舒義勇 孫俊 祝學(xué)飛 馮勇 周華安 孫良國

1. 川慶鉆探工程有限公司新疆分公司；2. 川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司

鹽膏層鉆井液技術(shù)是世界性難題，對塔里木油田山前井鹽膏層主要采用油基鉆井液鉆井［1]。油基鉆井液雖具有良好的抑制性和穩(wěn)定性，但卻存在環(huán)境污染、鹽膏層阻卡、鉆井液密度高、堵漏成功率低等突出問題［2-4]。若使用水基鉆井液，易出現(xiàn)“軟泥巖”堵塞出口管、流變性失控等技術(shù)難題，甚至在KS603 井出現(xiàn)被迫中途轉(zhuǎn)換成油基鉆井液的情況，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。ZQ1 井鹽膏地層亦使用油基鉆井液體系，因鉆井過程中鹽膏巖不溶解，鹽膏巖和 “軟泥巖”蠕變縮徑導(dǎo)致阻卡，實(shí)鉆鉆井液密度最高達(dá)2.33 g/cm3，而新近系蘇維依組地層存在低壓層，高密度油基鉆井液鉆井過程中又發(fā)生井漏，油基鉆井液堵漏成功率低，堵漏14 次，耗時(shí)60 多天。DB8 井四開中完井深6 378 m，五開用密度2.35 g/cm3的油基鉆井液鉆進(jìn)至7 761 m 中完，因庫姆格列木群鹽膏層蠕變縮徑導(dǎo)致阻卡，反復(fù)擴(kuò)眼通井耗時(shí)40 多天。為有效解決塔里木油田山前構(gòu)造井使用油基鉆井液造成的鹽膏層阻卡、堵漏成功率低、鉆井液成本高等突出問題，決定在ZQ2 井吉迪克組高壓鹽膏層和蘇維依組低壓易漏層采用水基鉆井液套打技術(shù)。

1 鹽膏層水基鉆井液需要解決的關(guān)鍵問題

1.1 高密度鉆井液流變性和失水造壁性的控制

傳統(tǒng)的高密度鉆井液對流變性的控制嚴(yán)重依賴 “稀釋劑”［5-6]。本文提出通過控制鉆井液顆粒粒徑和比表面積大小的概念來控制鉆井液的流變性。傳統(tǒng)的三磺鉆井液在高密度條件下存在固相含量高、顆粒粒徑小、結(jié)構(gòu)力強(qiáng)的特點(diǎn)，流變性不易控制，特別是動切力和終切高。通過在鉆井液中引入抗高溫性能好的中高分子降濾失處理劑MYK，改善了鉆井液的顆粒級配，降低了鉆井液顆粒的比表面積，從而達(dá)到控制流變性的目的。

1.2 “鹽、膏、泥”對鉆井液的持續(xù)污染

中秋區(qū)塊三開井段存在大段褐色泥巖，鹽層間夾有“軟泥巖”互層［7-10]，水敏性極強(qiáng)。鉆井過程中褐色泥巖和“軟泥巖”水化分散造漿和鉆頭碾磨機(jī)械造漿導(dǎo)致水基鉆井液MBT 值增加；吉迪克組在4 545～5 125 m 存在大段鹽巖，吉迪克組、蘇維依組及庫姆格列木群均含有大量石膏?！胞}、膏、泥”的同時(shí)存在要求鉆井液具有極強(qiáng)的抑制泥巖水化分散造漿的能力，同時(shí)具有抗飽和鹽和石膏污染的能力。

1.3 “主動”防漏

鉆井液良好的觸變性是防止井漏的前提，控制鉆井液的流變性，降低循環(huán)壓耗，進(jìn)入漏層前在鉆井液中加入5%的剛性堵漏劑+2%纖維類的隨鉆堵漏劑，對蘇維依組砂巖段的滲漏性漏失具有很好的預(yù)防作用。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

參考鄰井資料，ZQ2 井三開鹽膏層水基鉆井液需要著重解決高密度鉆井液流變性能的控制問題，在不使用稀釋劑的前提下，避免走入“加—放—加”的死胡同；水基鉆井液應(yīng)具有抗“鹽、膏、泥”污染能力［11]；以及蘇維依組在高密度高壓差下的隨鉆防漏堵漏等關(guān)鍵技術(shù)問題。

2.1 流變性和失水造壁性能控制

鹽膏層水基鉆井液的流變性和失水造壁性控制問題一直制約著鹽膏層水基鉆井液技術(shù)的發(fā)展。通過在鉆井液中引入抗高溫性能好的中高分子量降濾失處理劑MYK，改善鉆井液的顆粒級配，降低鉆井液中顆粒的比表面積，從而達(dá)到控制流變性的目的。結(jié)果見表1。1#配方為傳統(tǒng)的欠飽和磺化鉆井液體系，配方為：1%土+8%SMP-3+8%SPNH+5%TX+1.5%DYFT-2+10%KCl+20%NaCl+2%潤滑劑+高密度重晶石；2#配方為引入MYK 的欠飽和聚磺鉆井液體系，配方為：1%土+4%SMP-3+4%SPNH+ 1.5%MYK+0.1%NXX+8%Weigh2+1.5%DYFT-2+10%KCl+20%NaCl+2%潤滑劑+高密度重晶石。密度均為2.20 g/cm3，MBT 均為10 g/L；熱滾條件為130 ℃、16 h，高溫高壓測試溫度為130 ℃，流變性能測試溫度為55 ℃。

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)分析可以看出，配方1 和配方2 熱滾前的流變性能基本相同；但熱滾后的流變性能配方1 比配方2 要高，特別是YP 和靜切力，熱滾后鉆井液明顯增稠；但配方1 熱滾前和熱滾后的D50比配方2 的都要小，接近配方2 的D50的1/2。同時(shí)配方2 熱滾前和熱滾后的比表面積均比配方1 要小。說明鉆井液的YP 和靜切力跟鉆井液的顆粒粒徑大小和比表面積有線性關(guān)系，顆粒粒徑越大，比表面積越小，鉆井液的YP 和靜切力越低。表明通過引入中高分子量降濾失處理劑MYK，可以調(diào)整鉆井液的顆粒粒徑分布，降低鉆井液顆粒的表面自由能，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整鉆井液的流變性能的目的。

表 1 鹽膏層水基鉆井液流變性能和中壓濾失量Table 1 Rheological property and medium-pressure loss of water based drilling fluid in salt-gypsum beds

2.2 抗“鹽、膏、泥”污染性能

鹽膏層鉆井過程中，鉆井液會受到“鹽、膏、泥”污染，鉆井液的性能會發(fā)生相應(yīng)變化，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致鉆井液性能變差，甚至失去流動性，嚴(yán)重影響鉆井作業(yè)的安全進(jìn)行。從“抗鹽、抗鈣、抗泥”污染三方面對配方2 進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果見表2。

表 2 配方2 抗 NaCl 和CaSO4 能力評價(jià)Table 2 Evaluation on the NaCl and CaSO4 resistance of formula 2

采用塔里木油田大北區(qū)塊某井的吉迪克組泥頁巖對配方2 進(jìn)行頁巖滾動回收率實(shí)驗(yàn)，熱滾條件為130 ℃/16 h，其清水的一次巖屑回收率為25.30%，配方2 的一次巖屑回收率為92.80%；自制鈉膨潤土巖心評價(jià)清水的8 h 線性膨脹率為21.20 mm，配方2為4.67 mm。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，配方2 抗鹽達(dá)到飽和，抗 Ca2+達(dá)到2 000 mg/L 以上，吉迪克組泥頁巖一次回收率在90%以上，8 h 線性膨脹率僅4.67 mm，能滿足ZQ2 井鹽膏層的安全鉆進(jìn)。

2.3 隨鉆堵漏劑的封堵和配伍性能

鉆穿鹽膏層后，若發(fā)生井漏，鉆井液靜液柱壓力降低，上覆鹽層和“軟泥巖”會蠕變縮徑導(dǎo)致阻卡縮徑，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生卡鉆事故。對比ZQ1 井實(shí)鉆資料，進(jìn)入蘇維依組漏層前，加入隨鉆堵漏劑防漏，隨鉆堵漏劑封堵和配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)儀器為GGS71 型高溫高壓濾失儀。先將一片濾網(wǎng)(孔徑0.60 mm)放置在高溫高壓漿杯底部內(nèi)，再加入100 g 粒徑0.60～0.90 mm 的石英砂，每加入20 g 石英砂后，用手震動一次漿杯，震動時(shí)間為1 min，盡量排除砂床中的空氣，把砂床鋪實(shí)、鋪平。然后用玻璃棒引流，緩慢、均勻地沿器壁加入400 mL 不同濃度堵漏劑的鉆井液，加蓋后在0.7 MPa 壓力下緩慢旋轉(zhuǎn)90°打開上閥桿，測定30 min 樣品漿的濾失量［12-17]。

從表3 可看出，基漿的砂床濾失量為全漏失，隨隨鉆堵漏劑加量增加，鉆井液的流變性增大，隨鉆堵漏漿的砂床漏失量下降，漏失時(shí)間縮短，表明隨鉆堵漏劑的封堵效果越好；7%剛堵+3%隨堵比5%剛堵+2%隨堵封堵效果更好，但其流變性能較差。從鉆井液的流變性能控制和隨鉆堵漏劑封堵效果綜合考慮，選擇5%剛性堵漏劑+2%纖維類堵漏劑組合作為蘇維依組漏層的防漏堵漏劑方案。隨鉆堵漏劑對鉆井液流變性的影響是暫時(shí)的，堵漏劑被地面固控設(shè)備清除后，鉆井液流變性也隨即恢復(fù)。

表 3 堵漏劑的封堵和配伍性能評價(jià)Table 3 Evaluation on the plugging and compatibility of lost circulation agent

3 現(xiàn)場應(yīng)用

ZQ2 井為塔里木盆地庫車坳陷秋里塔格構(gòu)造帶中秋段一口重點(diǎn)預(yù)探井，完鉆井深6 456.22 m。三開因膨脹管技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)，改用水基鉆井液體系鉆進(jìn)，并將三開原設(shè)計(jì)中完井深5 575 m 改為鉆至庫姆格列木鹽頂中完(實(shí)際中完井深5 827 m)，采用吉迪克組高壓鹽膏層和蘇維依組低壓易漏層套打技術(shù)，增加了該井水基鉆井液的施工難度。在地面配制三開水基鉆井液420 m3，用二開鉆井液鉆完水泥塞后，一次性替入三開水基鉆井液。三開鉆井過程中，因該鉆井液體系良好的抑制性，以及抗“鹽、膏、泥”污染能力，鉆井液性能穩(wěn)定(與鄰井ZQ102井鉆井液性能相比，流變性能更穩(wěn)定，動切力和終切更低，見表4)，巖屑代表性好，棱角分明，井眼暢通，防漏措施得當(dāng)，大大降低了ZQ2 井吉迪克組高壓鹽膏層和蘇維依組低壓易漏層套打的風(fēng)險(xiǎn)，特別是過往鹽膏層高密度水基鉆井液遭遇的流變性失控、鉆頭泥包、“軟泥巖”堵塞出口管匯，甚至被迫中途轉(zhuǎn)換油基鉆井液等諸多問題面前，該井的成功應(yīng)用對鹽膏層高密度水基鉆井液技術(shù)的推廣顯得更加具有現(xiàn)實(shí)意義。

表 4 ZQ2 井實(shí)鉆鉆井液性能Table 4 Performance of the drilling fluid during the actual drilling of Well ZQ2

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 引入中高分子降濾失處理劑MYK 的2#配方比1#配方具有更好的流變性能，更低的鉆井液屈服值和靜切力，其顆粒粒徑比1#配方大，比表面積比1#配方小。

(2) 配方2 具有良好的抗“鹽、膏、泥”污染性能，三開高密度水基鉆井液鉆井過程中，未使用稀釋劑，鉆井液性能穩(wěn)定，該體系能滿足鹽膏巖地層安全鉆井的需要。

(3) 鹽膏層高密度水基鉆井液“主動”防漏技術(shù)實(shí)現(xiàn)了吉迪克組高壓鹽膏層和蘇維依組低壓易漏層套打，沒有發(fā)生井漏，縮短了鉆井周期。

(4) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，引入中高分子降濾失處理劑MYK 的水基鉆井液體系性能穩(wěn)定，巖屑代表性好，井眼暢通，電測和下套管等特殊作業(yè)均順利進(jìn)行，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。