亞洲最深井—輪探1井水基鉆井液技術(shù)

謝建輝 任超 王瑞虎 張雄

中石油西部鉆探鉆井液分公司 新疆 克拉瑪依 834000

1 基本概況

該井自上而下鉆遇第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、鷹山組、蓬萊壩組、下丘里塔格、阿瓦塔格、沙依里克、吾松格爾、肖爾布拉克組、玉爾吐斯組、奇格布拉克組等地層，主要目的層為震旦系的奇格布拉克組。奧陶系的鷹山組-震旦系的奇格布拉克組超深、超高溫井段，對(duì)鉆井液的抗溫能力、封堵防塌能力要求高，因此抗高溫水基鉆井液的研究是應(yīng)對(duì)輪探1井超深、超高溫鉆井難題的重點(diǎn)；為保證輪探1井超深、超高溫井段的順利施工，經(jīng)過前期大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和配方調(diào)整，確定輪探1井超深段使用氯化鉀聚磺水基鉆井液體系；本井使用該體系成功解決了輪探1井8000m以下超深井段的高溫、井壁穩(wěn)定等難題，順利鉆進(jìn)至8882m，突破了亞洲最深鉆井記錄。該體系的研究和應(yīng)用為輪探1井鉆井井深的突破提供了技術(shù)支撐，為塔里木油田下寒武系、震旦系鉆井提供了鉆井液技術(shù)儲(chǔ)備。

2 主要技術(shù)難點(diǎn)

2.1 抗溫能力

本井設(shè)計(jì)井深8500m，加深至8882m，預(yù)計(jì)井底溫度在180℃以上，所以出于安全考慮要求四開鉆井液能抗溫到200℃，為此委托廠家定制生產(chǎn)了能夠抗溫200℃的主抗溫材料及其它相配套的封堵材料。

2.2 井壁穩(wěn)定

根據(jù)鄰井資料及實(shí)鉆情況，在進(jìn)入鷹山組后垮塌、掉塊現(xiàn)象非常嚴(yán)重，曾數(shù)次發(fā)生卡鉆事故，通過體系優(yōu)化、采用定制生產(chǎn)的高軟化點(diǎn)瀝青材料，有效的解決了這個(gè)難題，保證了鉆井的順利進(jìn)行。

3 前期室內(nèi)配方研究

經(jīng)過試驗(yàn)篩選出高溫下流變性與熱穩(wěn)定性較好的配方，見表1。

表1 室內(nèi)試驗(yàn)鉆井液性能（50℃測(cè)量）

配方：2%膨潤(rùn)土漿＋3%SMP-3＋3%SPNH＋3%SF＋1%AP220＋5%FT-1A＋3%DYFT-2＋3%YX＋3%RF-9＋0.3%NaOH＋0.5%SP-80＋1%SF-260-2＋7%KCI＋重晶石（鉆井液密度1.55g/cm3）。

輪探1井采用氯化鉀聚磺體系，定制了抗高溫降失水劑，并且使用了在高溫下封堵能力較強(qiáng)的DYFT-2、FT-1A、KH-N等瀝青類材料，同時(shí)增加了不同粒徑剛性顆粒、纖維類材料的協(xié)同封堵，做到了體系抗溫能力強(qiáng)，封堵效果好，在180℃高溫下依然具有良好的流變性能和高溫穩(wěn)定性，HTHP濾失量低、泥餅質(zhì)量好。

根據(jù)室內(nèi)系統(tǒng)試驗(yàn)，確定使用上述配方用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 高溫穩(wěn)定性研究

深部井段抗溫穩(wěn)定性是輪探1井的技術(shù)難題，為應(yīng)對(duì)輪探1井超深、超高溫的挑戰(zhàn)，通過數(shù)百組室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出不同溫度梯度下的現(xiàn)場(chǎng)施工配方如下：

2%膨潤(rùn)土漿＋3%SMP-3＋3%SPNH＋3%SF＋1%AP220＋5%FT-1A＋3%DYFT-2＋3%YX＋3%RF-9＋0.3%NaOH＋0.5%SP-80＋1%SF-260-2＋7%KCI＋重晶石（鉆井液密度1.45g/cm3）。

上述配方不同溫度下的鉆井液性能數(shù)據(jù)見表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)施工配方不同溫度下的鉆井液性能（50℃測(cè)量）

現(xiàn)場(chǎng)施工中，井漿流動(dòng)性好，常溫下各項(xiàng)鉆井液指標(biāo)優(yōu)良，并對(duì)井漿進(jìn)行170℃、180℃、200℃鉆井液抗溫及沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：

井漿經(jīng)170℃、100h熱滾后，沉降穩(wěn)定性試驗(yàn)，表面析水1.2cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動(dòng)輕松，高攪流動(dòng)性好。

井漿經(jīng)180℃、100h熱滾后，沉降穩(wěn)定性試驗(yàn)，表面析水1cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動(dòng)輕松，高攪流動(dòng)性好。

井漿經(jīng)200℃、100h熱滾后，沉降穩(wěn)定性試驗(yàn)，表面析水4cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動(dòng)輕松，高攪流動(dòng)性好。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

輪探1井于2018年11月12日19：00使用聚磺氯化鉀防塌鉆井液三開鉆進(jìn)作業(yè)，2019年2月28日02∶30鉆進(jìn)至7475.67m三開中完；本段進(jìn)尺1970.97m，鉆井天數(shù)70.93d，機(jī)械鉆速1.16m/h；平均井徑擴(kuò)大率0.98%，施工中鉆進(jìn)安全順利。本段設(shè)計(jì)井深6802m，實(shí)際井深7475.67m，全程鉆井液性能穩(wěn)定，中完電測(cè)、下套管順利完成。

2019年3月25日09∶00四開，繼續(xù)使用聚磺氯化鉀防塌鉆井液體系，2019年6月23日21∶00鉆進(jìn)至井深8882m完鉆，本段進(jìn)尺1406.33m，鉆井天數(shù)91.5d，機(jī)械鉆速0.64m/h；平均井徑擴(kuò)大率8.44%，完井作業(yè)電測(cè)8趟均一次到底，下尾管作業(yè)順利。

通過一系列性能檢測(cè)試驗(yàn)表明，輪探1井鉆井液不僅滿足了安全鉆進(jìn)的需要，而且達(dá)到了預(yù)先設(shè)想的結(jié)果，具體性能見表3、表4、表5。

表4 輪探1井井深8000m井漿HTHP濾失量測(cè)量

表5 輪探1井井深8000m井漿熱滾后的性能（50℃測(cè)量）

對(duì)井深8000m井漿實(shí)驗(yàn)表明：

（1）現(xiàn)場(chǎng)井漿流變性、懸浮攜帶能力比較穩(wěn)定；高溫?zé)釢L后性能依然穩(wěn)定，在200℃熱滾后井漿切力變化不大，高溫穩(wěn)定性較強(qiáng)；高溫高壓濾失量在160℃以內(nèi)小于8mL，180℃以內(nèi)小于10mL。

（2）現(xiàn)場(chǎng)井漿從高溫老化性能看，180℃、200℃三天內(nèi)性能穩(wěn)定，完全能夠滿足安全鉆進(jìn)與后期完井作業(yè)要求。

實(shí)鉆證明輪探1井抗高溫水基鉆井液在超高溫條件下應(yīng)用效果良好，本井三開、四開超深、超高溫段鉆井施工安全無事故、無復(fù)雜，平均井徑擴(kuò)大率小于10%，證明該體系鉆井液在超過180℃高溫下流變性、熱穩(wěn)定性、護(hù)壁性能優(yōu)良。

6 結(jié)論

1）應(yīng)對(duì)剝落垮塌要多手段、多舉措?yún)f(xié)同作用；應(yīng)對(duì)井壁穩(wěn)定是整個(gè)行業(yè)在深井段都會(huì)面臨的問題，輪探1井在應(yīng)對(duì)易垮塌井段時(shí)，采用了化學(xué)與物理防塌并重、全程協(xié)同封堵強(qiáng)化鉆井液的封堵造壁性能，確保井壁穩(wěn)定，整個(gè)深井施工井段鉆井液防塌性能表現(xiàn)優(yōu)秀，三開平均井徑擴(kuò)大率只有0.98%，體現(xiàn)了優(yōu)良的防塌性能。

2）鉆井液高溫穩(wěn)定性研究的關(guān)鍵在于體系優(yōu)化和材料優(yōu)選，輪探1井在深部井段的抗高溫磺化防塌鉆井液的使用，經(jīng)受了180℃的考驗(yàn)，鉆進(jìn)液表現(xiàn)出優(yōu)良的抗高溫穩(wěn)定性與防塌性能；并在180℃、200℃抗溫實(shí)驗(yàn)中依然具有較好的流變性與熱穩(wěn)定性；為輪探1井超深、超高溫鉆井施工的順利完成提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

3）該體系抗溫可以達(dá)到200℃，為今后的超深井鉆井提供了一項(xiàng)技術(shù)儲(chǔ)備。