度分散劑能調(diào)節(jié)鉆井液流變性能，控制坂土含量7g/ L 左右能滿足夏河2 井2.43～2.45g/ cm3高密度鉆井液加重劑懸浮與流變性能控制要求。

（3）夏河2 井三開(kāi)多次發(fā)生漏失，為滿足堵漏要求鉆井液中補(bǔ)充隨鉆堵漏材料，振動(dòng)篩篩布目數(shù)降低，鉆井液劣質(zhì)固相增加，性能惡化嚴(yán)重，造成卡鉆故障；建議此類存在兩套壓力系統(tǒng)的探井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)備用一開(kāi)次，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。