邱春陽 何興華 司賢群 王寶田

（中國石化集團公司勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

準(zhǔn)南山前柴窩堡區(qū)塊鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用

邱春陽 何興華 司賢群 王寶田

（中國石化集團公司勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

通過分析準(zhǔn)南山前柴窩堡區(qū)塊復(fù)雜事故發(fā)生的原因，針對該區(qū)塊地層特點，提出了相應(yīng)的鉆井液技術(shù)對策及鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系配方。該體系在柴窩堡區(qū)塊柴1HF井現(xiàn)場應(yīng)用表明：抑制性強，封堵性能好，適應(yīng)柴窩堡區(qū)塊地層特點。柴1HF井直導(dǎo)眼的鉆探成功不但解決了該區(qū)塊施工中易出現(xiàn)的井壁失穩(wěn)難題，而且為該區(qū)塊其它井的施工提供了有力的技術(shù)保障。表6參4

柴窩堡 山前高陡 井壁穩(wěn)定 鋁胺柴1HF井

柴窩堡區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，該區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層黏土礦物含量高，地層傾角大，地應(yīng)力作用明顯［1］，是典型的山前高陡構(gòu)造區(qū)。近年來在該區(qū)塊先后鉆了多口井，但由于上述山前高陡構(gòu)造地質(zhì)特點，施工中常發(fā)生復(fù)雜情況，輕者反復(fù)劃眼，延長鉆井周期；嚴重者卡鉆，甚至井眼報廢，不但造成了巨大的經(jīng)濟損失，而且嚴重制約了柴窩堡區(qū)塊的勘探與開發(fā)進程［2－3］。通過采用鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系，施工中采用合理鉆井液密度支撐—多元強化抑制—雙重封堵防塌措施，順利鉆達目的層。為深化研究柴窩堡區(qū)塊成藏條件及下步勘探部署提供了基礎(chǔ)資料，為西部新區(qū)的勘探開發(fā)積累了重要經(jīng)驗。

1 柴窩堡區(qū)塊鉆井液技術(shù)難點

1.1 地用力作用明顯

柴窩堡區(qū)塊是典型的山前高陡構(gòu)造地區(qū)，多期的構(gòu)造運動導(dǎo)致地層應(yīng)力集中，地應(yīng)力作用明顯。鉆開地層后，地層原有的結(jié)構(gòu)力被破壞，地應(yīng)力的作用顯現(xiàn)出來，一旦井眼形成，地應(yīng)力便沿井眼的徑向方向釋放，導(dǎo)致井壁坍塌。

1.2 地層黏土礦物含量高

柴3井地層巖性組成分析表明，地層中黏土礦物含量達到70%以上，并且地層巖石膠結(jié)物均為黏土礦物；黏土礦物中，以蒙脫石或伊／蒙混層為主，地層鉆開后，由于地層中黏土礦物的水化膨脹，特別是伊／蒙混層水化后膨脹不均導(dǎo)致的內(nèi)部推擠，極易造成井壁失穩(wěn)。

1.3 地層破碎、微裂縫發(fā)育

柴窩堡區(qū)塊受地層推覆作用，地層傾角大。強烈的地質(zhì)構(gòu)造運動導(dǎo)致地層破碎，微裂縫發(fā)育。地層被鉆開后，鉆井液濾液在壓差作用下進入地層中，使地層孔隙及裂縫中的黏土礦物水化，造成巖石結(jié)構(gòu)強度降低，層間摩擦力減小，在外力作用下剝落掉塊。

2 鉆井液技術(shù)對策

根據(jù)柴窩堡區(qū)塊地層特點，結(jié)合近幾年在該地區(qū)鉆井施工情況、鉆井液使用及現(xiàn)場處理技術(shù)，解決柴窩堡區(qū)塊復(fù)雜情況的鉆井液技術(shù)對策如下：

（1）適當(dāng)?shù)你@井液密度

針對柴窩堡區(qū)塊地應(yīng)力發(fā)育特點，施工中依據(jù)地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力，參照鄰井鉆井液施工情況，確定合理的鉆井液密度，依靠鉆井液液柱徑向支撐平衡地應(yīng)力，防止地層坍塌與塑性變形。

（2）強化鉆井液體系的抑制性

針對柴窩堡區(qū)塊黏土礦物含量高，地層易水化、分散性能強的特點，強化鉆井液體系的抑制性，降低黏土礦物的水化程度，防止伊／蒙混層水化不均引起“推擠作用”從而導(dǎo)致井壁坍塌的發(fā)生。

（3）強化鉆井液體系的封堵性

針對柴窩堡區(qū)塊地層破碎及微裂縫發(fā)育特點，強化鉆井液體系的封堵性，使鉆井液體系能夠在井壁上形成不滲透嚴封堵層［4］，以減緩鉆井液濾液對地層的侵入，并有效發(fā)揮鉆井液液柱對井壁的物理支撐作用。

3 柴窩堡區(qū)塊鉆井液體系研究

3.1 鉆井液體系配方

依據(jù)上述鉆井液技術(shù)對策，通過處理劑優(yōu)選及性能優(yōu)化實驗，確定使用鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系，配方如下：

3%～5%膨潤土＋0.4%～0.5%KPAM＋4%～6%SMP－2＋3%～5%抗鹽抗鈣降濾失劑KYG－1＋0.5%～1.5%鋁絡(luò)合物抑制劑＋1%～2%有機胺＋2%～3%無水聚合醇＋0.5%～1.5%非滲透承壓封堵劑DXH－4＋3%～5%低熒光井壁穩(wěn)定劑HQ－1＋3%～5%超細碳酸鈣

該鉆井液體系的特點是強抑制和強封堵。體系中鋁絡(luò)合物、有機胺及無水聚合醇分別從“化學(xué)鍵合”、“層間鑲嵌”及“濁點效應(yīng)”方面抑制泥頁巖水化膨脹；非滲透承壓封堵劑、低熒光井壁穩(wěn)定劑及超細碳酸鈣分別通過瀝青的“軟化點”機理和膜封堵機理對地層孔隙及微裂縫進行封堵。另外，體系中沒有分散型如褐煤等處理劑，進一步鞏固了體系的抑制性。

3.2 鉆井液體系主要性能評價

（1）常規(guī)性能評價

按照配方分別配制密度為1.50 g／cm3、1.80 g／cm3和2.10 g／cm3的鉆井液體系，評價體系的常規(guī)性能。結(jié)果見表1。

表1 鉆井液體系常規(guī)性能

從表1中看出，無論是在低密度還是在高密度下，高溫后鉆井液體系的流變性良好，沒有出現(xiàn)增稠或膠凝現(xiàn)象，并且高溫高壓濾失量小于10 mL，適用于深井施工。

（2）抑制性能評價

采用抑制頁巖膨脹實驗和抑制巖屑分散實驗，考察了鉆井液體系的抑制性能，實驗結(jié)果分別見表2和表3。

表2 抑制巖心膨脹高度實驗

由表2中可以看出，巖心在常規(guī)聚磺鉆井液體系中經(jīng)2 h、16 h后線膨脹高度分別為0.56 mm和1.45 mm，而在鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系中浸泡的巖心，2 h后的線膨脹高度為0.23 mm，16 h的線膨脹高度僅為0.54 mm。可見鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系顯著降低泥頁巖的水化膨脹，能有效地防止因黏土礦物水化膨脹造成的井壁失穩(wěn)。

表3 巖屑回收率實驗

由表3看出，和常規(guī)聚磺鉆井液相比，鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系泥頁巖回收率高，將常規(guī)聚磺鉆井液體系的回收率從72.6%提高到94.5%，表明鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系抑制性強，利于井壁穩(wěn)定。

（3）封堵性能評價

實驗采用直徑為0.841～0.595 mm（30～40目）的砂子作為過濾介質(zhì)，加入配制好的鉆井液體系，固定后加壓0.69 MPa，檢驗鉆井液體系的封堵能力。實驗結(jié)果見表4。

表4 鉆井液封堵性能評價

從表4中可以看出，加壓15 min后，鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系侵入砂床的深度為0.7 cm。繼續(xù)加壓至60 min后，侵入深度為0.8 cm；而常規(guī)聚磺鉆井液體系加壓15min和60 min的砂床侵入深度分別為0.9 cm和2.6 cm。說明鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系在壓力下，快速形成了一個承壓封堵帶，能夠有效封堵地層孔隙及微細裂縫。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 現(xiàn)場施工工藝

柴1HF井是實施非常規(guī)戰(zhàn)略后在西部所鉆的第一口評價井，一開Ф444.5mm鉆頭鉆至1632 m，Ф 339.7 mm套管下深1601.2 m；二開Ф311.2 mm鉆頭鉆至2900 m，Ф244.5 mm套管下深2899 m；三開Ф215.9mm鉆頭鉆至3690 m，裸眼完井。一開采用強抑制防塌鉆井液體系，二開和三開井段使用鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系，主要施工工藝如下：

（1）控制鉆井液密度在設(shè)計上限，通過鉆井液液柱徑向支撐平衡地應(yīng)力，防止地應(yīng)力坍塌掉塊；

（2）進入下倉房溝群組前，加足有機胺、無水聚合醇和鋁絡(luò)合物防塌劑，提高鉆井液濾液的抑制性，防止黏土礦物膨脹而發(fā)生剝蝕；

（3）加足SMP－1和抗鹽抗鈣降濾失劑，降低高溫高壓濾失量，防止黏土礦物吸水膨脹；

（4）加強封堵，根據(jù)井底的實際溫度，優(yōu)選具有合適“軟化點”的瀝青處理劑和非滲透處理劑，通過瀝青的“軟化點”機理和膜封堵機理，配合超細碳酸鈣，封堵地層的微裂縫和破碎帶，增強鉆井液體系的封堵防塌能力；

（5）鉆進過程中，注意觀察振動篩上的巖屑返出和巖屑形狀的變化，避免出現(xiàn)井眼垮塌的惡性事故；

（6）堅持起鉆必封的原則，把每一新鉆開的井段，用封井鉆井液進行封井，確保鉆進1 m，保證1 m井段的井壁穩(wěn)定；

（7）控制起下鉆速度，減小壓力激動，防止由于壓力激動而引起井壁失穩(wěn)；

（8）由于地層破碎及起下鉆等原因，井下不可避免出現(xiàn)剝蝕掉塊。一旦出現(xiàn)剝蝕掉塊，首先是調(diào)整流型，將剝蝕掉塊攜帶出井眼；然后優(yōu)化濾餅質(zhì)量，強化封堵；最后提高鉆井液密度，通過液柱壓力支撐井壁。

4.2 應(yīng)用效果

柴1HF井二開使用鋁胺強抑制鉆井液體系后，雖然在2180～2490 m出現(xiàn)掉塊，通過采取提高鉆井液密度及優(yōu)化泥餅質(zhì)量措施，避免了井塌問題。余下井段施工順利，起下鉆暢通無阻。三開在蘆草溝組發(fā)生井漏后，采取適當(dāng)措施堵漏成功。以后鉆進中逐漸降低鉆井液密度和黏切，起下鉆暢通無阻，沒有再發(fā)生復(fù)雜情況。電測、下套管順利；二開井徑平均擴大率為8.5%。三開井徑平均擴大率為4.93%。同該地區(qū)其它已完鉆井相比，柴1HF井井徑均勻，井徑擴大率小。現(xiàn)場鉆井液性能及與其他井的數(shù)據(jù)對比分別見表5、表6。

表5 柴1HF井鉆井液性能

表6 柴窩堡地區(qū)已完鉆井?dāng)?shù)據(jù)對比

現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系能夠滿足柴窩堡區(qū)塊的鉆井施工要求，鉆井液抑制性好，封堵性強，解決了紅雁池組井壁失穩(wěn)的難題。

5 認識與建議

（1）鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系，配合相應(yīng)的現(xiàn)場處理工藝，并結(jié)合工程措施，解決了柴窩堡區(qū)塊易出現(xiàn)的井壁失穩(wěn)難題，滿足了工程施工的要求。

（2）根據(jù)地層情況提前做好預(yù)防是解決柴窩堡區(qū)塊井壁失穩(wěn)的基礎(chǔ)。提高鉆井液體系的抑制性和封堵性是解決井壁失穩(wěn)的關(guān)鍵，依靠鉆井液液柱壓力平衡地應(yīng)力是解決井壁失穩(wěn)的保證。

（3）鋁胺強抑制強封堵聚磺防塌鉆井液體系中的有機胺抑制性強，不但能夠抑制泥頁巖的水化分散，也能夠抑制鉆井液中造漿土的分散，因此必須控制其加量，防止加量過多導(dǎo)致鉆井液體系造壁性差。

1 盧永芹，李長際，宋頤.喀什山前高陡構(gòu)造安全鉆進鉆井液技術(shù)［J］.鉆井液與完井液，2011，28（5）：23－26.

2 成效華，曹來順，趙小平，等.柴參1側(cè)1井鉆井液技術(shù)［J］.鉆井液與完井液，2002，19（6）：129－130.

3 杜青才，石曉兵，聶榮國，等.高陡構(gòu)造井壁失穩(wěn)及井下復(fù)雜的機理研究［J］.鉆采工藝，2004，27（4）：6－8.

4 梁大川，李健.準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)防塌鉆井液技術(shù)探討［J］.石油鉆探技術(shù)，1997，25（3）：24－26.

（修改回稿日期 2013－05－20 編輯 景岷雪）

邱春陽，男，1978年出生，碩士研究生，工程師；2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在從事鉆井液體系研究和技術(shù)服務(wù)工作。地址：（257064）山東省東營市勘探路37號。電話：13954652979。E－mail：drillingwell＠163.com