仇博識(shí)，龔 偉，周曉軒，邱春陽(yáng)

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

濱44X井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶的西坡，設(shè)計(jì)井深4 100 m。該井是勝利油田重點(diǎn)評(píng)價(jià)井，鉆探的目的是向北擴(kuò)大濱438井區(qū)沙河街組含油氣范圍。濱44X井區(qū)地層巖性復(fù)雜，多口井在鉆進(jìn)過(guò)程中都曾遭遇到阻卡情況，嚴(yán)重阻礙了該區(qū)塊的勘探步伐。為了保證濱44X井鉆探成功，優(yōu)選了聚磺抗高溫防塌鉆井液體系，針對(duì)不同地層的巖性特點(diǎn)，采用相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理工藝，順利鉆至目的層。濱44X井的成功鉆探，可為勝利油田在濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶的西坡濱44X井區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程地質(zhì)狀況

濱44X井設(shè)計(jì)井深4 100 m，一開(kāi)用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深283 m，下入φ339.7 mm表層套管至281.45 m；二開(kāi)用φ311.2 mm鉆頭鉆至井深3 002 m，換φ215.9 mm鉆頭打口袋至井深3 014 m，下入φ244.5 mm技術(shù)套管至2 940 m；三開(kāi)用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4 084 m完鉆，鉆井周期85.83 d，完井周期113 d。

濱44X井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷利津洼陷帶西坡濱44X井區(qū)，該井區(qū)地層自上而下為發(fā)育平原組(0～260 m)、明化鎮(zhèn)組(260～1 110 m)、館陶組(1 110～1 505 m)、東營(yíng)組(1 505～2 164 m)、沙一段(2 164～2 506 m)、沙二段(2 506～2 744 m)、沙三段(2 744～3 642 m)和沙四段(3 642～4 082 m)。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1)沙一段以上地層黏土礦物含量高，特別是沙一段的蒙脫石含量很高，沙二段頂部紫紅色泥巖造漿性強(qiáng)，施工中鉆井液濾液在鉆頭破碎巖石時(shí)滲入地層中，導(dǎo)致地層中的黏土礦物水化。這會(huì)造成兩個(gè)嚴(yán)重后果：一是鉆井液體系黏度和切力急劇升高，鉆井液流變性難以控制，最后導(dǎo)致井眼被“糊住”，造成嚴(yán)重的起下鉆阻卡；二是黏土礦物水化后膨脹，井徑變小，會(huì)導(dǎo)致起下鉆遭遇阻卡。

2)二開(kāi)采用φ311.2 mm鉆頭開(kāi)鉆，裸眼段長(zhǎng)達(dá)3 000 m，上部地層壓實(shí)性差，施工中機(jī)械鉆速高，鉆頭產(chǎn)生碎屑量大，鉆井液在大尺寸井眼中環(huán)空上返的速度低，井眼凈化效率低。如果巖屑不能及時(shí)攜帶出井眼，則會(huì)造成鉆頭重復(fù)破碎，輕則導(dǎo)致施工進(jìn)度降低，重則會(huì)造成泥包鉆頭。

3)沙河街組地層層理性極強(qiáng)，地層孔隙及微細(xì)裂縫發(fā)育快。施工中鉆井液濾液在壓差作用下侵入到地層層理、孔隙及裂縫中后，導(dǎo)致地層巖石膠結(jié)強(qiáng)度降低，井壁會(huì)剝蝕掉塊，最終在施工中會(huì)出現(xiàn)起下鉆阻卡的現(xiàn)象。相鄰的井——利57井、利67井等多口井在鉆至沙河街組后出現(xiàn)不同程度的坍塌掉塊，井壁失穩(wěn)現(xiàn)象頻繁。

4)三開(kāi)裸眼段井身軌跡差，3 806～3 885 m為糾斜井段，井斜從9.88°降至1.50°，存在一定的“狗腿度”，導(dǎo)致起下鉆遭遇阻卡，鉆井液體系的潤(rùn)滑防卡技術(shù)難度大。

3 鉆井液體系選擇

3.1 鉆井液體系選擇思路

為確保濱44X井鉆井施工順利，使用的鉆井液體系必須具備如下特點(diǎn)：①鉆井液體系抑制性好，能夠抑制上部地層黏土礦物的水化膨脹，防止地層造漿；②鉆井液體系封堵性能好，能夠?qū)ι澈咏纸M地層層理、孔隙及微細(xì)裂縫進(jìn)行有效封堵，防止井壁失穩(wěn)；③鉆井液體系濾失量低，并且濾失量容易控制，能夠降低易水化泥巖的水化趨勢(shì)；④鉆井液體系流變性好，能夠滿足工程提速提效的要求；⑤鉆井液體系具有一定的潤(rùn)滑性，能夠防止起下鉆阻卡事故發(fā)生。

3.2 鉆井液體系配方

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)深井及超深井鉆井液技術(shù)[1-6]，結(jié)合鄰井鉆井液體系使用情況，針對(duì)濱44X井地層巖性和施工中的技術(shù)難點(diǎn)，依據(jù)鉆井液體系優(yōu)選思路，優(yōu)選了聚磺抗高溫防塌鉆井液體系，體系基本配方如下：30～50 g/L膨潤(rùn)土+2～4 g/L聚丙烯酰胺PAM+3～5 g/L燒堿NaOH+20～30 g/L抗高溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+20～30 g/L磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1+20～40 g/L弱熒光磺化瀝青ZX-8+20～30 g/L弱熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1+20～40 g/L聚合醇潤(rùn)滑防塌劑+5～10 g/L硅氟稀釋劑+1～5 g/L表面活性劑。

4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)

4.1 二開(kāi)鉆井液技術(shù)

1)鉆進(jìn)時(shí)不斷加入質(zhì)量濃度為1～3 g/LPAM膠液，用來(lái)絮凝出口鉆井液中的黏土類固相。井深1 570 m處減少PAM的加量，加快地層的造漿速度。在漏斗黏度較為合適后，用水解聚丙烯腈銨鹽(NH4HPAN)調(diào)整鉆井液流變性。

2) 按全井加量逐步加入10 g/L無(wú)熒光防塌劑PA-1、10 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT和10 g/L羧甲基磺化酚醛樹(shù)脂SD-101，將中壓失水控制在12 mL左右。

3)鉆至東營(yíng)組底部，繼續(xù)按全井加量逐步加入10 g/L羧甲基磺化酚醛樹(shù)脂SD-101、10 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑 KFT、10 g/L弱熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1，將中壓失水控制在6 mL以內(nèi)。

4)進(jìn)入沙河街組后，提高聚合物PAM膠液加量，同時(shí)加入5 g/L胺基聚醇，提高鉆井液抑制性，控制紅泥巖的造漿，維護(hù)鉆井液性能的穩(wěn)定。同時(shí)開(kāi)啟除砂器、離心機(jī)，盡量清除劣質(zhì)固相，保持鉆井液的黏土含量在合理的范圍，同時(shí)配合適當(dāng)短起下鉆措施，保證井眼的暢通。

5)進(jìn)入沙三段后，按全井加量逐步加入10 g/L無(wú)水聚合醇、20 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、20 g/L羧甲基磺化酚醛樹(shù)脂SD-101和 20 g/L多元醇防塌劑，增強(qiáng)鉆井液體系的封堵防塌能力，防止硬脆性地層掉塊、垮塌。

6)中完后，充分循環(huán)，用0.5 t弱熒光井壁穩(wěn)定劑 HQ-1、0.3 t 抗鹽降濾失劑WFL-1配制封井液封住裸眼段下部2 000 m，保證電測(cè)和下套管作業(yè)順利。二開(kāi)鉆井液性能如表1所示。

表1 二開(kāi)鉆井液性能

4.2 三開(kāi)鉆井液技術(shù)

4.2.1 鉆井液預(yù)處理

1)三開(kāi)井段設(shè)計(jì)鉆井液密度為1.25～1.80 g/cm3，高密度鉆井液流變性能較難控制。合理的膨潤(rùn)土含量是保證高密度鉆井液流變性的前提?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)離心機(jī)清除和加入PAM稀膠液的方法將膨潤(rùn)土含量控制在40～45 g/L。

2)加入5 t磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1、2 t弱熒光井壁穩(wěn)定劑HQ-1、2.5 t抗鹽降濾失劑NFN-1、2.5 t抑制劑NFJ-1、2 t抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT，保證防塌劑和降濾失劑的含量充足，將體系轉(zhuǎn)化為聚磺抗高溫防塌鉆井液體系；按循環(huán)周加重至1.28 g/cm3，充分循環(huán)，待鉆井液性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)鉆。

4.2.2 井壁穩(wěn)定技術(shù)

1)保持合適的鉆井液密度，提供必要的力學(xué)支撐，使其和井壁壓力實(shí)現(xiàn)近平衡。進(jìn)入三開(kāi)井段后，根據(jù)地層壓力設(shè)計(jì)并充分結(jié)合鉆進(jìn)實(shí)際情況，適時(shí)調(diào)節(jié)鉆井液密度，保持地層具有適當(dāng)?shù)恼龎翰睿苑谰谔魤K；但密度也不能太大，以防黏附卡鉆和壓漏地層。

2)保持良好的流變性能。在三開(kāi)易塌井段，通過(guò)流型調(diào)節(jié)措施，將鉆井液的動(dòng)塑比控制在0.4～0.45 Pa/(mPa·s)，減弱鉆井液液流對(duì)井壁的沖蝕作用；同時(shí)在保證攜巖和井眼清潔能力的情況下，盡量保持鉆井液的低黏度和切力，減弱壓力激動(dòng)對(duì)井壁穩(wěn)定的影響。

3)提高鉆井液濾液的抑制性，抑制泥頁(yè)巖水化分散。及時(shí)補(bǔ)充質(zhì)量濃度為3～5 g/L PAM膠液，保證其在鉆井液中含量充足，提高鉆井液的抑制性，抑制泥頁(yè)巖水化膨脹。

4)強(qiáng)化物理封堵，主要通過(guò)加入20～30 g/L聚合醇潤(rùn)滑防塌劑和30 g/L磺化瀝青改善泥餅質(zhì)量，使得鉆井液體系能夠在井壁上形成低滲透、強(qiáng)韌性的泥餅，真正封堵地層層理、孔隙和微細(xì)裂縫。

5)降低高溫高壓濾失量。鉆至沙三段中和沙三段下地層，補(bǔ)充10～20 g/L弱熒光磺化瀝青ZX-8、10～20 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、10～20 g/L磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1 、10～20 g/L聚合醇潤(rùn)滑防塌劑等處理劑，將高溫高壓濾失量控制在8～10 mL，減弱泥頁(yè)巖的水化。

6)工程上保持合適的環(huán)空返速，下鉆到底后小排量開(kāi)泵頂通循環(huán)，慢慢提高至正常排量，防止激動(dòng)壓力過(guò)大造成井壁憋塌、憋漏。

4.2.3 潤(rùn)滑防卡技術(shù)

1)固相控制。為有效控制固相，保證鉆井液中聚合物PAM含量充足，抑制鉆屑水化分散，同時(shí)利用固控設(shè)備及時(shí)清除無(wú)用固相，三開(kāi)振動(dòng)篩的篩布孔徑0.125 mm，保證除砂器和離心機(jī)的使用率，盡量清除劣質(zhì)固相。

2)補(bǔ)充足量的潤(rùn)滑劑，改善泥餅質(zhì)量。在固相控制的基礎(chǔ)上，形成薄而致密的泥餅是提高鉆井液潤(rùn)滑性的關(guān)鍵。隨著鉆進(jìn)的進(jìn)行，加入足量的降濾失劑、防塌劑等，降低鉆井液濾失量，有效地減少泥餅厚度和滲透性，同時(shí)提高無(wú)水聚合醇潤(rùn)滑劑和瀝青類材料的加量，改善泥餅的潤(rùn)滑性，起到降低摩阻的作用。

3)工程上勤搞短起下鉆，刮掉吸附在井壁上的虛厚泥餅，暢通井眼，以破壞可能形成的鍵槽，防止卡鉆。

4.2.4 完井作業(yè)技術(shù)

1)通井循環(huán)，配制硅氟稀釋劑堿液，配方為m(硅氟稀釋劑GX-1)∶m(NaOH)∶m(水)=2∶1∶10，下鉆到底按循環(huán)周均勻加入，在后效段適當(dāng)增加稀釋劑的量，具體加量視鉆井液性能而定，保持鉆井液具有合適的流變性。

利用我國(guó)各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口老齡化程度的差異化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)梯度轉(zhuǎn)移。中西部省市應(yīng)利用老齡化程度相對(duì)較低，土地等生產(chǎn)要素成本較低等特點(diǎn)，大力進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，引導(dǎo)當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力在當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)，創(chuàng)造良好的投資環(huán)境，及時(shí)將勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)的外商直接投資向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。同時(shí)，東部地區(qū)應(yīng)努力致力于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，利用前期的資金和人才積累，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)刭?gòu)買力較強(qiáng)市場(chǎng)巨大的優(yōu)勢(shì)，吸引外商直接投資于資本密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。

2)同時(shí)補(bǔ)充3～5 g/L聚合物膠液，保證鉆井液中聚合物的含量，提高鉆井液抗污染穩(wěn)定性。

3)工程上，下鉆時(shí)分段開(kāi)泵循環(huán)鉆井液，在套管鞋內(nèi)開(kāi)泵循環(huán)1次，裸眼段分2次開(kāi)泵循環(huán)鉆井液，防止下鉆到底開(kāi)泵困難；循環(huán)過(guò)程中，在保證井下安全的前提下，盡量提高排量，充分凈化井眼。

4)循環(huán)干凈后，起鉆之前，配制封井液封裸眼井段，封井液配方：50 m3井漿+0.5 t 磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1+0.5 t 抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+3 t固體潤(rùn)滑劑+1 t 抗鹽降濾失劑WJH-1。三開(kāi)鉆井液性能見(jiàn)表2。

4.3 復(fù)雜情況處理

4.3.1 復(fù)雜情況簡(jiǎn)介

濱44X井鉆至井深3 884 m，鉆井液流變性變差，稍微靜止后，鉆井液迅速稠化。對(duì)鉆井液濾液分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知：鉆井液濾液中的 HCO3-和CO32-含量過(guò)高，說(shuō)明體系被嚴(yán)重污染。

4.3.2 原因分析

本井為重點(diǎn)評(píng)價(jià)井，鑒于發(fā)現(xiàn)油氣顯示的需要，施工中鉆井液密度一直控制在設(shè)計(jì)下限。在鉆井液靜止及起鉆過(guò)程中，鉆井液液柱壓力低于地層流體壓力，造成地層流體侵入鉆井液中。從地質(zhì)錄井氣測(cè)顯示看，后效段CO2的含量維持在2%～5%，正常鉆井時(shí)也達(dá)到0.3%～0.5%，導(dǎo)致地層流體污染鉆井液。

表2 三開(kāi)鉆井液性能

表3 HCO3-和CO32-含量

4.3.3 處理措施

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)小型試驗(yàn)確定處理措施：

1)用稀釋劑配制膠液兩罐，共20 m3，配方為10 m3清水+0.1 t聚丙烯酰胺PAM+0.3 t燒堿NaOH+0.5 t硅氟稀釋劑SF-1，按循環(huán)周加入鉆井液中，降低鉆井液體系的黏度和切力。

2)按循環(huán)周加入CaO，使之和CO32-和HCO3-反應(yīng)生成CaCO3沉淀，以化學(xué)方法除去HCO3-和CO32-。

按上述措施處理后，由于污染嚴(yán)重，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，鉆井液流變性沒(méi)有得到好轉(zhuǎn),故重新制定改進(jìn)措施如下：

1)配制稀釋劑堿液，配方為m(硅氟稀釋劑GX-1)∶m(NaOH)∶m(水)=2∶1∶10，共10 m3，降低鉆井液黏度和切力，為減少處理量，處理前回收受污染鉆井液60 m3。

2)鉆井液黏度和切力降低之后，混入新配制的鉆井液40 m3，補(bǔ)充鉆井液總量。

3)以濃膠液的形式補(bǔ)充聚丙烯酰胺PAM，并保持含量在3 g/L以上，增強(qiáng)鉆井液的膠體穩(wěn)定性。

4)在鉆井液中加入0.6 t表面活性劑Span 80，增強(qiáng)鉆井液體系的抗溫能力。

5)保持鉆井液pH在11以上，使HCO3-盡量轉(zhuǎn)化為CO32-。

6)補(bǔ)充CaO乳液，保持鉆井液中Ca2+的含量，足以除去HCO3-和CO32-。

7)及時(shí)補(bǔ)充弱熒光磺化瀝青ZX-8、抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、磺化酚醛樹(shù)脂SMP-1和聚合醇潤(rùn)滑防塌劑，增強(qiáng)鉆井液體系的封堵防塌能力。

4.3.4 處理效果

經(jīng)過(guò)上述處理，鉆井液流變性恢復(fù)，處理前后鉆井液性能如表4所示。

表4 處理前后鉆井液性能

5 結(jié)論和建議

1)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系抑制性好，懸浮攜帶能力強(qiáng)，解決了二開(kāi)大井眼易造漿地層的攜巖問(wèn)題，二開(kāi)施工中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無(wú)阻。

2)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系封堵性好，抗溫性強(qiáng)，通過(guò)合理密度支撐及薄韌泥餅封堵措施，解決了沙河街組的井壁失穩(wěn)難題，施工中偶見(jiàn)剝蝕掉片外，無(wú)井塌現(xiàn)象，井壁穩(wěn)定。

3)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系潤(rùn)滑性能好，雖然三開(kāi)由于工程糾斜出現(xiàn)“狗腿度”，但是起下鉆暢通無(wú)阻，電測(cè)順利，無(wú)遇阻顯示。

4)沙河街組地層存在層理、裂縫和微小孔隙，局部井段發(fā)育油泥巖和紅泥巖，易水化縮徑，必須保證封堵防塌劑的含量，同時(shí)采取合理的鉆井液密度，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

5)該井鉆井液遭遇CO32-及HCO3-污染，建議今后鉆探中適當(dāng)提高鉆井液密度，保證在靜止時(shí)鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力相平衡。