羅劍波，王 鵬

（中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆輪臺(tái)841600）

順南區(qū)塊是中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊。已完鉆井有順南1、順南2、順南3、順4和順南5井。依據(jù)已完鉆井情況來(lái)看，常規(guī)聚合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系不能很好地解決三疊系、二疊系、奧陶系卻爾卻克組大段泥巖水化膨脹造成的井下復(fù)雜難題。在以上復(fù)雜地層實(shí)鉆過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)井壁失穩(wěn)掉塊、阻卡、長(zhǎng)時(shí)間通井劃眼等復(fù)雜。針對(duì)以上難點(diǎn)，研究和開(kāi)發(fā)了抑制能力更強(qiáng)的鉀胺基鉆井液體系，從順南區(qū)塊使用情況來(lái)看，較好地解決了二疊系、奧陶系卻爾卻克組井壁失穩(wěn)問(wèn)題，未發(fā)生卡鉆等井下復(fù)雜問(wèn)題，提高了勘探開(kāi)發(fā)效率。

1 工程地質(zhì)概況

順南區(qū)塊鉆遇地層自上而下依次為第四系、新近—古近系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系等多套地層。井身結(jié)構(gòu)為五級(jí)井身結(jié)構(gòu)：?660.4mm鉆頭×508mm套管×400m+?444.5mm鉆頭×339.7mm套管×3700m+?311.2mm 鉆 頭 ×244.5mm 套 管 ×6300m+?215.9mm鉆頭×177.8mm套管×6900m+?149.2mm鉆頭×裸眼完井×7300m。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

針對(duì)順南復(fù)雜地層特征，鉀胺基鉆井液體系應(yīng)有強(qiáng)抑制性，在高溫高密度下仍具有良好的流變、抗溫穩(wěn)定性、低濾失性和潤(rùn)滑性等特點(diǎn)，以期避免盡量減少鉆井復(fù)雜事故的發(fā)生，達(dá)到安全、快速、優(yōu)快鉆井的目的，在室內(nèi)進(jìn)行了鉀胺基鉆井液體系能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。鉀胺基鉆井液體系基礎(chǔ)配方：3.5%膨潤(rùn)土+0.3%純堿+0.2%燒堿+0.4%聚丙烯酸鉀+1.0%水解聚丙烯腈銨鹽+3%KCl+1.0%聚胺+0.4%金屬離子聚合物+2%SMP-Ⅱ+2%SPNH+2%瀝青。

2.1 粘土污染實(shí)驗(yàn)

粘土在鉆井液中分散后會(huì)引起鉆井液粘度、切力增加，粘土污染能嚴(yán)重影響鉆井液流變性，為滿足該體系在不同粘土含量復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下應(yīng)用，進(jìn)行了抗粘土污染實(shí)驗(yàn)[1]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。測(cè)試條件為在1200℃溫度下熱滾12h。

實(shí)驗(yàn)顯示：隨著粘土量的增加，熱滾回收前后鉆井液粘度、切力、濾失量等變化不大，說(shuō)明鉀胺基聚合物鉆井液具有較好的抗粘土污染能力。

2.2 泥巖回收率實(shí)驗(yàn)

對(duì)取自順南區(qū)塊二疊系和奧陶系卻爾卻克組的泥巖鉆屑分別放入清水、設(shè)計(jì)的鉆井液體系和加入不同量聚胺抑制劑后的鉆井液體系中進(jìn)行滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)和泥頁(yè)巖膨脹率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1（二疊系、奧陶系卻爾卻克組鉆屑滾動(dòng)回收率試驗(yàn)條件分別為在90℃、150℃溫度下熱滾12h），其中，設(shè)計(jì)配方為4%土漿+0.3%KPAM+3.0%SMP-2+3.0%SPNH+2.5%～6%瀝青+2%SYP-1+3%KCl，優(yōu)化配方1為設(shè)計(jì)配方+0.5%XJA-1；優(yōu)化配方2為設(shè)計(jì)配方+1.0%XJA-1；優(yōu)化配方3為設(shè)計(jì)配方+1.5%XJA-1。

表1 粘土污染評(píng)價(jià)表

圖1 鉆屑滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，加入聚胺后鉆屑回收率較沒(méi)有加聚胺體系的回收率明顯升高，說(shuō)明體系抑制性明顯增強(qiáng)，體系鉆井液加入1%聚胺較加入1.5%聚胺回收率略低，說(shuō)明設(shè)計(jì)的鉆井液體系加入聚胺抑制劑后體系抑制性顯著提高[2-3]，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)綜合考慮來(lái)說(shuō)，聚胺加量為1%是合適的。通過(guò)上面一系列的抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在順南區(qū)塊的鉀胺基鉆井液體系能明顯地提高鉆井液的抑制性。

2.3 高溫穩(wěn)定性

順南區(qū)塊深部井段地層溫度高，為確定該配方在高溫條件下的抗溫穩(wěn)定性，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)調(diào)整配方中SMP-2、SPNH 加量，確定最佳加量（見(jiàn)表2），配方5能滿足體系抗溫穩(wěn)定要求。

表2 抗溫性能評(píng)價(jià)表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 順南區(qū)塊鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

（1）二開(kāi)井眼?444.5mm，井眼尺寸大，井段長(zhǎng)，泥漿總量大。砂泥巖互層段較多，滲透性強(qiáng)，泥漿消耗量大，砂巖段易形成虛厚泥餅，要求強(qiáng)化屏蔽暫堵技術(shù)，屏蔽暫堵技術(shù)貫穿全井段。

（2）三疊系、二疊系上部存在大段棕紅色泥巖，地層造漿嚴(yán)重，抑制性控制不好，極易造成鉆井液流動(dòng)性變差，而且泥巖易水化膨脹產(chǎn)生掉塊垮塌，使井下變得異常復(fù)雜。

（3）奧陶系卻爾卻克組大段泥巖發(fā)育，泥巖分散性強(qiáng)，且層理、孔隙發(fā)育，鉆井液濾液侵入地層后，易破壞巖石力學(xué)平衡，會(huì)導(dǎo)致泥巖剝落掉塊，造成井壁失穩(wěn)，抑制、封堵防塌工作顯得尤為重要。

（4）井溫梯度大，2.3℃/100m，深井段地層溫度高，順南501井測(cè)井測(cè)得170℃/6890m?？垢邷靥幚韯﹥?yōu)選，對(duì)泥漿高溫穩(wěn)定性提出很大挑戰(zhàn)。

3.2 鉆井液維護(hù)處理工藝

3.2.1 一開(kāi)井段（20～400m）

該開(kāi)次使用聚合物鉆井液體系,地層以粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖發(fā)育為主，成巖性差，井壁不穩(wěn)定，以高坂含泥漿鉆井。淡水配制坂土漿200m3以上[膨潤(rùn)土∶純堿∶水為（70～80）∶（2～3）∶1000]，預(yù)水化24h以上。

（1）一開(kāi)井段補(bǔ)充高粘羧甲基纖維素鈉，保持鉆井液粘度在60～80s，導(dǎo)管鞋處粘度80s，排量30L/s,鉆壓1～2t吊打。出導(dǎo)管鞋100m后恢復(fù)至排量70L/s。

（2）四級(jí)固控設(shè)備使用率100%，振動(dòng)篩篩布100目為主，保持鉆井液密度不高于1.12g/cm3，嚴(yán)控自然密度上升。

（3）鉆完進(jìn)尺后必須帶660mm扶正器通井，修復(fù)井壁，確保508mm大套管順利下入。

一開(kāi)井眼大，滲透量大，起下鉆和下套管時(shí)連續(xù)灌漿，防止井壁垮塌。

3.2.2 二開(kāi)井段

二開(kāi)井段鉆井液以“強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵”為主，屏蔽暫堵貫穿二開(kāi)全井段。

（1）鉀胺基鉆井液轉(zhuǎn)型。鉀胺基體系轉(zhuǎn)型宜早不宜遲。井深1000m左右開(kāi)始轉(zhuǎn)型工作。轉(zhuǎn)型前優(yōu)選轉(zhuǎn)型配方，維持鉆井液中KCl的有效含量3%以上，利用K+的鑲嵌固定作用抑制泥巖水化膨脹。保持大分子聚合物K-PAM或P++的含量不低于0.3%，進(jìn)一步增強(qiáng)體系的抑制性。

鉀胺基鉆井液體系轉(zhuǎn)型重點(diǎn)注意事項(xiàng)：

①轉(zhuǎn)型時(shí)間及膨潤(rùn)土含量控制。一開(kāi)中完后制定出轉(zhuǎn)型配方，對(duì)基漿性能調(diào)整，控制膨潤(rùn)土含量不高于30g/L。

②提前護(hù)膠。加入KCl前做好護(hù)膠工作，控制API失水在5mL以內(nèi)，為轉(zhuǎn)型完成后控制失水創(chuàng)造條件。

（2）KCl按3%加量及時(shí)補(bǔ)充混入鉆井液中，若泥漿粘切變化大，可依據(jù)室內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采取加入有機(jī)硅醇抑制劑DS-302來(lái)調(diào)整流型。

（3）合理匹配NH4-HPAN、LV-CMC等降濾失劑，進(jìn)入三疊系前嚴(yán)格控制濾失量5mL，井漿中加入QS-2、PB-1等隨鉆封堵，有效形成優(yōu)質(zhì)致密濾餅，減少鉆井液濾液進(jìn)入地層，減緩水敏性地層泥巖水化膨脹速度。

（4）進(jìn)入二疊系井段保持瀝青類防塌劑的有效含量不低于3%，充填和封堵破碎性和硬脆性泥巖微裂縫，起到很好的膠結(jié)護(hù)壁作用。

（5）充分利用四級(jí)固控設(shè)備維持鉆井液體系低固相含量，確保體系良好的流變性。

（6）每次起鉆前配制封閉漿封閉三疊系、二疊系等井段，防止長(zhǎng)時(shí)間靜止導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

3.2.3 三開(kāi)井段

三開(kāi)主要鉆遇奧陶系卻爾卻克組，采用鉀胺基聚磺鉆井液體系，以增強(qiáng)鉆井液抑制防塌抗溫能力為主。

（1）鉆井液中加入2%SMP-2+2%SPNH+1%HTLM，完成鉀胺基聚磺鉆井液轉(zhuǎn)型。

（2）SMP-Ⅲ、LV-PAC、褐煤樹(shù)脂等抗溫降濾失類處理劑總含量在8%，增強(qiáng)鉆井液高溫穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制API≤4mL，HTHP≤11mL，盡量減少濾液朝井壁深處運(yùn)移量，防止造成剝落掉塊和井壁失穩(wěn)。

（3）聚胺等抑制劑按循環(huán)周加入井漿，總含量維持在0.5%～1%，增強(qiáng)鉆井液抑制性，維持一定的鉆井液粘度，保證良好的流變性。

（4）卻爾卻克組層理發(fā)育，采用隨鉆封堵劑10～20kg/m3石灰石粉+5～10kg/m3單向壓力屏蔽劑+10～20kg/m3瀝青封堵微裂縫地層。復(fù)配RHJ-3、SYP-1等防塌材料封堵微裂縫，各防塌材料有效濃度大于5%。

（5）KCl日常維護(hù)量按3%～5%及時(shí)補(bǔ)充，控制K+濃度在10000mg/L及以上，勤測(cè)Cl-及碳酸（氫）根離子濃度，本開(kāi)次發(fā)現(xiàn)鹽水侵，通過(guò)提高鉆井液密度至1.34g/cm3壓穩(wěn)鹽水層。

（6）加強(qiáng)離心機(jī)使用，以每班使用3h左右為宜，最大限度清除細(xì)小劣質(zhì)固相顆粒，確保鉆井液良好流型。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 一開(kāi)中完情況分析

一開(kāi)8%～10%膨潤(rùn)土漿鉆進(jìn)，固相控制顯得尤為重要，四級(jí)固控設(shè)備使用率100%，將固相含量控制在最低范圍內(nèi)，嚴(yán)防自然密度上升。根據(jù)順南401、順南501等7口井的施工情況來(lái)看，鉆完進(jìn)尺后必須組織660mm扶正器通井，可較好地修整井壁，確保下套管順利。順南區(qū)塊部分井一開(kāi)下套管情況見(jiàn)表3。

4.2 二開(kāi)鉆進(jìn)情況分析

表3 順南區(qū)塊部分井一開(kāi)下套管情況

順南7井二開(kāi)井段（600～3700m）鉆進(jìn)期間，鉆井液性能整體平穩(wěn)，三疊系、二疊系未出現(xiàn)剝落掉塊現(xiàn)象，短起下鉆情況良好，井眼暢通。說(shuō)明新型聚胺鉆井液能有效抑制粘土的水化分散，該井段未出現(xiàn)阻卡和鉆頭泥包現(xiàn)象。實(shí)鉆周期25.17d，與設(shè)計(jì)相比，二開(kāi)提前9.83d完鉆，該井段井徑擴(kuò)大率2.3%。見(jiàn)圖2。

圖2 順南7井二開(kāi)井徑曲線

4.3 三開(kāi)鉆進(jìn)情況分析

三開(kāi)全井段鉆進(jìn)過(guò)程中，井溫高達(dá)146℃，鉆井液性能穩(wěn)定，沒(méi)有復(fù)雜鉆井事故發(fā)生，奧陶系卻爾卻克組返出的巖屑形狀均一、棱角分明,無(wú)剝落掉塊產(chǎn)生，巖屑代表性好，井眼規(guī)則井身質(zhì)量?jī)?yōu)良，全井段井徑平均擴(kuò)徑率為2.25%。見(jiàn)圖3。

5 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果分析，鉀胺基鉆井液體系具有很強(qiáng)的抑制性，抗粘土污染能力優(yōu)良，具有很好的抗高溫穩(wěn)定性，滿足順南地區(qū)地層巖性特征和鉆井技術(shù)難度對(duì)鉆井液體系性能的要求。

（2）通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，1%聚胺抑制劑XJA-1能使泥巖回收率達(dá)到87.3%，2%SMP-2+2%SPNH+1%HTLM能滿足抗溫160℃要求。

（3）一開(kāi)鉆完進(jìn)尺660mm扶正器通井，修整井壁，能有效降低508mm套管遇阻情況。

（4）KCl抑制劑的加入要遵循先后順序，鉀胺基體系轉(zhuǎn)型要遵循“先護(hù)膠、后加鹽”的原則，為控制失水創(chuàng)造條件，減少由于鉆井液性能波動(dòng)引起的井壁失穩(wěn)。

（5）正常鉆進(jìn)中要少量多次補(bǔ)充KCl，維持濾液中K+含量在10000mg/L及以上，復(fù)配0.5%～1%聚胺，進(jìn)一步增強(qiáng)抑制性，可滿足卻爾卻克組安全鉆進(jìn)要求。

（6）抗高溫磺化類處理劑總含量在8%左右，可保持鉆井液良好的抗溫穩(wěn)定性。

（7）卻爾卻克組存在鹽水侵，加強(qiáng)坐崗監(jiān)測(cè)，勤測(cè)Cl-濃度，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

圖3 順南7井三開(kāi)井徑曲線

[1] 王薦，舒福昌，吳彬，等.強(qiáng)抑制性聚胺鉆井液體系室內(nèi)研究[J].油田化學(xué)，2007，24（4）：296-300.

[2] 陳楠，張喜文，王中華，等.新型聚胺抑制劑的試驗(yàn)室研究[J].當(dāng)代化工，2012，41（2）：120-125.

[3] 賀倫俊.有機(jī)鹽強(qiáng)抑制可降解鉆（完）井液在勝利油田的應(yīng)用[J].新疆石油地質(zhì)，2012，33（3）：370-373.