邱春陽(yáng)，趙紅香，張海青

(中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工程技術(shù)公司，山東 東營(yíng) 257064)

樊154區(qū)塊水平井鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，趙紅香，張海青

(中石化勝利石油工程有限公司 鉆井工程技術(shù)公司，山東 東營(yíng) 257064)

為提高樊154區(qū)塊水平井鉆井成功率，研發(fā)了潤(rùn)滑性好、抑制性及封堵能力強(qiáng)的鋁胺抑制防塌鉆井液體系。在樊154區(qū)塊取得了良好的應(yīng)用效果，保證了水平井施工的順利進(jìn)行，提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，為安全及高效鉆井提供了有力的技術(shù)保障。

樊154區(qū)塊；井壁失穩(wěn)；斷層；小井眼；鋁胺

鉆井液是鉆井工程的血液，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鉆井液的研究也隨之變化，從最早的聚合物鉆井液、石灰鉆井液、鹽水鉆井液到現(xiàn)在的聚磺鉆井液、有機(jī)胺鉆井液、油基鉆井液及合成基鉆井液，技術(shù)發(fā)展迅速。近年來(lái)因?yàn)槿找鎳?yán)格的環(huán)保要求，油基鉆井液應(yīng)用很少，合成基鉆井液雖然環(huán)保性強(qiáng)，但是鉆井液成本高，應(yīng)用受到限制。

樊154塊位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷西南部的金家—樊家鼻狀構(gòu)造帶北部。該區(qū)塊主力含油層系為沙三中2砂組，埋深在3 000 m左右，為低孔特低滲透儲(chǔ)層。為了擴(kuò)大泄油面積，采用三開(kāi)制水平井方式鉆進(jìn)：一開(kāi)采用φ444.5 mm鉆頭鉆進(jìn)至300～310 mm，下入φ339.7 mm套管；二開(kāi)采用φ241.3 mm鉆頭開(kāi)鉆，井深約2 100～2 300 m開(kāi)始定向，鉆進(jìn)至2 900～3 000m中完，下入φ177.8 mm套管；三開(kāi)水平段采用φ152.4 mm鉆頭鉆進(jìn)至井深4 000～4 900 m完鉆，下入φ114.3 mm壓裂管柱。由于區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，再加上井身結(jié)構(gòu)的限制，前期鉆進(jìn)過(guò)程中，上部地層起下鉆遇阻及下部地層井壁穩(wěn)定和潤(rùn)滑防卡問(wèn)題突出，嚴(yán)重制約了該區(qū)塊的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。為確保該區(qū)塊水平井鉆井成功，研發(fā)了鋁胺抑制防塌鉆井液，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，機(jī)械鉆速明顯提高，鉆井周期明顯縮短，為樊154區(qū)塊安全及高效鉆井提供了有力的技術(shù)保障。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

樊154區(qū)塊自上而下鉆遇平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組和沙河街組，該區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)如下：

(1)明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營(yíng)組沉積較厚，地層以泥巖為主，蒙脫石含量高，造漿嚴(yán)重，鉆井液易造成粘土侵，導(dǎo)致鉆井液流變性難控制。

(2)沙河街組地層泥頁(yè)巖層理發(fā)育，鉆井液濾液侵入后，導(dǎo)致泥頁(yè)巖水化，造成地層坍塌壓力增加，易發(fā)生剝蝕掉片。樊154區(qū)塊平1井實(shí)鉆表明，地層垂深2 650～2 780 m含有破碎帶，井壁坍塌嚴(yán)重。

(3)施工中在沙河街組開(kāi)始定向，隨著井斜角度的增大，上井壁受到垂向支撐力逐漸減弱，進(jìn)入水平段后上井壁懸空，緊靠鉆井液液柱壓力支撐，井壁穩(wěn)定性差。特別是鉆遇破碎帶時(shí)，井壁失穩(wěn)加劇。鄰井由于在此層位發(fā)生井壁失穩(wěn)而導(dǎo)致起下鉆遇阻，被迫劃眼，延誤鉆井周期。

(4)斜井段及水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，巖屑在上返過(guò)程中在重力作用下易沉降在下井壁，形成巖屑床。特別是使用φ152.4 mm鉆頭鉆進(jìn)，受泵壓限制，排量不能達(dá)到舉升巖屑所需的環(huán)空返速，如果鉆井液體系懸浮攜帶能力差，則會(huì)導(dǎo)致起下鉆遇阻等復(fù)雜情況。

(5)由于鉆具尺寸小、柔性強(qiáng)，定向過(guò)程中鉆具緊貼下井壁運(yùn)行，和井壁接觸面積大，造成施工中摩阻和扭矩增大，導(dǎo)致鉆壓傳遞困難，產(chǎn)生托壓現(xiàn)象。巖屑床的形成，導(dǎo)致摩阻和扭矩更大，鉆井液體系的潤(rùn)滑防卡難度加大。

2 鉆井液技術(shù)思路

針對(duì)樊154區(qū)塊地層巖性和鉆井液施工難點(diǎn)，必須通過(guò)多元協(xié)同機(jī)理穩(wěn)定井壁，思路如下：

2.1 強(qiáng)抑制

針對(duì)上部易造漿地層，通過(guò)使用大分子聚合物，保證其有效含量，使之有效包被鉆屑，防止其分散；針對(duì)沙河街組泥頁(yè)巖，通過(guò)使用多種抑制劑，依靠各種抑制劑多元協(xié)同作用增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性，抑制泥頁(yè)巖表面水化，減小水化應(yīng)力，保證泥頁(yè)巖的原始強(qiáng)度，防止井壁失穩(wěn)。

2.2 嚴(yán)封堵

針對(duì)沙河街組層理性泥頁(yè)巖及破碎帶，通過(guò)在鉆井液體系中加入多種封堵劑，依靠封堵材料協(xié)同作用，使鉆井液體系在井壁上形成薄而致密的不滲透嚴(yán)封堵層，封堵層理、孔隙和微裂縫，減緩甚至隔絕鉆井液和地層之間的壓力傳遞，一則封堵地層層理和破碎帶，減緩鉆井液濾液對(duì)地層的侵入，防止井壁失穩(wěn)；二則有效發(fā)揮鉆井液液柱壓力對(duì)井壁的物理支撐作用。

2.3 合理密度支撐

由力學(xué)因素引起的井壁失穩(wěn)，必須通過(guò)力學(xué)支撐才能平衡。根據(jù)該區(qū)塊已完成的鉆井實(shí)測(cè)地層壓力情況，確定合理的鉆井液密度，在沙河街組鉆進(jìn)時(shí)，保證對(duì)地層的正壓差，通過(guò)鉆井液液柱徑向支撐平衡地層坍塌壓力，防止井壁坍塌。

2.4 合理調(diào)控流變性

上部地層施工時(shí)，保持鉆井液的低粘和低切，提高機(jī)械鉆速，適當(dāng)沖刷井壁，防止井壁縮徑。沙河街組鉆進(jìn)時(shí)，調(diào)整好鉆井液體系的流變性，使鉆井液具有合適的粘度和切力，一則防止鉆井液粘切過(guò)低沖刷井壁引發(fā)井壁失穩(wěn)；二則防止鉆井液粘切過(guò)高產(chǎn)生過(guò)大的環(huán)空壓耗而導(dǎo)致激動(dòng)壓力大，從而誘發(fā)井壁失穩(wěn)。

3 鉆井液體系的研究

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)大位移井及水平井鉆井液施工經(jīng)驗(yàn)[1-5]，結(jié)合該區(qū)塊已完成的鉆井鉆井液使用情況，針對(duì)樊154區(qū)塊地層巖性特點(diǎn)及鉆井液技術(shù)思路，經(jīng)過(guò)處理劑優(yōu)選及性能優(yōu)化，研發(fā)了鋁胺抑制防塌鉆井液體系，配方如下：

(3.0～5.0)%膨潤(rùn)土+(0.3～0.6)%聚丙烯酸鉀KPAM+(1.0～2.0)%鋁絡(luò)合物抑制劑+(0.5～1.0)% 有機(jī)胺抑制劑+(2.0～3.0)%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+(3.0～5.0)% 磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1+(0.5～1.0)%非滲透成膜封堵劑+(5.0～7.0)% 低熒光瀝青防塌劑HQ-1+(2.0～3.0)%超細(xì)碳酸鈣+(8～10)%原油+(0.4～0.8)%乳化劑SP-80。

該體系的特點(diǎn)是抑制性強(qiáng)、 封堵性好，具有良好的潤(rùn)滑性。體系中的有機(jī)胺通過(guò)晶層鑲嵌深入粘土顆粒的晶層內(nèi)部，把晶層緊密結(jié)合在一起，防止晶層水化[6]；體系中的鋁絡(luò)合物抑制劑通過(guò)化學(xué)鍵合方式，鋁絡(luò)合物中Al-鍵和粘土顆粒的Al-鍵及Si-鍵結(jié)合，形成牢固的化學(xué)鍵，穩(wěn)定井壁[7]；體系中的低熒光瀝青防塌劑和非滲透成膜封堵劑共同作用，通過(guò)軟化點(diǎn)和膜封堵機(jī)理，封堵地層微裂縫及孔隙，防止濾液侵入，穩(wěn)定井壁[8]。

3.1 抑制性能評(píng)價(jià)

3.1.1 抑制巖心膨脹實(shí)驗(yàn)

采用膨潤(rùn)土壓制巖心，通過(guò)頁(yè)巖膨脹高度實(shí)驗(yàn)對(duì)鋁胺抑制防塌鉆井液體系的抑制性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抑制性能評(píng)價(jià)Table 1 Inhibition of performance evaluation

由表1看出，和普通聚磺鉆井液體系相比，鋁胺抑制防塌鉆井液體系抑制頁(yè)巖膨脹高度的能力強(qiáng)，說(shuō)明鋁胺抑制防塌鉆井液體系抑制性好。

3.1.2 抑制巖屑分散實(shí)驗(yàn)

采用巖屑回收率實(shí)驗(yàn)，考察了鋁胺抑制防塌鉆井液體系抑制巖屑分散的能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2看出，由于采取了二元抑制措施，鋁胺抑制防塌鉆井液體系巖屑回收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通聚磺鉆井液體系，說(shuō)明鋁胺抑制防塌鉆井液體系抑制巖屑分散的能力強(qiáng)。

表2 抑制巖屑分散實(shí)驗(yàn)Table 2 Inhibition of cuttings dispersion experiment

3.2 封堵性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)采用直徑為40目～60目的石英砂作為過(guò)濾介質(zhì)，加入配制好的鉆井液，固定后加壓0.69 MPa，檢驗(yàn)鉆井液的封堵能力。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 封堵性能評(píng)價(jià)Table 3 Formation sealing property evaluation

由表3看出，鋁胺抑制防塌鉆井液體系侵入砂床的深度明顯低于普通聚磺鉆井液體系，并且15 min和60 min侵入砂床的深度相差不大，說(shuō)明鋁胺抑制防塌鉆井液體系在壓力下，能夠形成承壓封堵帶，從而起到穩(wěn)定井壁的作用。

3.3 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

采用粘滯系數(shù)測(cè)定儀和高溫高壓粘附儀評(píng)價(jià)鋁胺抑制防塌鉆井液體系的潤(rùn)滑性，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)Table 4 Lubricity evaluation of drilling fluid

由表4看出，和普通聚磺鉆井液體系相比，鋁胺抑制防塌鉆井液潤(rùn)滑性好，能夠降低施工中產(chǎn)生的摩阻和扭矩，保證定向施工順暢。

4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液施工工藝

4.1 二開(kāi)施工工藝

(1)二開(kāi)小循環(huán)開(kāi)鉆，鉆進(jìn)80 m后改為大循環(huán)，防止沖刷套管斜，防止復(fù)雜事故發(fā)生。

(2)定向前50 m改為小循環(huán)，逐漸加入各種處理劑調(diào)整鉆井液性能。鉆進(jìn)中補(bǔ)充聚合物膠液，根據(jù)機(jī)械鉆速?zèng)Q定聚合物大分子的含量，保證聚合物能夠有效包被并絮凝鉆屑，防止其分散。

(3)保證有機(jī)胺的含量在1.0%,以抑制粘土礦物的水化膨脹。

(4)適當(dāng)控制濾失量，定向后中壓濾失量控制在7～8 mL，使鉆井液適當(dāng)沖刷井壁，保持井眼暢通；中完前，中壓濾失量降低至5 mL，減輕地層的水化。

(5)開(kāi)動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，控制鉆井液的低粘、低切及低固相，漏斗粘度控制在45 Pa·s左右，以提高機(jī)械鉆速。

(6)定向后，加入5%原油、0.5%乳化劑，同時(shí)提高鉆井液pH值至10以上，使原油能夠充分分散在鉆井液中，并和鉆井液形成性能穩(wěn)定的乳濁液，降低施工中的摩阻和扭矩，保證鉆井液體系的潤(rùn)滑性。隨著斜井段的增長(zhǎng)逐漸補(bǔ)充原油，保證定向順暢。

(7)工程配合措施，盡量采用滑動(dòng)鉆進(jìn)和滾動(dòng)鉆進(jìn)復(fù)合方式施工，防止巖屑床形成；定期進(jìn)行短程起下鉆，短起下鉆井段超過(guò)所鉆井段長(zhǎng)度，刮掉粘附在井壁上的虛厚泥餅，同時(shí)攪動(dòng)巖屑床，凈化井眼。

(8)中完后，開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，充分循環(huán)，同時(shí)配制稠漿洗井，凈化井眼，待振動(dòng)篩無(wú)返砂后，用2%潤(rùn)滑劑和1.5%降濾失劑配制封井漿封井，保證后續(xù)工作順利。

4.2 三開(kāi)施工工藝

(1)鉆井液預(yù)處理。開(kāi)鉆前在套管內(nèi)凈化二開(kāi)井漿，開(kāi)動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，除去鉆井液中的劣質(zhì)固相含量，然后按照配方低限加入各種處理劑，充分循環(huán)，待性能穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)鉆。

(2)鉆井液密度控制在設(shè)計(jì)上限，并根據(jù)實(shí)鉆情況及錄井地層壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整，依靠鉆井液夜柱壓力徑向支撐平衡地層坍塌壓力，保持井壁穩(wěn)定。

(3)鉆井液漏斗粘度控制在55～60 Pa·s，動(dòng)塑比控制在0.5左右，降低鉆井液環(huán)空壓耗，使鉆井液在環(huán)空呈平板型層流，保持鉆井液具有良好懸浮攜帶能力，防止沖刷井壁。

(4)使用抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT和磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1，中壓濾失量控制在3 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在12 mL以內(nèi)，防止地層泥頁(yè)巖水化膨脹。

(5)加入1.0%非滲透成膜封堵劑、3%低熒光瀝青防塌劑HQ-1和2%超細(xì)碳酸鈣，使鉆井液能夠在井壁上形成薄而致密的泥餅，對(duì)地層層理及破碎帶形成有效封堵。

(6)使用1.0%鋁絡(luò)合物抑制劑和0.5%有機(jī)胺，增強(qiáng)鉆井液的抑制性，抑制地層的水化。

(7)保持原油含量在8%以上，并以少量多次的方式逐漸補(bǔ)充，增強(qiáng)鉆井液體系的潤(rùn)滑性，使定向傳壓順暢，防止拖壓現(xiàn)象產(chǎn)生。

(8)工程上每鉆進(jìn)100 m～150 m進(jìn)行短起下鉆，攪動(dòng)巖屑床并暢通井眼，下鉆到底后充分循環(huán)，適當(dāng)增加排量，提高鉆井液環(huán)空上返速度，凈化井眼。

(9)完鉆后進(jìn)行短起下鉆，下鉆到底后使用稠漿凈化井眼，待振動(dòng)篩無(wú)返砂后，用2%塑料小球和2%石墨潤(rùn)滑劑封井，保證后續(xù)作業(yè)順利。

5 應(yīng)用效果

鋁胺抑制防塌鉆井液在樊154區(qū)塊施工4口井，體系應(yīng)用前后效果見(jiàn)表5。

表5 體系應(yīng)用前后效果對(duì)比Table 4 The comparison of application effect about drilling fluid

應(yīng)用效果表明，鋁胺抑制防塌鉆井液抑制性強(qiáng)，封堵性能好，不但能夠抑制泥頁(yè)巖的水化膨脹分散，而且能夠封堵地層層理、微裂縫和破碎帶，鉆進(jìn)過(guò)程中井壁穩(wěn)定，井下安全，定向過(guò)程中傳壓順暢，無(wú)拖壓現(xiàn)象，有效預(yù)防復(fù)雜情況的發(fā)生。應(yīng)用鋁胺抑制防塌鉆井液施工后，平均鉆井周期縮短了7.2%，機(jī)械鉆速提高了14.1%，電測(cè)成功率100%，平均井徑擴(kuò)大率明顯減小，施工中無(wú)復(fù)雜事故發(fā)生，為樊154區(qū)塊安全、快速、高效鉆井提供了有力的技術(shù)保障。

6 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1)鋁胺抑制防塌鉆井液體系抑制性強(qiáng)，封堵性好，適應(yīng)樊154區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)，解決了樊154區(qū)塊鉆井過(guò)程中存在的起下鉆遇阻、井壁失穩(wěn)及潤(rùn)滑防卡的難題，保證了工程順利施工，給鄰近區(qū)塊的鉆井施工提供了詳實(shí)的技術(shù)參數(shù)。

(2)有機(jī)胺的加量不易過(guò)高，以1%為最好，如果加量過(guò)多，鉆井液的抑制性過(guò)強(qiáng)，不利于鉆井液的造壁性和封堵性，也不利于鉆井液對(duì)巖屑的懸浮攜帶。

(3)沙河街組地層層理發(fā)育，并且含有地層破碎帶，必須強(qiáng)化鉆井液體系的封堵性，使鉆井液體系在井壁上形成不滲透封堵層，封堵地層層理、裂縫和破碎帶，同時(shí)保證鉆井液液柱對(duì)地層的正壓差，這樣才能實(shí)現(xiàn)井壁穩(wěn)定。

(4)小井眼水平井鉆進(jìn)過(guò)程中必須控制鉆井液的粘度和切力，在保證鉆井液具有懸浮攜帶能力的情況下，最大可能降低鉆井液的環(huán)空壓耗，防止環(huán)空壓耗過(guò)大造成復(fù)雜情況。

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(責(zé)任編輯：張英健)

Drilling Fluid Technology of Horizontal Well in Fan 154 Block

QIU Chunyang, ZHAO Hongxiang, ZHANG Haiqing

(Drilling Engineer & Technology Corporation, Shengli Petroleum Engineering Corporation Limited of SINOPEC,Dongying Shandong 257064, China)

In order to increase the success rate of drilling horizontal well in Fan 154 block, aluminium and amine inhibition and anti-caving drilling fluid was researched and developed. The evaluation experiment showed that the drilling fluid had high inhibition capability, good formation sealing performance and lubrication property. The drilling fluid was applied in Fan 154 block and the application effect was very good. These wells were drilled smoothly, ROP was increased and drilling period was shortened. Consequently, it provided technological support to drill wells with safety and high efficiency in Fan 154 block.

Fan 154 block; borehole instability; faulted formation; slim hole; aluminium and amine

2014-01-20

邱春陽(yáng)(1978-)，男，遼寧鐵嶺人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)殂@井液體系和技術(shù)服務(wù)。

TE254.3

A

1671-5322(2014)03-0067-05