義289井井壁穩定鉆井液技術

邱春陽，溫守云，張希成，王興勝

(勝利石油工程有限公司鉆井泥漿公司，山東 東營 257064)

義289井是部署在濟陽坳陷沾化凹陷義107鼻狀構造帶義289斷塊高部位的重點評價直井，鉆探目的是為向西南擴大義283井區沙河街組含油氣范圍。該井設計井深為4 070 m，實際完鉆井深4 090 m。井身結構為:一開 Ф444.5 mm 鉆頭 ×152.14 m、Ф339.7 mm 套管 ×151.29 m;二開Ф311.2 mm鉆頭 ×2 000 m、Ф244.5 mm 套管 ×1 999.64 m;三開 Ф215.9 mm 鉆頭鉆至井深4 090 m 完鉆，鉆井周期77.77d，完井周期108 d，該井的鉆探成功為深化研究及開發該區塊油氣藏提供了寶貴的技術經驗。

1 鉆井液技術難點

義289斷塊地質構造復雜，地層自上而下發育平原組、明化鎮組、館陶組、東營組和沙河街組。上部地層疏松，下部地層易坍塌，沙河街組存在高壓層，施工中鉆井液技術難點如下。

1)館陶組、東營組和沙一段地層蒙脫石含量高，地層造漿嚴重，造成鉆井液黏切劇增，易發生復雜情況。鄰井曾在此井段起下鉆發生嚴重的遇阻現象，被迫反復劃眼，損失近10 d時間。

2)沙二段、沙三段和沙四段為灰色泥巖，局部為灰色泥巖和油頁巖互層，油頁巖易發生剝蝕掉塊;灰色泥巖為硬脆性泥巖，易造成水化應力垮塌掉塊，井壁嚴重失穩，引起各種復雜情況，該區塊多口井在鉆至該層位時均發生不同程度的坍塌掉塊，嚴重者卡鉆。

3)沙四段含有大段膏巖，膏巖易溶解在鉆井液中，導致鉆井液黏切增大，濾失量增加;膏巖發生塑性形變后，導致其上支撐的硬質泥巖因失去支撐而垮塌，造成起下鉆遇阻及卡鉆等復雜情況。

4)據地質預報，沙四段存在異常高壓，且該區塊地層溫度異常高，義185井完井電測顯示溫度超過180℃，使用高密度鉆井液在高溫下進行施工，給鉆井液提出了新的挑戰［1］。

2 鉆井液的選擇

通過調研國內深井及超深井鉆井液施工情況［2-6］，參考鄰井鉆井液施工經驗，針對義289井三開地層特點及施工中的技術難點，確定了各個井段鉆井液及基本配方。

二開采用聚合物防塌鉆井液。配方為:一開井漿、0.3% ～0.5%(質量分數，下同)聚丙烯酰胺PAM、0.4% ～0.7%NaOH、2% ～3%銨鹽 NH4HPAN、1% ～2%抗復合鹽降濾失劑 WFL-1、0.5% ～1%高黏羧甲基纖維素HV-CMC。

三開采用雙聚防塌鉆井液。配方為:二開井漿、0.3% ～0.4% 聚丙烯酰胺 PAM、0.3% ～0.5%NaOH、2% ～3%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、2% ～3%磺化酚醛樹脂SMP-1、3% ～4%低熒光磺化瀝青ZX-8、2% ～3%超細碳酸鈣、1% ～2%聚合醇潤滑防塌劑、2% ～3%胺基聚醇、0.5% ～1%硅氟稀釋劑、0.5% ～1%稀釋劑 GX-1、0.1% ～0.3%乳化劑 SP-80。

3 現場鉆井液技術

3.1 二開(152.14 ～2 000 m)鉆井液技術

1)使用一開井漿鉆穿表層套管后，繼續鉆進80 m，然后改為大循環清水鉆進，鉆進至1 000 m轉換為小循環鉆進。

2)小循環后，停止加入PAM膠液，加快地層造漿速度。待漏斗黏度達到40 s后加入1%銨鹽調整鉆井液流型，然后加入PAM膠液，防止巖屑分散。

3)鉆進中漏斗黏度控制在45～50 s，在保持鉆井液具有一定懸浮攜帶能力的情況下，最大限度發揮鉆頭水馬力，提高機械鉆速。

4)適當控制濾失量，鉆進中加入銨鹽和抗復合鹽降濾失劑WFL-1，逐漸降低中壓濾失量至7 mL，適當沖刷井壁。

5)開動四級固控設備，鉆井液密度控制在1.16 g/cm3以內，降低鉆井液中的劣質固相。

6)中完后充分洗井，待振動篩無巖屑返出后，用WFL-1和HV-CMC配制60 m3稠漿(漏斗黏度大于70 s)封井，確保電測及下套管施工順利。

3.2 三開(2 000 ～4 090 m)鉆井液技術

1)開鉆前預處理。三開井段設計密度為1.15～1.55 g/cm3，地質預報有異常高壓層，鉆井液密度可能達到2.0 g/cm3，高密度鉆井液流變性能較難控制，必須控制膨潤土含量。現場通過開動離心機和加入0.5%PAM稀膠液的方法降低膨潤土含量，將膨潤土含量由60 g/L降低到40～45 g/L后，按照配方加入各種處理劑，充分循環，性能達設計要求后開鉆。

2)井壁穩定技術。a)進入沙河街組后，鉆井液密度提高到1.20 g/cm3，并在鉆進中根據實鉆情況適時調節，保持對地層的正壓差，防止井壁坍塌掉塊;b)保持適當的鉆井液流變性能。鉆井液的動塑比控制在0.4～0.45 Pa/(mPa·s)，保證鉆井液具有良好的流變性，減弱鉆井液液流對井壁的沖蝕作用;同時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切，減弱壓力激動對井壁穩定的影響;c)提高鉆井液濾液的強抑制性，抑制泥頁巖水化分散。及時補充1.5%胺基聚醇和2%聚合醇潤滑防塌劑膠液，配合0.3% ～0.5%PAM膠液，保證其在鉆井液中的含量充足，提高鉆井液的抑制性;d)強化物理封堵，通過加入3%低熒光磺化瀝青ZX-8，配合2.5%超細碳酸鈣，改善泥餅質量，提高鉆井液的封堵防塌能力;e)降低濾失量。使用3%KFT和2%SMP-1，將中壓濾失量降低到3 mL以內，高溫高壓濾失量控制在12 mL以內，減輕濾液向地層的滲入;f)工程上保持合適環空返速，下鉆到底開泵小排量頂通，慢慢提至正常排量，防止激動壓力過大，造成井壁憋塌、憋漏。

3)潤滑防卡技術。a)固相控制。保證聚合物PAM質量分數在0.3%以上，抑制鉆屑水化分散，同時利用固控設備及時清除無用固相，減少劣質固相在泥漿中分散的可能性。b)補充足量的潤滑劑，改善泥餅質量。在固相控制的基礎上，形成薄而致密的泥餅是提高鉆井液潤滑性的關鍵。隨著鉆進的進行，加入2%聚合醇潤滑劑和瀝青類材料的加量，改善泥餅的潤滑性，起到降低摩阻的作用。

4)中途測試措施。鉆至3 850 m進行中途測試。測試前充分循環，井底干凈后，用1.5%聚合醇潤滑劑、1%石墨和1%SMP-1配制封井漿封井底1 500 m，保證中途測試的正常進行。

4 復雜情況的處理

4.1 碳酸氫根污染處理

義289井鉆至井深3 860 m，碳酸氫根質量濃度達到9 376 mg/L，為嚴重的碳酸氫根污染。現場技術小組認為原因如下:本井是重點評價井，鑒于發現油氣顯示的需要，密度一直執行下限，不斷有地層流體侵入，后效嚴重;地質錄井顯示，后效段CO2的體積分數在2% ～5%之間，正常鉆進時體積分數在0.3% ～0.5%，因此對鉆井液造成嚴重污染。

現場通過小型試驗確定以下處理措施:1)配制稀釋劑膠液兩罐，共20 m3，配方為:10 m3清水、0.1 tPAM、0.4 tNaOH、0.5 tSF-1，按循環周加入鉆井液中，降低鉆井液黏度和切力;2)按循環周逐漸加入CaO，充分循環，使之反應生成CaCO3沉淀，以化學方法除碳酸氫根;3)后續鉆進中適當提高鉆井液密度至1.58～1.60 g/cm3，使油氣層壓而不死，活而不噴。

經過處理，鉆井液流動性變好，性能穩定。處理前后鉆井液性能如表1。

表1 污染前后鉆井液性能變化情況

4.2 后效段油氣侵處理

由于密度執行下限，油氣顯示活躍，自井深3 039 m開始，鉆進時氣測值保持在20% ～30%，每次下鉆到底開泵循環，后效顯示嚴重，氣測最高達100%。大量油氣侵入鉆井液中，導致鉆井液密度下降，黏切增大，流變性不穩。

現場處理措施:1)配制稀釋劑膠液。3 900 m前膠液配方為:10 m3清水、0.1 t聚丙烯酰胺PAM、0.3 tNaOH、0.7 t硅氟稀釋劑 SF-1;3 900 m 后膠液配方為:10 m3清水、0.1 t聚丙烯酰胺 PAM、0.25 tNaOH、0.7 t抗高溫稀釋劑GX-1。膠液均勻跟入，維持鉆井液流變性。2)均勻加入0.5%SP-80，使侵入原油得到乳化，并增強鉆井液的抗溫能力;3)根據后效段情況，適時開啟油氣分離器，盡量使侵入氣體從泥漿中脫附出來。

經過處理，鉆井液流變性穩定，順利完鉆。

5 效果及認識

1)使用聚合物防塌鉆井液和雙聚防塌鉆井液，解決了上部地層易造漿及下部地層易坍塌的難題，施工中井壁穩定，起下鉆暢通無阻，電測及下套管一次成功率100%。

2)井身質量良好，二開平均井徑擴大率為9.2%，三開平均井徑擴大率為7.85%，滿足了評價井對井身質量的要求。

3)上部地層易造漿，必須保證大分子聚合物的質量濃度在0.3%以上，控制濾失量在6～8 mL，適當沖刷井壁，提高機械鉆速，才能預防復雜情況的發生。

4)下部地層易坍塌，必須保證防塌劑的質量濃度在3%以上，配合超細碳酸鈣，調整鉆井液中的固相顆粒級配，使之形成良好的泥餅，隔絕壓力的傳遞;同時保持鉆井液對地層的正壓差，這樣才能保證井壁穩定。

5)該區塊碳酸根污染嚴重，必須采用合適的方式處理，CaO必須逐漸加入，否則加量過多會進一步惡化鉆井液的流變性。

［1］鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.東營:中國石油大學出版社，2006.

［2］周輝，郭保雨，江智君.深井抗高溫鉆井液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2005，22(4):46－48.

［3］王關清，陳元頓.深探井和超深井鉆井的難點分析和對策探討［J］.石油鉆采工藝，1998，20(1):1－17.

［4］黃治中，楊玉良，馬世昌.不滲透技術是確保霍爾果斯安集海河組井壁穩定的關鍵［J］.新疆石油科技，2008，18(1):9－12.

［5］趙秀全，李偉平，王中義.長深5井抗高溫鉆井液技術［J］.石油鉆探技術，2007，35(6):39－73.

［6］王亞寧，黃物星，龔厚平，等.周深X1井鉆井液技術［J］.鉆井液與完井液，2011，28(4):40－45.