曹 輝，陳 磊，陳恩讓

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710021；2.川慶鉆探鉆采工程技術(shù)研究院,陜西西安710021）

1 概述

三塘湖盆地馬朗區(qū)塊是典型山前構(gòu)造，地殼區(qū)域擠壓作用強(qiáng)烈，斷層、裂縫多，地層復(fù)雜，地質(zhì)特征主要發(fā)育有天然裂縫系統(tǒng)，強(qiáng)非均質(zhì)性，巖性混雜，斷裂系統(tǒng)發(fā)育；在條湖組和卡拉崗組、蘆草溝組和卡拉崗組地層破碎帶交接處存在不整合面，鉆井井壁垮塌問題嚴(yán)重且掉塊大而多（見圖1），引起的井下復(fù)雜輕則造成起下鉆阻卡劃眼，重則卡鉆或埋死鉆具等井下事故[1-5]。針對以上技術(shù)難題，我們對鉆井液存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，研發(fā)出一種具有強(qiáng)封堵性、抑制性好、流變性良好、潤滑減阻效果明顯的強(qiáng)封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系，該體系采用復(fù)配的封堵性材料和鉀鹽作為主要處理劑，具有封堵性強(qiáng)、抑制性好、抗污染能力強(qiáng)、固相容量限高等技術(shù)特點(diǎn)。

圖1 三塘湖盆地馬朗區(qū)塊井壁垮塌掉塊

2 技術(shù)對策

由于鉆井液濾液進(jìn)入裂隙后其間的膨脹壓力增大，降低了泥巖的強(qiáng)度和剛性，使其微孔隙壓力升高，從而導(dǎo)致凝灰質(zhì)泥巖崩裂垮塌，鉆井液失水越大，井壁剝落垮塌越嚴(yán)重。因此：加強(qiáng)鉆井液封堵造壁性十分必要，可以降低和穩(wěn)定鉆井液濾失量；通過無機(jī)鹽（電解質(zhì)）的加入，可提高鉆井液水相的礦化程度，平衡鉆井液水相與地層流體的滲透壓差；發(fā)揮聚合物的包被絮凝作用，穩(wěn)定泥頁巖；從上述三個方面的考慮，開展室內(nèi)研究并研發(fā)出強(qiáng)封堵鉀鹽聚合物鉆井液體系，該體系具有強(qiáng)封堵性、強(qiáng)抑制性、濾失量低、潤滑性好等特點(diǎn)。

2.1 基本配方

對該體系進(jìn)行常溫、高溫條件下的一系列的配方優(yōu)選試驗(yàn)，該體系性能穩(wěn)定、具有強(qiáng)抑制性，最后得出了該體系的基本配方如下：0.2%燒堿+0.3%提切劑+0.2%絮凝劑+0.5%降失水劑+8%鉀鹽+5%復(fù)配封堵劑+1%~2%水基潤滑劑+適量重晶石，鉆井液性能見表1。

表1 鉆井液體系性能參數(shù)

2.2 體系抗溫性評價(jià)試驗(yàn)

由于該區(qū)塊井底溫度接近120℃，長時(shí)間鉆進(jìn)對鉆井液的抗溫性和穩(wěn)定性要求較高，為此對鉆井液體系配方在室內(nèi)做抗溫性評價(jià)試驗(yàn)。在不同溫度下熱滾，對比前后性能變化（見表2）。

表2 鉆井液體系抗溫實(shí)驗(yàn)

由表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，120℃熱滾后粘度損失率僅33.8%，表明該鉆井液體系使用溫度可達(dá)到120℃以上，完全滿足該區(qū)塊頁巖油水平井鉆井液抗溫要求。

2.3 頁巖回收率評價(jià)

針對上部齊古組、頭屯河組地層易水化膨脹的特點(diǎn)，優(yōu)選出鉀鹽作為體系的主要抑制劑，測試了不同抑制劑在120℃×16h熱滾前后巖屑回收率（巖屑取自齊古組地層），試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同抑制劑對巖屑回收率的影響

由圖2可知，對配制不同抑制劑的鉆井液在120℃×16h熱滾后，含8%鉀鹽的鉆井液巖屑一次回收率在95%，二次回收率在82%，明顯高于其它。

2.4 鉆井液濾失性能評價(jià)

針對三塘湖地區(qū)下部地層火山成巖凝灰質(zhì)頁巖微裂縫發(fā)育豐富的特點(diǎn)，在室內(nèi)篩選出封堵性材料及降失水劑，按一定的比例進(jìn)行復(fù)配形成4種配方，進(jìn)行相應(yīng)常壓和高溫高壓濾失性能評價(jià)，見圖3。

圖3 不同配比下的濾失性能評價(jià)

從圖3可以看出，第3#配方其降失水效果最好并且形成的泥餅性能既薄又韌，應(yīng)有利于下部地層微裂縫發(fā)育豐富的條湖組、蘆草溝組長水平段的安全快速鉆進(jìn)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

三塘湖盆地馬朗區(qū)塊地層主要以砂礫巖、軟泥巖、炭質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)頁巖、火山白云質(zhì)泥頁巖為主，在條湖組和蘆草溝組和卡拉崗組交接處存在不整合面，是地層破碎帶，其巖性以凝灰質(zhì)泥巖為主。針對區(qū)塊致密油水平井地質(zhì)地層特點(diǎn)，制定出相應(yīng)的鉆井液技術(shù)方案：導(dǎo)眼段采用坂土漿；一開表層段采用無機(jī)鉀鹽鹽水+坂土稠塞；二開上部井段采用常規(guī)鉀鹽聚合物體系；二開進(jìn)入條湖組轉(zhuǎn)為強(qiáng)封堵鉀鹽聚合物體系；三開直導(dǎo)眼和側(cè)鉆造斜水平段延用在該體系的基礎(chǔ)上注重鉆井液的攜砂性和潤滑性。在ML-X致密油水平井鉆進(jìn)過程中取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，成功地解決了三塘湖區(qū)塊山前構(gòu)造井壁失穩(wěn)垮塌的技術(shù)難題。整個鉆井施工過程比較順利，鉆井液維護(hù)處理方便且性能穩(wěn)定:密度1.13~1.45g/cm3,FV45~90s,FLAPI3.4~9mL,泥餅0.2~0.3mm,pH 8~10,含砂量小于0.5%,PV15~35mPa·s,YP8~20Pa，濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)小于0.1，并且泥餅薄、不粘、摩阻小，流變性優(yōu)良，動塑比適宜，攜砂效果好，潤滑性能好，井壁較為穩(wěn)定，3趟取芯+7次電測+下套管作業(yè)均一次性成功。

3.1 井壁穩(wěn)定的鉆井液現(xiàn)場工藝技術(shù)措施

在上部易水化地層齊古組、頭屯河組鉆進(jìn)過程中，始終保持鉀鹽含量在8%,大大增加了鉆井液的抑制防塌性，未有井眼縮徑、起下鉆遇阻現(xiàn)象。在下部地層破碎帶西山窯組、條湖組、蘆草溝組鉆進(jìn)過程中，重點(diǎn)加強(qiáng)防塌封堵劑的使用，并有效控制井液API濾失量在5mL以內(nèi)，大大降低了該段地層坍塌壓力，從而有效緩解了破碎帶垮塌遇卡的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

從振動篩返出的鉆屑棱角分明（如圖4所示），證明是一次切削后的巖屑，用手捏碎后發(fā)現(xiàn)里面多半是干的，說明鉀鹽起到了強(qiáng)抑制性，有效地控制了齊古組和頭屯河地層泥頁巖的水化膨脹分散。實(shí)踐證明，在該段起下鉆時(shí)都很順利，基本沒有發(fā)現(xiàn)縮徑和遇阻現(xiàn)象。

圖4 齊古組地層巖屑返出

3.2 防止鉆頭泥包措施

提高對頁巖抑制性和絮凝性，盡可能地降低粘土分散造漿和停止采用鈉膨潤土調(diào)節(jié)其流變性，始終保持泥漿中MBT<40kg/m3，全井鉆進(jìn)過程中無一次泥包現(xiàn)象發(fā)生（見圖5）。

圖5 起出鉆頭清潔無泥包

3.3 機(jī)械鉆速高，鉆井周期短

采用強(qiáng)封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系后，鉆井平均機(jī)械鉆速得到突破性的提高，4.67m/h，較鄰井的平均機(jī)械鉆速提高約126%，在甲方縮短鉆井周期設(shè)計(jì)的情況下仍然提前了12.35d。

通過以上的現(xiàn)場應(yīng)用分析及取得的技術(shù)指標(biāo)表明：該強(qiáng)封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系在三塘湖盆地馬朗區(qū)塊致密油水平井得到了成功應(yīng)用，不僅從機(jī)械鉆速、完鉆周期方面取得良好的效果，而且綜合鉆井成本得到了大幅度降低。

4 結(jié)論和建議

強(qiáng)封堵性鉀鹽聚合物體系在三塘湖盆地馬朗凹陷山前構(gòu)造區(qū)塊ML-X1、ML-XH鉆井施工中得到了成功應(yīng)用，并成功解決了因上部地層泥頁巖水化膨脹而引起的縮徑擴(kuò)徑、鉆頭泥包問題，以及下部微裂縫發(fā)育地層破碎帶的井眼垮塌、井下漏失、機(jī)械鉆速低等長期困擾安全快速鉆井的技術(shù)難題。

（1）該鉆井液體系成功克服了長裸眼段(2311~4232m)條湖組底部和蘆草溝組地層破碎帶井壁不穩(wěn)定、易垮塌的技術(shù)難題。

（2）ML-X2H井三開單只鉆頭進(jìn)尺715m，平均機(jī)械鉆速5.47m/h，創(chuàng)該區(qū)塊山前構(gòu)造單只鉆頭進(jìn)尺最長、機(jī)械鉆速最快的記錄，有效實(shí)現(xiàn)了安全、快速、優(yōu)質(zhì)鉆井施工作業(yè)。

（3）建議進(jìn)一步優(yōu)化升級鉆井液體系配方，使其性能更穩(wěn)定、現(xiàn)場維護(hù)更簡便，以滿足該區(qū)塊鉆井低成本快速鉆井需求。