邱春陽，司賢群，王興勝，劉學(xué)明，王寶田，何興華

中國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 257064）

董7井是中國石化集團公司在準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷阜康凹陷東部北斜坡所部署的一口重點預(yù)探井，鉆探目的是了解董7井區(qū)侏羅系含油氣情況。該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，施工過程中復(fù)雜情況頻發(fā)，董1井鉆至井深4 871.76m發(fā)生井涌，壓井成功后粘卡頻繁，嚴(yán)重影響正常施工，被迫提前下入Ф177.8mm技術(shù)套管。董3井鉆至井深5 351.00m發(fā)生溢流，壓井過程中發(fā)生井漏，導(dǎo)致鉆具被卡，最后填井側(cè)鉆，損失了大量的人力和物力，嚴(yán)重制約了該區(qū)塊的勘探開發(fā)進程。通過使用鋁胺鉆井液體系，針對不同地層特點調(diào)整處理劑配方，形成了適合不同井段的鉆井液體系，順利鉆進至目的層，完成了設(shè)計目的和地質(zhì)任務(wù)，為該區(qū)塊進一步勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

董7井鉆遇地層較多，自上而下為新近系、古近系、東溝組、連木沁+勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組、西山窯組和三工河組。設(shè)計井深5 140m，完鉆井深5 405m，一開Ф444.5mm鉆頭×1 522.00m+Ф339.7mm 表套×1 500.25m；二開 311.2 mm 鉆頭×3 940.00m+Ф244.5mm 套管×3 917.37m；三開Ф215.9mm鉆頭鉆至5 405.00m，達到了地質(zhì)勘探目的，順利完鉆。

1 鉆井液施工難點

1）連木沁-勝金口組以上地層巖性為棕紅色、紫紅色、紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖與紫紅色、棕紅色粉砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖不等厚互層，泥巖水敏性強，水化后膨脹分散嚴(yán)重，易造成縮徑卡鉆和泥包鉆頭等復(fù)雜情況。

2）二開地層欠壓實，鉆速快，使用Ф311.2mm鉆頭鉆進產(chǎn)屑量大，鉆井液環(huán)空返速低，巖屑易粘附在井壁上形成虛厚泥餅，造成起下鉆阻卡。

3）中生界地層埋藏較深，成巖性好但性脆，砂泥巖互層，鉆進時易發(fā)生應(yīng)力性垮塌；頭屯河組主要為灰色砂泥巖，西山窯組為深灰色泥巖、煤層和碳質(zhì)泥巖，地層穩(wěn)定性差，施工中容易發(fā)生煤層垮塌掉塊。

4）地質(zhì)預(yù)報，三工河組含高壓鹽水層，鹽水的侵入使得鉆井液流變性變差，惡化鉆井液性能。為了壓穩(wěn)鹽水層，必須使用高密度鉆井液施工，高密度鉆井液的流變性調(diào)控難度更大。

5）井底溫度高，達到150℃，高溫下，鉆井液處理劑降解；配漿土失去活性；高密度鉆井液會發(fā)生增稠乃至固化現(xiàn)象，施工難度加大。

2 鉆井液體系的選擇

通過調(diào)研國內(nèi)煤層[1～2]、深井及超深井[3～8]鉆井液使用情況，結(jié)合鄰井鉆井液施工經(jīng)驗，針對該井地層巖性特點及施工難點，經(jīng)過處理劑優(yōu)選及性能優(yōu)化，確定使用具有抑制和防塌作用的鋁胺鉆井液體系，針對地層特點，調(diào)節(jié)各種處理劑的加量，形成了不同地層的鉆井液體系配方。其中二開主要以抑制地層泥頁巖水化為主，使用鋁胺強抑制鉆井液體系；三開主要以封堵煤層及砂泥互層為主，故使用鋁胺封堵防塌鉆井液體系。

二開鋁胺強抑制鉆井液基本配方：

（5.0～7.0）%膨潤土+（0.4～0.8）%聚丙烯酰胺PAM+（0.5～1.0）%有機胺 WAN-1+（1.0～2.0）% 羥基鋁抑制防塌劑JFT-1+（1.0～2.5）%無水聚合醇WJH-1+（2.0～3.0）%低熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1+（2.0～3.0）%超細(xì)碳酸鈣+（2.0～3.0）%聚合物降濾失劑JZA-1+（2～3）%抗鹽抗鈣降濾失劑 JZC-1。

三開鋁胺防塌鉆井液基本配方：

（4～7）%膨潤土+（0.3～0.5）%聚丙烯酰胺 PAM+（1.0～1.5）%磺酸鹽共聚物降濾失劑 DSP-2+（0.5～1.0）%有機胺 WAN-1+（1.0～2.0）% 羥基鋁抑制防塌劑 JFT-1+（2.0～3.5）%無水聚合醇 WJH-1+（3.0～5.0）%低熒光井壁穩(wěn)定劑 HQ-1+（2.0～3.0）%超細(xì)碳酸鈣+（1.0～2.0）%雙膜承壓劑+（3.0～4.0）%磺化酚醛樹脂SMP-2+（2.0～3.0）%抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1。

3 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

3.1 一開（0～1 522m）鉆井液技術(shù)

1）配制6%膨潤土漿，預(yù)水化24h，加入0.5%低黏羧甲基纖維素LV-CMC，充分循環(huán)，性能穩(wěn)定后開鉆，鉆進中不斷補充6%膨潤土漿，保證鉆井液體系的懸浮攜帶能力。

2）鉆進中均勻加入PAM膠液，保證PAM有效含量在0.6%以上，使之充分包被絮凝鉆屑，防止巖屑分散。

3）1 000m后，向鉆井液中逐漸加入2%聚合物降濾失劑，將中壓濾失量逐漸降低到8mL，適當(dāng)降低井壁的水化趨勢。

4）鉆進中開啟4級固控設(shè)備，保證鉆井液低黏、低切及低固相含量。密度控制在1.15g/cm3以內(nèi)。開動雙泵，釋放鉆頭水馬力，提高鉆井液環(huán)空返速，提高井眼凈化效率，提高機械鉆速。

5）中完后充分循環(huán)，待振動篩無返砂后，用HV-CMC和聚合物降濾失劑配制80s以上的稠漿封井，保證下套管順利。

3.2 二開（1 522～3 940m）鉆井液技術(shù)

1）開鉆前，利用固控設(shè)備凈化一開井漿，然后補充6%膨潤土漿，待鉆井液體積達到設(shè)計要求后，按照順序加入 2%JZA-1、1.5%JZC-1、2%HQ-1、2%超細(xì)碳酸鈣、2%WJH-1、1.0%JFT-1、0.4%PAM 后循環(huán)均勻，然后加入0.5%有機胺WAN-1，循環(huán)均勻后開鉆。

2）利用膠液維護鉆井液性能,上部地層(3 000m)膠液以抑制泥巖水化為主，配方：0.5%PAM+1%WAN-1+1%JFT-1+1.0%WJH-1+1.0%JZA-1；下部地層以適當(dāng)抑制及封堵為主，配方為：0.4%PAM+0.5%WAN-1+0.5%JFT-1+2.0%WJH-1+2.0%JZA-1+3%JZC-1。

3）進入呼圖壁組前，一次性加入3%低熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1和2.5%超細(xì)碳酸鈣，調(diào)整顆粒級配，使之形成良好泥餅，有效封堵地層，增加上部地層的承壓能力，同時防止下部硬脆性泥頁巖坍塌。

4）密度控制。開鉆后鉆井液密度控制在設(shè)計下限，鉆進過程中根據(jù)實鉆情況及地層壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)適時調(diào)整；進入呼圖壁組后，鉆井液密度控制在設(shè)計上限，保證裸眼段井壁穩(wěn)定。

5）流變性控制。3 000m前，強化固控設(shè)備使用，保持鉆井液低黏、低切和低固相含量，中壓濾失量控制在6～7mL，大排量鉆進，適當(dāng)沖刷井壁，防止縮徑。3 000m后，提高鉆井液粘切，中壓濾失量控制在5mL以內(nèi)，降低排量，提高體系的護壁封堵性能。鉆井液性能控制見表1。

6）工程措施。每鉆進200～300m短起下鉆一次，刮掉粘附在井壁上的鉆屑和虛厚泥餅。下鉆到底后充分循環(huán)，適當(dāng)提高排量，提高井眼凈化效率。

7）中完措施。中完后，充分循環(huán)，待振動篩無返砂后，用2%WJH-1、1.0%JFT-1和2%HQ-1配制30m3封井漿封住下部井段，保證電測順利；下套管前，用2%塑料小球和0.5%JFT-1配制30m3封井漿封井，套管順利下到底。

3.3 三開（3 940～5 405m）鉆井液技術(shù)

1）開鉆前，在套管內(nèi)將二開鉆井液進行凈化，然后加入 1.0%DSP-2、0.5%JFT-1、2%WJH-1、3%HQ-1、2%超細(xì)碳酸鈣、3%SMP-2、1.0%雙膜承壓劑和2%JZC-1，循環(huán)均勻，性能穩(wěn)定后開鉆。

表1 二開井段鉆井液性能控制情況

2）鉆進過程中加入高濃度膠液維護鉆井液性能，膠液配方：0.2%NaOH+0.2%PAM+1%DSP-2+6%HQ-1+8%SMP-2+1.0%JFT-1+1%WAN-1，膠液量多少依據(jù)地層滲透量和固控設(shè)備損耗量來決定，防止膠液量加入過多引起鉆井液性能波動。

3）流變性的控制。①根據(jù)密度大小控制膨潤土含量，使鉆井液在保持良好流變性的同時具有一定的懸浮能力，防止重晶石“垂沉”；②優(yōu)選加重劑，保證重晶石粉的密度大于4.1g/cm3，嚴(yán)格控制重晶石粉中粘土的含量，以免鉆井液體系陷入 “增黏-降黏-增黏”的惡性循環(huán)；③鉆遇高壓鹽水層時，增加磺化酚醛樹脂SMP-2和抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1的含量，增加體系的抗鹽能力；④鉆井液粘切增大時，適當(dāng)加入抗高溫降黏劑，使體系具有良好的流變性；⑤合理使用固控設(shè)備，振動篩、除砂器和除泥器的使用率達到100%，合理使用離心機，除去鉆井液中的劣質(zhì)固相。

4）井壁穩(wěn)定措施。①控制鉆井液密度在設(shè)計上限，特別是鉆遇煤層及高壓鹽水層時，必須保證對地層的正壓差，防止煤層坍塌及體系受鹽水污染；②進入西山窯組之前，一次性加入2%HQ-1、3%超細(xì)碳酸鈣、0.5%WAN-1，3%JFT-1和1%雙膜承壓劑，增加體系的封堵防塌能力。

5）防卡措施。①鉆進過程中有掉塊，適當(dāng)增加鉆井液粘切，提高體系的懸浮攜帶能力；②進入高壓鹽水層后，鉆井液密度提高幅度很大，為了防止粘附卡鉆，向鉆井液中加入2%無水聚合醇WJH-1，增加體系的潤滑性能。

6）完井措施。完鉆后，充分循環(huán)，徹底凈化井眼，待振動篩上無返砂后，配制封井漿封井。封井漿配方：40m3井漿+1%羥基鋁抑制防塌劑JFT-1+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+2%無水聚合醇WJH-1，保證電測順利到底。電測后，充分循環(huán)，確定井眼凈化后，配制30m3封井漿，配方：井漿+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+1%無水聚合醇WJH-1+1.5%塑料小球，下套管一次到底。

7）三開井段鉆井液性能控制情況如表2中所示。

4 復(fù)雜情況處理

4.1 三開井段劃眼

三開鉆進至4 054m時進行短起下鉆作業(yè)，下鉆至3 994m遇阻劃眼，其后每次無論是短起下鉆或長起下鉆都遇阻。鉆進至5 226m時，共計劃眼14次，每次需要劃眼1～2根，現(xiàn)場專家組認(rèn)為產(chǎn)生掉塊是由以下原因造成的。

鉆進過程中沒有掉塊，但是停鉆后產(chǎn)生掉塊，是典型地應(yīng)力釋放的體現(xiàn)。使用的鉆井液密度在循環(huán)時能夠平衡地層應(yīng)力，沒有掉塊。停鉆后，鉆井液靜密度不能平衡地層應(yīng)力，造成井壁坍塌。建議對鉆井液進行調(diào)整。①評價體系的抑制性；②評價體系的濾失造壁性。

表2 三開井段鉆井液性能控制情況

現(xiàn)場取井下掉塊，經(jīng)過巖屑回收率實驗得知，體系的巖屑回收率為94.5%，高溫高壓濾失量為10.4mL，30min砂床濾失實驗濾失量為0，侵入深度為0.8cm。實驗結(jié)果說明體系的抑制性和封堵性足夠強。在鉆井液密度不能調(diào)整的情況下建議從以下方面進行調(diào)控：第一，進一步強化抑制性；第二，加強封堵；第三，進一步降低體系的高溫高壓濾失量；第四，如果以上措施效果不明顯，申請?zhí)岣咩@井液密度。

現(xiàn)場處理過程如下：①每次鉆進過程中加入0.5%羥基鋁抑制防塌劑、0.5%有機胺、1%SMP-1和1%低熒光井壁穩(wěn)定劑，提高鉆井液的抑制性和封堵防塌能力；②每次起鉆前封井，用SMP-2、HQ-1和DSP-2封井，提高鉆井液體系的懸浮及封堵能力。

現(xiàn)場處理效果：經(jīng)過以上處理后，效果不明顯，每次下鉆到底后依然有掉塊。經(jīng)甲方批準(zhǔn)，提高鉆井液密度至1.56g/cm3，掉塊現(xiàn)象逐漸得到遏制，沒有復(fù)雜情況發(fā)生。處理前后鉆井液性能如下表3中所示。

4.2 鉆遇高壓鹽水層

鉆進至5 312.88m時，發(fā)現(xiàn)鉆井液量增長1.6m3，停泵觀察，井口無外溢現(xiàn)象。開泵循環(huán)，鉆井液量又增長0.8m3，停泵觀察，井口無外溢。繼續(xù)循環(huán)，鉆井液量增長0.8m3，停泵觀察，井口外溢，關(guān)井，套壓和立壓為16MPa。

根據(jù)套壓和立壓計算，用1.82g/cm3鉆井液壓井，注入壓井液36m3，點火放噴，火焰高度0.5～1m，注入壓井液137m3，排放鹽水40m3，鹽水密度1.04～1.10g/cm3，繼續(xù)泵入壓井液260m3，返出鉆井液密度為1.72g/cm3，套壓和立壓降低到零，關(guān)井觀察，立壓5MPa，套壓7.5MPa，第一次壓井失敗。

根據(jù)第一次立壓值及上次壓井液密度，決定用1.97g/cm3壓井液進行第二次壓井。準(zhǔn)備壓井液360m3，泵入壓井液254m3，壓井成功，入口鉆井液密度1.97g/cm3，出口鉆井液密度1.90g/cm3，井口無外溢，壓井成功，逐漸將鉆井液密度提高到2.0g/cm3后正常鉆進。鉆遇高壓鹽水層前后鉆井液性能見表4。

5 應(yīng)用效果

1）鋁胺強抑制鉆井液體系解決了二開地層易造漿水化的難題，二開鉆進過程中井壁穩(wěn)定，井下安全；下套管一次到底；電測一次成功，滿足了鉆井工程的要求。

2）鋁胺防塌鉆井液體系解決了侏羅系煤層及泥煤互層井壁失穩(wěn)的難題，三開鉆進過程中雖然由于地應(yīng)力作用導(dǎo)致井壁略有掉塊，但是平均井徑擴大率為14.17%，滿足了勘探的要求（＜15%）；后期電測，下套管一次到底。

3）三開雖然鉆遇高壓鹽水層，但是鋁胺防塌鉆井液體系抗鹽能力強，鉆遇鹽水層時性能穩(wěn)定，后期高密度鉆井液體系施工中井眼暢通，井下安全，無粘卡事故發(fā)生。

4）鋁胺強抑制鉆井液體系解決了二開大井眼、長裸眼井段的攜巖問題，二開井段井眼凈化效果好，滿足了工程優(yōu)快鉆井的要求。三開井段雖然發(fā)生掉塊，但是每次鉆井液體系都能將掉塊攜帶出，并且掉塊棱角分明，未引發(fā)復(fù)雜情況。

5）同該區(qū)塊其它井相比，董7井井身質(zhì)量最好，詳細(xì)情況見表5。

6 結(jié)論和建議

1）使用鋁胺強抑制鉆井液和鋁胺防塌鉆井液體系，保證了工程的順利施工，解決了二開長裸眼及三開侏羅系井壁失穩(wěn)的難題。

表3 處理前后鉆井液性能

表4 鹽水層處理前后鉆井液性能變化

表5 鄰井井身質(zhì)量情況

2）上部地層泥巖水敏性強，必須強化鉆井液體系的抑制性，鉆進過程中加入足量大分子聚合物，抑制泥頁巖水化膨脹，保證井壁穩(wěn)定。

3）侏羅系地層地應(yīng)力作用明顯，易導(dǎo)致井壁坍塌，鉆進中必須提前控制合適的鉆井液密度，強化鉆井液體系的封堵性，保證鉆井液體系具有良好的流變性和濾失造壁性，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

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