塔中西部三疊系鉆頭泥包原因分析及對策

明瑞卿，張時中

1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院(湖北武漢430100)

2.中國石化河南石油工程有限公司(河南鄭州450000)

塔中西部三疊系鉆頭泥包原因分析及對策

明瑞卿1，張時中2

1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院(湖北武漢430100)

2.中國石化河南石油工程有限公司(河南鄭州450000)

在塔中西部鉆探過程中，多口井三疊系地層出現(xiàn)了鉆頭泥包現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了區(qū)塊機(jī)械鉆速和經(jīng)濟(jì)效益。開展了三疊系鉆頭泥包原因分析，對塔中三疊系地層巖性、鉆井參數(shù)、鉆頭選型、鉆井液性能及現(xiàn)場鉆井液體系使用情況等進(jìn)行了研究。認(rèn)為三疊系地層鉆頭泥包的重要原因是鉆井液體系的選擇失誤和鉆井液性能問題。對現(xiàn)場實(shí)際使用的4種鉆井液體系的性能和常用的抑制劑組合的性能進(jìn)行了評價，給出了滿足塔中西部三疊系鉆頭泥包要求的KCl聚合物鉆井液推薦配方。

鉆頭泥包;三疊系;鉆井液;鉆井效率;塔中西部

PDC鉆頭具有較高的機(jī)械鉆速和較長的使用壽命，在快速鉆進(jìn)中扮演著重要角色[1-5]。近年來，隨著PDC鉆頭對復(fù)雜地層適應(yīng)性的不斷提高，其應(yīng)用也越來越廣泛[6]。在塔中西部，PDC+螺桿鉆具的廣泛使用，使機(jī)械鉆速迅速提高，效果顯著。但在實(shí)際應(yīng)用中，PDC鉆頭也出現(xiàn)了不少問題。部分井段(如三疊系，二疊系等)均出現(xiàn)了不同程度的PDC鉆頭泥包現(xiàn)象，其中以三疊系的泥包問題尤為突出。為提高三疊系鉆井效率，對鉆頭泥包原因進(jìn)行了分析，優(yōu)選出鉆井液抑制劑組合，推薦鉆井液配方在現(xiàn)場應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 三疊系鉆頭泥包原因分析

1.1 地層泥巖粘土礦物成分分析

針對塔中西部三疊系發(fā)生泥包井段，選取ZG262井2 628m和ZG162-H3井3 175m處巖心，進(jìn)行X射線衍射礦物成分分析(表1)。三疊系地層粘土礦物含量較高，為30%～40%，這是該地層發(fā)生鉆頭泥包的主要原因之一。同時，水敏性礦物伊蒙混合物含量較高，相對含量在50%以上，易引起地層巖石水化分散，從而造成鉆頭泥包。

1.2 鉆井參數(shù)分析

1)在泥巖地層，加大鉆壓易形成鉆頭泥包。應(yīng)適當(dāng)減小鉆壓，提高轉(zhuǎn)速，以減少泥包的發(fā)生。塔中西部三疊系為泥巖井段，塔中西部17口井在三疊系鉆井施工中鉆壓60～80kN、轉(zhuǎn)速60～75r/min，比較適合。

2)由于三疊系機(jī)械鉆速較高，能產(chǎn)生的鉆屑相對較多，提高排量能及時帶出井底鉆屑避免鉆屑在井底堆積、堵塞水眼或泥包鉆頭。現(xiàn)場三疊系鉆進(jìn)時的排量在27～31L/s，泵壓在21～23MPa，故提升排量的余地不大(此處僅列出塔中西部17口井中的9口井，如表2所示)。

1.3 鉆頭選型分析

塔中西部二開井段常用多種型號多種尺寸PDC鉆頭，多數(shù)鉆頭中心孔流道與排水槽均較大。

1.4 鉆井液性能分析

鉆井施工過程中，不合理的鉆井液的密度和固相含量往往是鉆頭泥包很重要的因素[7-8]。統(tǒng)計了塔中西部三疊系不同的鉆井液密度、鉆井液固相含量，PDC鉆頭泥包發(fā)生的概率，如表3、表4所示。在三疊系鉆進(jìn)中，當(dāng)鉆井液密度小于等于1.25g/cm3時，泥包率為11.10%;而當(dāng)固相含量小于等于10%時，泥包率為12.50%。故鉆井液密度與固相含量過高也是三疊系鉆頭泥包原因之一。

1.5 現(xiàn)場鉆井液體系使用情況分析

從表5結(jié)果可以看出，現(xiàn)場在三疊系鉆進(jìn)過程中使用的4種鉆井液體系發(fā)生鉆頭泥包的比例都較大。其中，KCl聚合物鉆井液體系低于50%，使用CP全陽離子鉆井液體系發(fā)生鉆頭泥包比例高達(dá)100%。

綜合上述分析，認(rèn)為三疊系鉆井施工中鉆井液體系的選擇失誤和鉆井液性能問題是鉆頭泥包的重要原因。

2 鉆井液評價與分析

2.1 鉆井液體系評價

對塔中西部三疊系鉆井施工中實(shí)際使用的4種鉆井液體系進(jìn)行鉆屑線性膨脹率和滾動回收率實(shí)驗(yàn)(表6)。

由表6可知，4種鉆井液中KCl聚合物鉆屑線性膨脹率最低，防膨性能最好，滾動回收率最高，其次為聚合物鉆井液體系，2種鉆井液對三疊系地層泥巖水化有相對較強(qiáng)的抑制性。

2.2 抑制劑組合篩選

根據(jù)多元協(xié)調(diào)理論[9-10]，抑制劑和KCl復(fù)合后抑制性會有較大的提升，表現(xiàn)出較好效果。在此基礎(chǔ)上復(fù)合MMH正電膠，抑制性又有所提高。

對復(fù)合抑制劑對鉆屑的線性膨脹性和滾動回收率進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。由表7可知，0.4%KPAM+3%KCl+2%MMH復(fù)合抑制劑膨脹率最低，防膨性最好。

2.3 推薦三疊系防泥包鉆井液配方

針對三疊系地層特點(diǎn)，采用多元協(xié)調(diào)理論，推薦配方為：4%膨潤土+0.2%NaOH+(0.6～0.8)%KPAM (或80A52或IND-30或NMI-4)+(0.5～0.8)%HVCMC+(1.5～2.0)%Redul+(2～3)%SMP-1+(2～3)% JNJS-220+(3～5)%KCL+(2～3)%PGSS-1+(2～3)% TVRF-1+(1～2)%SY-A01+(3～4)%DEF-6+加重劑。基本性能如表8所示。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

鉆井液配方提出后，在塔中西部后期多口攻關(guān)井鉆井施工中得以應(yīng)用。現(xiàn)場效果證明：在相同鉆具結(jié)構(gòu)條件下，較鄰井的相同井段，機(jī)械鉆速平均提高了30%，現(xiàn)場泥包率平均降低了73%，大大改善了三疊系的鉆井工況。

以鉆井施工的中古164井為例，中古164井三疊系為2 515～3 821m，長1 306m。現(xiàn)場在二開井段使用推薦的鉆井液體系700m3，在三疊系鉆井過程中，未出現(xiàn)鉆頭泥包現(xiàn)象，平均機(jī)械鉆速達(dá)到了6.82m/h。而攻關(guān)前的鄰井中古162-H3井三疊系鉆井施工中，出現(xiàn)了4次鉆頭泥包，分別在2 683m處出現(xiàn)水眼被堵一個、2 800m處2個水眼被堵死、3 100m處3刀翼被泥包、3 500m處2刀翼被泥包，大大降低了機(jī)械鉆速，導(dǎo)致平均機(jī)械鉆速僅為3.91m/h。相比于鄰井中古162-H3井，中古164井平均機(jī)械鉆速提高了42%，泥包次數(shù)為0，三疊系提速和防泥包效果明顯。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)通過對現(xiàn)場多方面的研究分析，塔中西部三疊系地層鉆井施工中鉆頭泥包的原因是粘土礦物含量較高，極易水化分散;出現(xiàn)鉆井液體系的選擇失誤和鉆井液性能的問題。

2)通過對現(xiàn)場鉆井液評價，優(yōu)選了適合的抑制劑組合和防泥包鉆井液配方。

3)通過抑制劑的多元復(fù)配，抑制劑組合的抑制性有明顯增強(qiáng)，有利于抑制地層泥巖水化，在該區(qū)塊三疊系地層應(yīng)用提速和防泥包效果良好。

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In drilling process of Triassic in western Tazhong Oilfield，bit balling appears in several wells，which seriously influences mechanical drilling rate and economic benefit.For this reason，the causes leading to the bit balling are analyzed.The formation lithology，the drilling parameters，the bit type，the performance of drilling fluid and the field use conditions are studied，and it is held that the main cause leading to bit balling is inappropriate selection of drilling fluid system.The property of 4 common drilling fluid systems is evaluated，the KCI-polymer drilling fluid formula suitable to drilling of the Triassic in western Tazhong Oilfield is proposed.

bit balling;Triassic;drilling fluid;drilling efficiency;western Tazhong Oilfield

尉立崗

2015-05-05

中國石油鉆井科研項(xiàng)目“塔中西部三疊系鉆頭泥包和二疊系井壁穩(wěn)定技術(shù)研究”(編號：121013050107)

:明瑞卿(1989-)，男，在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事鉆井工藝與技術(shù)研究。