李 堯， 胡德云， 李 巍， 王 猛， 王權陽， 樊志剛

(1中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院)

Y油田位于伊朗西南部伊拉克和伊朗交界處，是世界上正在開發(fā)的特大油田之一。在穿過該油田主產層S層位后便是位于井深3 500 m左右的白堊系K層位。該層位在鉆井過程中出現(xiàn)了嚴重的稠油瀝青侵現(xiàn)象，通過對Y油田出現(xiàn)稠油瀝青侵井的鉆井技術總結，結合地質預測，針對實鉆中非常可能出現(xiàn)嚴重稠油瀝青侵的S03井進行了詳細論證，并制定了具體技術攻關方案。該井是Y油田一期工程對稠油瀝青侵的一次試驗性探索，根據處理稠油瀝青層的水基鉆井液新思路，結合現(xiàn)場控壓鉆井技術，對K層位的稠油瀝青層進行探索性鉆進獲得了成功。本文從鉆井液技術角度出發(fā)詳細闡述了S03井鉆遇稠油瀝青層采用的技術方案及處理過程，為解決該區(qū)塊K層位的稠油瀝青層侵入提出了新的解決思路及方法。

一、K層位稠油瀝青損害

1. 稠油瀝青損害處理情況

從Y油田K層位已鉆井資料顯示，揭開該區(qū)塊K層位如果鉆遇稠油瀝青層，鉆井液密度過低會導致大量稠油瀝青、伴有天然氣、H2S氣體涌入井內，造成無法繼續(xù)鉆進作業(yè)[1]。過高密度雖能較為有效抑制瀝青的侵入速度，但易于壓漏上部裸眼地層，造成作業(yè)困難。在該區(qū)塊鉆遇的稠油瀝青侵較為嚴重的井如表1，在前期鉆遇的稠油瀝青侵嚴重的4口井中，3口井棄井，僅1口井強鉆、搶下套管成功，單井處理該復雜平均耗時在一個月以上，給該區(qū)塊K層位的鉆進帶來巨大的困難。從構造分布看，同一構造處于構造相對高點的井，瀝青侵的程度要相對高[2-3]。

表1 Y油田K層位稠油瀝青侵井實鉆情況統(tǒng)計

2. 稠油瀝青損害技術難點分析

(1)由地層侵入到井筒的鉆井液黏切升高，特別是隨著瀝青侵入量的增加，鉆井液內部相與相之間的內摩擦力急增，黏度急劇上升，甚至會讓鉆井液喪失流動性。

(2)地層大量稠油瀝青的侵入，會造成環(huán)空堵塞、下鉆困難、下套管困難、開泵困難并容易憋漏地層、卡鉆等井下復雜，給鉆井作業(yè)帶來難以想象的困難[4]。

(3)隨著稠油瀝青沿著侵入通道侵入井筒，其往往伴隨著二氧化碳、硫化氫、甲烷等危險氣體一起返出地面。給現(xiàn)場作業(yè)安全帶來極大風險，嚴重制約了施工的安全性和連續(xù)性，井下情況越發(fā)復雜。

二、S03井稠油瀝青損害處理鉆井液體系研究

1.S03井概況

S03井K層位主要巖性為泥質灰?guī)r、灰?guī)r、瀝青質灰?guī)r。該層段頂部井深一般3 450 m，厚度150 m左右?？紫秹毫Ξ斄棵芏?.30～1.60 g/cm3，破裂壓力當量密度2.00～2.20 g/cm3，地層溫度116℃。

該井位于Y油田北部構造，該井設計井深4 557 m，設計穿過K層位，鉆進至F.L層位完井。該井下入?244.5 mm和?250.8 mm套管，下深3 435 m封住K層位頂部S層位以上井段，為K層位瀝青層位鉆進提供保證，具體井身結構見圖1。

圖1 S03井井身結構圖

2. 鉆井液配方研究

侵入井內的稠油瀝青可以判斷為塑性蠕動擠入井內，進入速度較為緩慢，隨著時間增加，侵入通道會進一步打開，侵入速度會逐步加快。在鉆井液體系的選擇上，本文根據該區(qū)塊實鉆井先后采用的抗高溫聚磺鉆井液體系、KCl聚磺鉆井液體系、鹽水體系的室內抗損害評價效果及現(xiàn)場應用效果，擬采用抗損害能力強的欠飽和鹽水鉆井液體系。該體系的主要特點是能夠有效降低體系固相含量，增強鉆井液體系抗損害能力[5]，同時提高鉆井液體系液相黏度，在減少稠油瀝青侵入鉆井液的同時提高鉆井液體系的稠油瀝青容納量，降低稠油瀝青侵入水基鉆井液體系對鉆井液性能的影響。該體系的基本配方：2%～3%膨潤土粉+0.4%燒堿+0.2%低黏派克+2%～4%酚醛樹脂+2%～4%褐煤樹脂+2%封堵劑+3%柴油。

2.1 NaCl最佳加量確定

研究了NaCl加量的多少對鉆井液體系抗稠油瀝青損害性能的影響，采用上述基本配方配制鉆井液并加重至1.60 g/cm3，分別加入不同量的NaCl后加入3%的稠油瀝青進行損害實驗(稠油瀝青樣品為現(xiàn)場震動篩返出的稠油軟瀝青)，經老化后冷卻至60℃測定其性能，具體實驗結果如表2。

數(shù)據分析表明，3%的稠油瀝青損害對基礎配方流變性能影響極大，特別是體系切力波動范圍劇烈，但是隨著NaCl的加入，流變性能有一定的改善，明顯提高了體系抗稠油瀝青損害能力，根據室內實驗結果，采用20%的NaCl加量。

表2 NaCl加量對鉆井液體系抗稠油瀝青損害性能影響

注：本實驗采用稠油瀝青為現(xiàn)場APP2井返出的稠油瀝青，鉆井液密度為1.60 g/cm3，pH值為11，實驗條件：125℃/16h。

2.2 乳化劑的優(yōu)選

稠油瀝青屬于親油相，不能夠很好溶解入欠飽和鹽水體系，稠油瀝青的這種特性較大降低了稠油瀝青侵入速度，而欠飽和鹽水體系強大的抗損害能力保證了現(xiàn)場鉆井液體系的正常作業(yè)，但是隨著作業(yè)時間的延長，稠油瀝青持續(xù)侵入會顯著增加體系的內摩擦力，進而影響流變性能。適量的乳化劑能夠使得溶解進入鉆井液體系的稠油瀝青更好的溶解，不同的乳化劑對體系的抗稠油瀝青損害量影響較大。對4種乳化劑進行了優(yōu)選，實驗結果如表3，乳化劑EMP-3能夠一定程度上緩解稠油瀝青侵入對流變性能的影響。

表3 乳化劑對稠油瀝青損害影響研究

注：本實驗采用稠油瀝青為現(xiàn)場APP2井返出的稠油瀝青，稠油瀝青加量為3%，pH值為11，實驗條件為125℃/16h。

3. 鉆井液性能控制工藝研究

(1)采用“足量補充，定量置換”維護原則。在鉆井液性能能夠滿足鉆進條件下，適量補充新漿，稀釋侵入鉆井液體系中的稠油瀝青含量，減少稠油瀝青對鉆井液體系整體結構的影響。同時，足量的補充柴油、乳化劑(O/W)、抗溫抗鹽處理劑等材料，維持鉆井液的各方面性能，滿足鉆進要求。

(2)加入FB-1處理劑加強稠油瀝青物理分離。FB-1是一種具有一定粒徑大小的比表面積大的多孔介質，該處理劑加入鉆井液中能夠有效的吸附侵入鉆井液體系中未能溶解的稠油質瀝青，依靠該處理劑的物理吸附作用，使得呈流動狀態(tài)的稠油瀝青以FB-1為核心吸附在其表面成型，并包裹部分的劣質固相及部分重晶石顆粒，通過震動篩篩除。

三、S03井抗稠油瀝青損害處理

1.S03井稠油瀝青侵入情況及其對鉆井液性能的影響分析

實鉆表明該井稠油瀝青損害根據稠油瀝青損害形態(tài)，主要分為三個損害階段：稀瀝青流體侵入階段、稠油瀝青蠕變階段、軟固態(tài)型純?yōu)r青侵入階段。

稀瀝青流體侵入階段：損害井段為3 494～3 578 m，稀瀝青密度在1.50 g/cm3左右。損害方式以溶解、分散方式進入鉆井液體系。

稠油瀝青蠕變階段：蠕變井段為3 578～3 590 m，稠油瀝青密度在1.25 g/cm3，損害方式以蠕動方式進入井筒形成瀝青段塞。

軟固態(tài)型純?yōu)r青侵入階段：軟固態(tài)的純?yōu)r青在K層位底部地層3 590～3 608 m，成型較好，可鉆性好，溶解性稍差，富有彈性，因此在打鉆循環(huán)過程中侵入鉆井液較少，對鉆井液本身損害不大。

2.S03井控壓鉆井工藝

該井于3 494 m順利揭開K層位稠油瀝青層，進入稠油瀝青層后，控制鉆速，循環(huán)發(fā)現(xiàn)少量稀瀝青進入鉆井液，啟用稠油瀝青層控壓鉆井方案，具體K層位鉆井工程控壓鉆井進度見表4。

表4 S03井K層位控壓鉆井進度簡況

在該井控壓鉆進過程中，由于瀝青、稠油和地層氣的持續(xù)侵入，進出口鉆井液密度很難達到平衡，差值在0.01～0.1 g/cm3之間波動較大。鉆井液經液氣分離器后，出口密度就會接近入口密度。由于瀝青少量進入鉆井液很難及時判斷損害程度，因此進出口密度的變化是判斷瀝青損害最直觀的手段，密度偏低就得及時加重平衡地層壓力，避免稠油瀝青進一步侵入而形成更大的侵入通道。

圖2 K層控壓鉆進鉆井液比重控制曲線

如圖2顯示，該井整個控壓鉆進共計分為兩個階段，第一階段過程中鉆井液密度控制在1.60～1.66 g/cm3，這是由于收到稀瀝青侵入損害影響，整體波動較為劇烈，第二階段提高鉆井液密度至1.70 g/cm3后，密度控制在1.60～1.70 g/cm3之間，此階段鉆井液密度波動更為劇烈，這是由于鉆遇了稠油瀝青蠕變井段，稠瀝青包裹重粉和其他固相，鉆井液密度下降快，密度維持困難，加重周期長，密度波動大。

3.S03井稠油瀝青侵鉆井液處理

該井于3 494 m順利揭開K層位稠油瀝青層后，采用控壓鉆井方式，采用欠飽和鹽水體系，“足量補充”柴油、乳化劑、膠液、新欠飽和鹽水鉆井液。于3 494～3 578 m鉆進時均為稀瀝青損害，稀瀝青出量較小，對鉆井液損害不嚴重，該體系完全能夠在該損害條件下保證鉆井液的正常性能進行正常鉆進。鉆進至3 598 m后，循環(huán)發(fā)現(xiàn)該井段為稠油瀝青、純?yōu)r青段，此時采用“足量補充”的原則不足以控制稠油瀝青損害，因此進行“定量置換”，根據每班鉆井液損害程度定量排放被稠油瀝青損害嚴重鉆井液，補充新的欠飽和鹽水鉆井液。該井現(xiàn)場具體鉆井液維護措施如下：

(1)均勻加入0.3%～0.4%的乳化劑。

(2)根據配方補充新的鉆井液，保證pH>11，增強體系的固相容納空間。

(3)隨鉆加入2%～3%左右的FB-1，吸附部分侵入井筒的稠油瀝青，通過震動篩篩除，從而達到清除侵入鉆井液體系部分稠油瀝青的目的。

(4)排放后效后，鉆井液密度下降很快，應及時上提鉆井液密度至平衡值，防止鉆井液密度降低，地層內瀝青迅速侵入鉆井液，造成嚴重損害。

(5)密切監(jiān)測進出口密度和體積變化。漏斗黏度如果有上升的趨勢，流動性可控，則每班的維護就應該是“足量補充”，如果瀝青損害嚴重，流動困難，則果斷轉入“定量置換”。

(6)使用除砂除泥器有效清除細小鉆屑及包裹在鉆屑上的瀝青，降低劣質固相，有利于控制流動性和黏度。

(7)提高鉆井液密度降低稠油瀝青侵入速度，該井采用1.60 g/cm3的鉆井液揭開稠油瀝青層，鉆遇稠油瀝青侵后提高鉆井液密度至1.66 g/cm3，最終配合控壓鉆井提高實鉆鉆井液密度至1.78 g/cm3。

(8)鉆遇稠油瀝青后，采取了三次試驗性憋壓擠堵方式試圖對稠油瀝青侵入通道進行封堵。采用循環(huán)擠堵方式以施加套管回壓憋壓，全烴下降，進口密度接近，能夠在一定程度上暫緩稠油瀝青侵入。

總體施工方案得出該井現(xiàn)場稠油瀝青層全井段循環(huán)和鉆進過程中稠油瀝青對鉆井液損害可控，一旦靜止，稠油瀝青不斷侵入井筒且損害鉆井液嚴重。S03井采用上述鉆井液技術措施，同時結合控壓鉆井技術，在降低鉆井液損害、提高鉆井液抗損害能力同時，通過鉆井液密度控制平衡井底壓力，降低稠油瀝青侵入、損害程度，該井歷時16 d，成功穿過該區(qū)塊該井稠油瀝青層，并固井成功。成為該區(qū)塊成功采用該鉆井液技術通過該層位的第一口井，為該區(qū)塊該層位鉆井工程作業(yè)的進行及進一步改善奠定了基礎。

四、結論與建議

(1)在中石化Y油田工區(qū)稠油瀝青侵入嚴重井，采用該欠飽和鹽水體系，通過堅持“足量補充，定量置換”的鉆井液維護總體原則和，能夠有效的在控壓鉆井條件下控制鉆井液體系流變性，降低侵入鉆井液體系中稠油瀝青含量，解決伊朗Y油田稠油瀝青層采用水基鉆井液鉆進的重大技術難題。

(2)根據不同稠油瀝青形態(tài)分析，針對性的對不同井段采取不同鉆井液技術措施，在實鉆中觀察鉆井液性能的變化，通過調整鉆井液比重和控壓鉆井工藝減緩稠油瀝青侵入井筒速度、通過各種技術措施及時調整鉆井液流變性能是保證稠油瀝青井成功鉆進的關鍵技術保障。

(3)對于可能出現(xiàn)嚴重稠油瀝青侵的井，建議改變井身結構，下入套管至稠油瀝青層頂部，封隔上部地層，防止長裸眼段漏失，能夠大大降低復雜事故發(fā)生率，減少稠油瀝青侵處理技術難度。

[1]王權陽,李堯.抗高溫KCl聚磺鉆井液體系及技術在伊朗FX井的應用[J].石油鉆采工藝，2012(01):50-53.

[2]胡德云，李堯，楊國興,等. 伊朗YD油田稠油瀝青層鉆井液技術[J].鉆井液與完井液,2013,30(3):7-12.

[3]郭京華,夏柏如.稠油瀝青損害鉆井液的處理技術[J].鉆采工藝,2012,35(4):91-94.

[4]胡德云,樊志剛.伊朗雅達F7井鹽膏層鉆井液技術[J].鉆井液與完井液,2012,29(2):86-88.

[5]黃漢仁,楊坤鵬,羅平亞.鉆井液工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社，1981.