李 瓊

（中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257000）

征8井位于新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣老沙灣鎮(zhèn)，是部署在準(zhǔn)噶爾盆地車-莫古隆起南翼的一口重點(diǎn)預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深5 225 m，完鉆井深5 225 m。該井所在區(qū)塊地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度較大，鄰井在施工中出現(xiàn)井壁失穩(wěn)問題，影響了井身質(zhì)量和施工進(jìn)度。針對(duì)征8井實(shí)際地層情況，本文研究了一種綜合性能更強(qiáng)的封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系。該鉆井液體系抑制性好，能夠?qū)ξ⒖紫逗土芽p進(jìn)行封堵[1-2]，輔助相應(yīng)的鉆井液維護(hù)處理工藝[3]，使得征8井在施工過程中未發(fā)生漏失卡鉆等井下復(fù)雜問題，保證了該井的順利完鉆，提高了施工效率，同時(shí)為該區(qū)塊進(jìn)一步勘探開發(fā)提供了技術(shù)參考。

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

1.1 地層巖性情況

征8井鉆遇地層地層巖性情況見表1所示。

表1 征8井鉆遇地層地質(zhì)情況

1.2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

（1）固相控制難度大。該井所在區(qū)塊新近系地層疏松，泥巖易造漿，砂巖滲透性強(qiáng)，易形成虛厚泥餅。鉆探時(shí)發(fā)現(xiàn)古近系地層含有膏質(zhì)泥巖，且砂泥巖互層交替頻繁，而中下部地層以大段泥巖為主，造漿嚴(yán)重，鉆屑濃度高，鉆井液易受固相污染。白堊系東溝組和吐谷魯群上部棕紅色、棕褐色泥巖易造漿和吸水膨脹，造成縮徑，導(dǎo)致劣質(zhì)固相增多。

（2）井壁穩(wěn)定難度大。吐谷魯群地層坍塌壓力高，孔隙壓力低，易坍塌，吐谷魯群棕褐色泥巖、灰色泥巖及三工河組深灰色泥巖、灰色泥巖易掉塊、垮塌。吐谷魯群呼圖壁組大段棕色泥巖水敏性強(qiáng)，微裂縫發(fā)育，易剝蝕掉塊、縮徑、垮塌。鄰井征6井在清水河組時(shí)鉆遇灰色泥巖、粉砂巖，發(fā)生滲透性漏失，累計(jì)漏失鉆井液10.5 m3。

（3）阻卡問題突出。吐谷魯群棕褐色泥巖、灰色泥巖及三工河組深灰色泥巖、灰色泥巖易掉塊、垮塌，形成不規(guī)則井眼。吐谷魯群組存在大段強(qiáng)水敏性軟泥巖互層，地層應(yīng)力釋放，導(dǎo)致井眼可塑性蠕變縮徑，在短時(shí)間內(nèi)形成橢圓形井眼，并且清水河組存在大段砂泥巖互層，易形成不規(guī)則井徑，造成井下情況復(fù)雜及卡鉆事故。

1.3 鉆井液技術(shù)對(duì)策

（1）控制失水、加強(qiáng)潤(rùn)滑、提高造壁性，解決阻卡問題。加入SPNH、SMP-Ⅱ、DSP-2等抗溫降濾失劑，使中壓濾失量和高溫高壓濾失量維持在較低范圍內(nèi)；加入瀝青類處理劑，使其溶解部分提高鉆井液的潤(rùn)滑性，分散部分與鉆井液中其他處理劑一起有效地粘糊在井壁上，形成一層致密的泥餅和油膜[4]，封堵地層孔隙并潤(rùn)滑井壁；加入油基潤(rùn)滑劑，提高鉆井液潤(rùn)滑性能，降低粘滯系數(shù)，從而降低鉆具粘卡、鉆頭泥包風(fēng)險(xiǎn)。

（2）強(qiáng)化鉆井液體系抑制性，保證井壁穩(wěn)定。通過胺基聚醇、聚合醇與復(fù)合鹽鉆井液配伍，保證不同分子結(jié)構(gòu)的各抑制劑的有效含量，抑制泥巖分散，增強(qiáng)鉆井液抑制防塌能力。胺基聚醇分子鏈中胺基官能團(tuán)能很好地鑲嵌在黏土層間，并使黏土層緊密結(jié)合在一起，從而降低黏土吸收水分的趨勢(shì)[5]；聚合醇具有濁點(diǎn)特性，低溫條件下與溶液一起進(jìn)入地層，在泥頁巖微孔隙中被加溫析出膠體微粒，阻隔水相進(jìn)入泥頁巖的通道，阻止水化，提高泥頁巖強(qiáng)度[6]；在此基礎(chǔ)上引入復(fù)合鹽鉆井液，通過加入CaCl2、NaCl、KCl等無機(jī)鹽，進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井液的抑制性，達(dá)到雙重防塌作用。

（3）隨鉆封堵固壁技術(shù)，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。采用井壁修飾技術(shù)與多級(jí)封堵技術(shù)，加入固壁劑使鉆井液中的無機(jī)質(zhì)在井壁上實(shí)現(xiàn)層層沉積，形成封堵層，改善濾餅質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)井壁的加固，提高井壁的穩(wěn)定性和承壓能力；使用多級(jí)配填充封堵劑、隨鉆堵漏劑配合納米封堵劑劑、封堵防塌劑，在近井壁地帶迅速形成致密濾餅，減少砂巖段鉆井液滲漏，減少鉆井液侵入量及侵入深度，提高地層承壓能力，解決上部地層孔隙壓力低，易漏失難題，保證安全鉆進(jìn)。

（4）提高固控效率，保證鉆井液高效清潔。嚴(yán)格控制固相含量，提高鉆井液穩(wěn)定性和抗污染能力，使用高目數(shù)振動(dòng)篩布高效地清除劣質(zhì)固相，保證鉆井液良好的流變性和較強(qiáng)的沖刷攜帶能力，實(shí)現(xiàn)鉆井液清潔及井眼暢通，降低壓耗，并且在高溫下長(zhǎng)時(shí)間靜止及油氣侵嚴(yán)重的情況下能夠具有良好的穩(wěn)定性、流變性及沉降穩(wěn)定性。

2 鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

2.1 體系配方

調(diào)研國(guó)內(nèi)外強(qiáng)抑制鉆井液體系使用情況，結(jié)合鄰井鉆井液使用經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該井地層巖性及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，優(yōu)選鉆井液處理劑，形成了封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液。

鉆井液室內(nèi)基本配方如下：

4.0%～6.0% 膨 潤(rùn) 土 +0.5%～1.0%DSP -2+0.3%～0.5%KPAM+1.0%～2.0%API+3.0%～5.0%NaC l+5.0%～7.0%KCl+1.0%～2.0%CaCl2+1.0%～2.0%SPNH+3.0%～4.0%SMP-2+1.0%～2.0%納 米 封 堵 劑+3.0%～4.0%鉆井液用井壁穩(wěn)定劑+3.0%～5.0%多級(jí)配填充封堵劑+0.5%～1.0%有機(jī)硅穩(wěn)定劑+3.0%～5.0%聚合醇+1.0%～2.0%油基潤(rùn)滑劑。

2.2 體系性能評(píng)價(jià)

2.2.1 抗溫性

將鉆井液體系置于不同溫度下，分別老化16 h，測(cè)試其流變性及濾失量，結(jié)果如表2所示。從表中可看出，經(jīng)高溫老化后，鉆井液體系各性能參數(shù)基本穩(wěn)定，無嚴(yán)重稀釋、增稠、聚沉或膠凝現(xiàn)象，流變性較穩(wěn)定，濾失量較低，表明該體系具有良好的抗溫能力。

表2 鉆井液體系抗溫性評(píng)價(jià)

2.2.2 抑制性

將膨潤(rùn)土在壓力4.0 MPa下壓制成巖心，將各種鉆井液體系壓制出濾液，使用頁巖膨脹測(cè)試儀測(cè)試其8 h線性膨脹量，并計(jì)算膨脹率；將選取的區(qū)塊泥巖巖屑磨碎，分別加入到清水和所研發(fā)的鉆井液體系中，并在150 ℃下熱滾16 h，測(cè)量巖屑質(zhì)量，計(jì)算回收率，結(jié)果見表3所示。由表中可看出，巖屑在清水中老化16 h后巖屑滾動(dòng)回收率僅為14.6%，封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系的巖屑滾動(dòng)回收率達(dá)到93.4%，表明封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制泥頁巖水化膨脹能力，能有效地抑制巖屑在高溫下分散。

表3 鉆井液體系抑制性評(píng)價(jià)

2.2.3 封堵性

對(duì)幾種常規(guī)封堵鉆井液體系進(jìn)行中壓砂床濾失實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系砂床侵入深度最小，表明其中的剛性及可變形封堵防塌劑協(xié)同增效，使其形成的泥餅薄而韌，滲透率低，封堵能力強(qiáng)于其他封堵防塌體系。

表4 鉆井液體系中壓砂床濾失實(shí)驗(yàn)

2.2.4 成膜效果

對(duì)膨潤(rùn)土基漿與加入封堵防塌強(qiáng)抑制劑的樣漿進(jìn)行中壓濾失量測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并對(duì)得到的泥餅進(jìn)行SEM電鏡測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。圖1a為膨潤(rùn)土基漿泥餅，從圖中可以看出，黏土礦物膠結(jié)性不好，結(jié)構(gòu)不均勻，節(jié)理、微裂縫發(fā)育，鉆進(jìn)過程中侵入的濾液發(fā)生水化作用，尤其是表面水化斥力會(huì)引起巖石內(nèi)部的相互擠壓，容易在井壁薄弱處引起應(yīng)力突然釋放而產(chǎn)生剝落掉塊[7]；圖1b為加入封堵防塌強(qiáng)抑制劑后泥餅，從圖中可以看出，裂縫孔隙顯著減少，泥餅致密均勻，表面形成膜結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性提高。

圖1 膨潤(rùn)土基漿泥餅與加入封堵防塌強(qiáng)抑制劑泥餅

2.3 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)工藝

2.3.1 一開井段

一開鉆遇第四系地層，地層成巖性差，較松散，且井眼較大，為防止松散地層垮塌，該井段鉆井液必須具有較強(qiáng)的懸浮攜帶能力和穩(wěn)定井壁能力，故采用配漿開鉆，小循環(huán)鉆進(jìn)。開鉆前按配方配制膨潤(rùn)土漿，保證預(yù)水化24 h以上。

加入0.2%～0.3%高黏羧甲基纖維素鈉鹽HVCMC，適當(dāng)提高鉆井液黏度，增加鉆井液懸浮及攜帶鉆屑能力。加強(qiáng)固控設(shè)備的使用，最大限度地清除鉆井液中的無用固相，維持體系的性能穩(wěn)定。

2.3.2 二開井段

二開鉆遇新近系及古近系地層，鉆進(jìn)中為防縮徑阻卡，要求鉆井液必須具備良好的流變性及較強(qiáng)的鉆屑攜帶能力，保障井眼暢通。①開鉆前，準(zhǔn)備60 m3的預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，添加清水稀釋并加入聚合物膠液。同時(shí)利用清理劣質(zhì)固相處理的方法，將一開鉆井液凈化轉(zhuǎn)化為復(fù)合鹽水鉆井液基漿，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的KCl、5%的NaCl，順利完成體系轉(zhuǎn)換。②保持鉆井液低黏低切和大失水鉆進(jìn)至井深3 200 m開始轉(zhuǎn)型，轉(zhuǎn)型前通過CaCl2配合胺基聚醇，保持鉆井液強(qiáng)抑制性，提高固控設(shè)備使用效率，清除劣質(zhì)固相，另外，還要充分護(hù)膠，提前加入磺酸鹽共聚物提高黏切。轉(zhuǎn)型完成后，長(zhǎng)起鉆至套管內(nèi)，起鉆前重點(diǎn)對(duì)井段1 800～2 300 m進(jìn)行封井，封井漿要有較高的黏切，確保在大井眼井段形成滯留層。③鉆進(jìn)過程中主要降低鉆井液黏度，提高靜切力，維護(hù)補(bǔ)充SMP-2、KFT-2、聚醚多元醇、KCl、NaCl為主，同時(shí)根據(jù)地層逐步提高鉆井液密度。④除去體系劣質(zhì)土相，保證良好的流變性能。鉆至設(shè)計(jì)井深后，下鉆通井，將井內(nèi)鉆屑清洗干凈，起鉆前使用SMP-2、LV-PAC和無熒光白油潤(rùn)滑劑封井，保證電測(cè)順利到底。

2.3.3 三開井段

（1）呼圖壁組、清水河組：該段地層為棕褐色泥巖、灰色泥巖，易掉塊、垮塌，形成不規(guī)則井眼，鉆井液維護(hù)處理應(yīng)以防塌為主，綜合考慮地層應(yīng)力、地層水化與工程措施對(duì)井壁穩(wěn)定的影響。采用合理的密度、抑制防塌和封堵防塌相結(jié)合的方法平衡地層應(yīng)力，嚴(yán)格控制中壓濾失量及高溫高壓濾失量，適當(dāng)提高黏切，避免定點(diǎn)循環(huán)，確保井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則，避免剝蝕、掉塊等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。

呼圖壁組上部地層加入井壁穩(wěn)定劑、多級(jí)配填充封堵劑來提高鉆井液封堵能力，預(yù)防井壁垮塌的發(fā)生；呼圖壁組下部地層及清水河組鉆進(jìn)時(shí)加入封堵防塌劑、多級(jí)配填充封堵劑來提高鉆井液填充封堵能力，提高井壁承壓能力，減少清水河組砂巖段滲漏。呼圖壁組上部地層加入磺甲基酚醛樹脂SMP-Ⅱ和防塌降濾失劑，使API濾失量降低至4 mL以內(nèi)、HTHP濾失量降低至12 mL以內(nèi)；呼圖壁組下部地層及清水河組地層鉆進(jìn)時(shí)加入褐煤樹脂SPNH、磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2、抗高溫抗鹽防塌降失水劑KFT等抗溫降濾失劑，使API濾失量降低至4 mL以內(nèi)、HTHP濾失量降低至11 mL以內(nèi)。鉆進(jìn)過程中保證多級(jí)配填充封堵劑和封堵防塌劑的有效加量，提高井壁承壓能力，配合適量隨鉆堵漏劑，提高體系封堵防塌性能，減少滲漏。若有漏失情況發(fā)生，則在提高鉆井液整體黏切的同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，加大隨鉆堵漏劑量，保證施工順利。清水河組地層巖性較均一，鉆井液主要性能是保持穩(wěn)定，維持鉆井液處理劑的有效含量，根據(jù)井下情況進(jìn)行微調(diào)，保證體系具有良好的流變性、固控效率，提高抑制能力，保證黏土適度絮凝，降低體系黏切，保證鉆井液清潔。

（2）三工河組：三工河組為本井目的層段，該段地層含大段硬脆性泥巖，微裂縫發(fā)育，易剝蝕掉塊、垮塌。因此，鉆井液的處理維護(hù)應(yīng)以保證安全鉆進(jìn)，防噴、減輕油氣侵、保護(hù)油層、增強(qiáng)抑制防塌及封堵防塌能力、維護(hù)井壁穩(wěn)定為主：①保證各類封堵防塌劑的有效含量，對(duì)泥巖微裂縫形成快速有效封堵，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的；②鉆進(jìn)中根據(jù)鉆井液損耗情況，補(bǔ)充KCl、NaCl，保持Cl-含量達(dá)到1.0×104以上，確保鉆井液具有較強(qiáng)的抑制防塌能力；③在保證抗溫處理劑磺化酚醛樹脂SMP-Ⅱ、褐煤樹脂SPNH、磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2、抗高溫抗鹽防塌降失水劑KFT有效含量的同時(shí)，加入有機(jī)硅穩(wěn)定劑，強(qiáng)化鉆井液體系的高溫穩(wěn)定性；④加強(qiáng)井眼凈化，防止巖屑局部堆積，保證井眼暢通；⑤隨

著井深的增加、裸眼段的增長(zhǎng)，加入適量無熒光白油潤(rùn)滑劑，使其在鉆井液中有效含量達(dá)1%～2%，以增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性，減摩降扭，防止粘卡。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

該井鉆進(jìn)過程中未發(fā)生掉塊卡鉆等復(fù)雜情況，施工順利；電測(cè)一次成功，下套管、固井順利；三開井段4 322～5 225 m，平均井眼擴(kuò)大率為4.6%，完全符合主要油層段井眼擴(kuò)大率不大于10.0%的要求，三開井段鉆井液性能如表5所示。

表5 征8井三開井段鉆井液性能

封堵成膜強(qiáng)抑制鉆井液多級(jí)隨鉆封堵技術(shù)和井壁修飾技術(shù)的運(yùn)用，提高了地層承壓能力，解決了上部地層孔隙壓力低導(dǎo)致的易漏失難題；在提高井壁穩(wěn)定基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了鉆井液的潤(rùn)滑性，有效降低了鉆具粘卡風(fēng)險(xiǎn)，保障了鉆井施工安全[8-9]。征8井比征6井和征1-2井鉆井周期大幅縮短，鉆機(jī)月速和平均機(jī)械鉆速均顯著提高（表6）。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液體系適應(yīng)性廣、易轉(zhuǎn)換，能有效控制井徑，保護(hù)儲(chǔ)層，提高施工效率。

表6 鉆井主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論

（1）通過分析征8井所在區(qū)塊主要地質(zhì)特征、鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策，研究了一種封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系，并對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該體系流變性好、抑制能力強(qiáng)、護(hù)壁性好、濾失量低、抗溫性強(qiáng)，綜合性能突出。

（2）封堵防塌強(qiáng)抑制鉆井液體系配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理工藝，實(shí)現(xiàn)了征8井安全高效鉆進(jìn)，施工過程中未發(fā)生井壁失穩(wěn)問題。該鉆井液體系良好的抑制防塌性、潤(rùn)滑防卡性和成膜封堵特性保障了現(xiàn)場(chǎng)順利施工，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)快鉆井，為今后該區(qū)塊的勘探開發(fā)提供了技術(shù)支持。