常洪超,趙鑫宇,張風彬,于占國,劉忠信,何振奎

(1.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司,河南南陽473121;2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠;3.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院;4.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

龍?zhí)?井鉆井液技術

常洪超1,趙鑫宇2,張風彬3,于占國1,劉忠信1,何振奎4

(1.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司,河南南陽473121;2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠;3.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院;4.中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院)

鑒于龍?zhí)?井發(fā)生的復雜情況,針對龍?zhí)?井的地層特點,采用了不同的鉆井液體系及現(xiàn)場維護技術措施。實鉆表明,龍?zhí)?井使用無固相鉆井液、低固相聚合物鉆井液、聚磺防塌鉆井液和飽和鹽水聚磺鉆井液體系,解決了該區(qū)塊上部劉家溝組地層易漏失,石千峰和石盒子組地層易膨脹分散、剝落掉塊,中部山西、太原組煤層易垮塌、阻卡,本溪組地層易石膏侵入,下部馬家溝組鹽膏層易鹽溶垮塌、蠕變縮徑、起下鉆困難等技術難題,達到了優(yōu)質、安全、快速鉆井的目的。

聚合物鉆井液;聚磺防塌鉆井液;飽和鹽水聚磺鉆井液;龍?zhí)?井

龍?zhí)?井是長慶油田部署在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部的一口重點氣探井,完鉆井深3 400 m,目的層為奧陶系鹽下馬五7、馬四、馬二段,兼探奧陶系頂部風化殼及上古生界。該區(qū)域地質情況復雜,2008年施工的龍?zhí)?井先后發(fā)生了連續(xù)滲透性漏失、煤層坍塌、石膏侵、鹽溶垮塌和裂縫性漏失,鉆井施工異常艱難,導致該井機械鉆速慢,鉆井周期長,鉆井綜合成本高。

1 地質工程簡況

1.1 地質簡況

龍?zhí)?井自上而下鉆遇地層依次為新生界第四系(厚約60 m),中生界三疊系延長組、紙坊組、和尚溝組和劉家溝組(厚約1 630 m),上古生界二疊系石千峰組、石盒子組、山西組和太原組(厚約 750 m),石炭系本溪組(厚約79 m),下古生界奧陶系馬家溝組(厚約808 m),寒武系張夏組(厚約73 m)。主要地層巖性特征為:第四系及三疊系多為黃褐色砂質粘土、灰色泥砂巖夾紫紅色泥巖,成巖性差,劉家溝組地層易漏失。二疊系石千峰至石盒子組多為棕紅色泥巖、深灰色泥頁巖,膨脹性強、部分易剝落掉塊;山西組、太原組多為煤層,易坍塌。石炭系本溪組多為深灰色泥巖、煤層、灰?guī)r夾石膏,易發(fā)生石膏侵。奧陶系馬家溝組地層鹽巖、硬石膏發(fā)育,易鹽溶垮塌和膨脹縮徑。寒武系地層多為淺灰色泥質白云巖,地層致密,研磨性強,可鉆性差。

1.2 工程簡況

龍?zhí)?井于2010年7月16日開鉆,2010年10月2日完鉆。該井一開使用φ406.4 mm鉆頭鉆至井深504.3 m,下入φ339.7 mm表層套管至井深503.71 m;二開使用φ311.2 mm鉆頭鉆至井深2 602.3 m,下入φ244.5 mm技術套管至井深2 599.61 m,封固中上部易漏層和煤層,并為下部鹽膏層施工提供安全保障。三開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深3 400 m,掛φ139.7 mm尾管(2 405.82～3 398 m)完井。

2 鉆井液技術難點及體系的確定

2.1 鉆井液技術難點

(1)上部地層成巖性差,地層疏松,施工中易漏失和垮塌。

(2)劉家溝組地層承壓能力低,易發(fā)生壓力誘導性漏失,鉆井過程中會出現(xiàn)連續(xù)滲透性漏失;石千峰組地層棕紅色泥巖分散造漿嚴重;石盒子組深灰色泥頁巖易吸水膨脹、剝落掉塊;山西組、太原組煤層發(fā)育,鉆井中易發(fā)生煤層大面積坍塌,井壁失穩(wěn)嚴重。

(3)本溪組地層含有石膏夾層,施工中易發(fā)生石膏侵,造成鉆井液粘切升高、失水增大,從而使鉆井液穩(wěn)定性和流變性變差。

(4)馬家溝組地層鹽巖、硬石膏發(fā)育,鹽巖遇水易鹽溶垮塌、硬石膏遇水易膨脹縮徑造成起下鉆阻卡,嚴重時可導致鹽膏層卡鉆。

2.2 處理劑優(yōu)選和鉆井液體系的確定

2.2.1處理劑優(yōu)選

①大分子抑制劑:選擇常用的4種大分子處理劑:PAC141、KPAM、FA 367、PM HA- Ⅱ,評價其對泥巖的抑制性,實驗結果表明,當體積分數為0.3%時,巖樣的滾動回收率由大到小的順序為KPAM>FA 367>PM HA-Ⅱ>PAC141。因此,優(yōu)選 KPAM、FA 367作為本井鉆井液體系的主聚合物。②抗鹽鈣降濾失劑:選擇5種降濾失劑:評價其抗鹽鈣污染能力,結果表明,當體積分數為3%,NaCl加量為5%時,鉆井液A PI濾失量由小到大的順序為SM P-Ⅱ

2.2.2鉆井液體系及配方

針對龍?zhí)?井地層巖性特征和技術難點,結合龍?zhí)?井的鉆井情況,由室內實驗優(yōu)選的各井段鉆井液及配方如下:①一開井眼較大,攜砂困難,為保持鉆井液較高的粘度和切力,因此,選用預水化膨潤土聚合物鉆井液體系,配方:清水+(5%～8%)膨潤土+(0.3%～0.5%)Na2CO3+(0.2%～0.3%)NaOH+(0.2%～0.3%)FA 367。②二開劉家溝組地層承壓能力低,易漏失,為保證鉆井液的低密度、低粘切,因此,選用無固相聚合物鉆井液體系,配方:清水+(0.1%～0.3%)K-PAM+(0.1%～0.3%)FA 367+NaOH。③石千峰、石盒子組地層分散造漿嚴重,易水化膨脹、剝落掉塊,為提高鉆井液的造壁能力,改善泥餅質量,降低濾失量,因此,進入石千峰組地層后應選用低固相聚合物鉆井液體系,配方:(5%～8%)預水化加堿膨潤土漿+(0.1%～0.3%)K-PAM+(0.1%～0.3%)FA 367。④山西、太原組煤層較厚,本溪組含有石膏夾層,為提高鉆井液的封堵防塌能力和抗鹽鈣污染能力,因此,進入山西組地層應選用聚磺防塌鉆井液體系,配方:井漿+(2%～3%)SM P-Ⅱ+(2%～3%)SPC+(2%～3%)DBFT-Ⅱ+(2%～3%)W FT-666+(2%～3%)RT-1。⑤三開馬家溝組是長段鹽膏層,為防止鹽溶垮塌和蠕變縮徑,選用高密度飽和鹽水聚磺鉆井液體系,配方:(5%～8%)膨潤土+(0.2%～0.5%)NaOH+(0.2%～0.4%)Na2CO3+(0.1%～0.3%)K-PAM+(8%～10%)SM P-Ⅱ+(5%～8%)SPC+(2%～3%)W FT-666+(1%～2%)RT-1+(1%～2%)JRH-616+(0.2%～0.5%)K2SiO3+(8%～10%)KCl+(20%～25%)NaCl。

3 現(xiàn)場應用鉆井液技術

3.1 一開(0～504.3 m)

一開井段黃土層較厚,土質疏松,地層松軟,滲透性較好,易漏失,且該井段井眼大,攜砂困難,采用預水化膨潤土漿加大分子聚合物開鉆,粘度控制在50～60 s,一開完鉆后用雙泵大排量循環(huán)洗井,保持井眼清潔無沉砂,確保表層套管下入順利。

3.2 二開(504.3～2 602.3 m)

(1)二開使用無固相聚合物鉆井液,將 KPAM和FA 367按1∶1復配成1%體積系數的膠液,開鉆后和大土池中的鉆井液混合均勻,采用“大循環(huán)”,快速沉淀鉆屑,控制粘度28～35 s,起鉆時配一罐稠膠液清洗井眼,保證井眼暢通無阻。

(2)進入劉家溝組地層后,控制密度在1.05 g/cm3以下,及時加入2%的隨鉆堵漏劑DF-1,以預防井漏?？焖巽@穿劉家溝組地層后,配制40 m3高濃度堵漏漿進行工藝堵漏。

(3)進入石千峰組地層后,回收大土池鉆井液改走“小循環(huán)”,同時均勻混入50 m3體積系數8%的預水化膨潤土漿,轉換為低固相聚合物鉆井液。并加足泥頁巖抑制劑K-PAM控制地層造漿;同時適當提高粘度,降低失水,防止泥頁巖吸水膨脹、剝落掉塊,確保井壁穩(wěn)定。

(4)進入山西組地層前20 m,加入2%SM P、2%W FT-666轉換為聚磺防塌鉆井液體系,密度提至1.25 g/cm3,控制粘度45～60 s,濾失量在5 mL以下;同時加入2%防塌劑DBFT-Ⅱ、2%固體潤滑劑RT-1,加強封堵造壁性,提高防塌抑制性和潤滑性,防止煤層坍塌,保持井眼暢通。

(5)鉆遇本溪組石膏層及時加入3%SPC,適當加入Na2CO3和NaOH除鈣,同時用聚合物稀膠液控制鉆井液粘度和切力。

(6)電測、下套管前適當提高鉆井液粘度、切力,采用大排量洗井,保證井眼暢通,以確保電測、下套管順利。

3.3 三開(2 602.3～3 400 m)

(1)鉆完分級箍和水泥塞后放掉二開鉆井液,配制淡水膨潤土漿150 m3,配方:清水+0.2%NaOH+0.4%Na2CO3+8%膨潤土,充分水化24 h以上,同時配膠液50 m3,配方為:清水+0.3%NaOH+2%SM P-Ⅱ+2%SPC+0.5%FA 367。

(2)將淡水膨潤土漿與膠液在地面均勻混合后下鉆至套管鞋處,開泵替出井眼內二開鉆井液,循環(huán)過程中轉換為飽和鹽水聚磺鉆井液。轉換后性能為:ρ:1.28 g/cm3,FV:62 s,FL:2.8 mL,p H:9,Cl-:182 000 mg/L。用石灰石粉調整鉆井液密度至1.30 g/cm3后 ,三開。

(3)鉆進過程中,用 KPAM、SM P- Ⅱ、SPC、NaCl配成鹽水膠液維護補充鉆井液,鉆遇膏泥巖地層時根據 Ca2+濃度的高低,加入適量 Na2CO3除鈣。同時加入0.3%K2SiO3,提高膏泥巖地層的穩(wěn)定性。

(4)通過補充膠液不斷加入NaCl,保持鉆井液中Cl-含量在(18～19)×104mg/L,使鉆井液中Cl-含量達到飽和,盡量減少鹽溶,避免形成“大肚子”。

(5)施工過程中,保持 RT-1、JRH-616含量不低于2%,控制 Kf小于0.12,以提高鉆井液的潤滑性;防塌劑 W FT-666、DBFT-Ⅱ含量不低于3%,抑制膏泥巖膨脹縮徑,防止鹽層坍塌造成井下復雜。在取心井段,適當提高鉆井液粘切和防塌潤滑性,保持鉆井液性能的相對穩(wěn)定,確保取心筒能順利下至井底。

(6)鉆進長段鹽膏層時控制p H:8.5～10,MBT:30～45 g/L。若鉆井液動塑比過低,攜帶能力不強,采取加抗鹽土或補充預水化膨潤土漿的方式提高鉆井液的攜帶能力。

4 應用效果

(1)該井二開劉家溝組采用的低密度無固相聚合物鉆井液,防漏、堵漏技術得當,堵漏一次即獲成功;石千峰、石盒子組采用低固相聚合物鉆井液及有效的防塌措施,抑制了地層分散造漿和泥頁巖吸水膨脹;山西組、太原組、本溪組采用聚磺防塌鉆井液體系有效防止了煤層、石膏層井段井壁失穩(wěn);三開飽和鹽水聚磺鉆井液體系性能穩(wěn)定、流變性好、抗鹽鈣污染能力強;滿足了龍?zhí)?井鉆井施工的要求。各井段鉆井液性能如表1。

表1 龍?zhí)?井各井段主要鉆井液性能

(2)懸浮攜帶能力強,井眼凈化效果好。該井實鉆中井眼凈化徹底,井底干凈無沉砂,全井未發(fā)生起下鉆阻卡和沉砂卡鉆,電測、下套管均暢通無阻。

(3)封堵防塌效果好,井壁穩(wěn)定。該井實鉆中在煤層和鹽膏層井段均未發(fā)生井壁失穩(wěn)垮塌現(xiàn)象,井徑規(guī)則,二開井段平均井徑擴大率為9.52%,三開井段平均井徑擴大率為6.5%,遠低于工程設計不超過25%的指標要求。

(4)潤滑防卡能力強,機械鉆速快。該井施工中采用固體、液體潤滑劑復配使用,增強了鉆井液的潤滑性。各井段起下鉆遇阻最大不超過10 t,全井施工安全、順利無事故。

5 認識與建議

(1)施工中在煤層和鹽膏層井段應保持鉆井液性能的相對穩(wěn)定;起下鉆時要控制起下鉆速度,避免產生過大的壓力激動,防止井壁坍塌。

(2)鹽膏層施工中發(fā)現(xiàn)有任何縮徑的井段都要進行短程起鉆到復合鹽層頂部,以驗證鉆頭能否通過;鉆穿鹽膏層時,應短起至套管內,靜止2～3 h,再通井觀察其蠕變情況,確定安全時間,檢查鉆井液密度是否合適。

[1] 徐同臺,崔茂榮.鉆井工程井壁穩(wěn)定新技術[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999:18-32.

[2] 張克勤,陳樂亮.鉆井液[M].北京:石油工業(yè)出版社,1988:23-45.

TE254

A

1673-8217(2011)05-0096-03

2011-04-21;改回日期:2011-06-13

常洪超,工程師,1965年生,1986、1996年分別畢業(yè)于重慶石油學校和中國地質大學,一直從事鉆井液技術管理工作。

編輯:劉洪樹