強抑制、抗高溫防塌鉆井液在董8井中的應用

邱春陽　趙立新　司賢群　何興華　王寶田　渠震龍（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司，山東東營　257064）

強抑制、抗高溫防塌鉆井液在董8井中的應用

邱春陽趙立新司賢群何興華王寶田渠震龍
（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司，山東東營257064）

董8井是中石化部署在準噶爾盆地的一口重點預探直井，完鉆井深5 580 m，該井上部地層起下鉆遇阻頻繁，下部侏羅系煤層發育，且地層壓力異常，施工中井壁失穩嚴重；三工河組存在高壓鹽水層及碳酸氫根流體污染，高密度下鉆井液流變性不易調控。針對該井地質特點，通過室內研究，確定使用鋁胺強抑制防塌鉆井液體系和抗高溫成膜防塌鉆井液體系，現場應用結果表明，采用的鉆井液體系解決了上部地層軟泥巖縮徑、砂巖段阻卡及侏羅系井壁失穩的難題，全井平均井徑擴大率僅為7.02%，滿足了施工的需要。

董8井；防塌鉆井液；煤層；高壓；流體污染；井壁穩定

董8井是中石化為了解董8井區侏羅系含油氣情況而在準噶爾盆地中部4區塊部署的一口重點預探井，設計井深5 640 m，實鉆井深 5 580 m，完鉆層位為侏羅系八道灣組。該井地層巖性復雜，勝金口組及以上地層棕紅色及紫紅色軟泥巖產生的塑性變形及砂巖段形成的虛濾餅易導致起下鉆阻卡；侏羅系地層壓力異常，并且煤層發育，易發生硬脆性及應力性垮塌；高壓鹽水層及碳酸氫根流體污染破壞高密度鉆井液流變性，并且使用高密度鉆井液鉆進易在上部砂巖段造成黏附卡鉆，鉆井液施工技術難度大。通過使用鋁胺強抑制防塌鉆井液體系和抗高溫成膜防塌鉆井液體系，順利鉆達目的層，整個過程施工順利，未出現井壁失穩事故，井身質量良好，全井鉆進周期為186.15 d，平均機械鉆速2.1 m/h。

1　地質及工程簡況

1.1地質簡況

董8井位于準噶爾盆地中央坳陷阜康凹陷東部北斜坡，實鉆揭示該井地層巖性復雜，勝金口組及以上地層為泥巖、砂巖、粉砂巖不等厚互層，局部含礫巖。呼圖壁組上部以泥巖為主，下部泥巖與粉砂巖不等厚互層。清水河組上部以泥巖為主，下部為泥巖與細砂巖、粉砂巖互層。侏羅系頭屯河組上部以泥巖為主，下部為泥巖與泥質砂巖、粉砂巖不等厚互層。西山窯組以泥巖及砂質泥巖為主，夾粉砂巖、煤層和碳質泥巖。三工河組為泥巖與砂巖、粉砂巖不等厚互層，間夾薄煤層。八道灣組為厚層狀泥巖、碳質泥巖、黑色煤層與灰色細砂巖、粉砂巖不等厚互層。

1.2工程簡況

董8井井身結構為：導眼?660.4 mm×52 m+ ?508 mm×51.55 m；一開?444.5 mm×1 502 m+ ?339.7 mm×1 501.96 m；二開?311.2 mm×4 104 m +?244.5 mm×4 103.3m；三開?215.9 mm×5 580 m +?139.7 mm×（3 900～5 580 m）。

2　鉆井液技術難點

（1）勝金口組及以上地層紫紅色泥巖較軟，水敏性強，在上覆巖石的壓力下易發生塑性形變；砂巖及粉砂巖地層滲透性強，易形成虛濾餅造成小井眼，鄰井施工中常發生縮徑卡鉆和泥包鉆頭等復雜情況。

（2）二開裸眼段較長，裸眼段地層巖性不同，施工中采用的鉆井液密度和維護處理工藝不同，易導致上漏下塌等復雜情況；裸眼段長導致鉆井周期長，井壁受鉆井液浸泡時間長，井壁失穩趨勢增大。

（3）侏羅系地層發育超壓［1］，碳質泥巖和煤層較發育，煤巖強度弱、脆性大，鉆具碰撞等外力作用下易垮塌；碳質泥巖中鏡煤條帶含量高，致使巖石脆性增強而強度降低，易發生應力性失穩。

（4）根據鄰井董7井實鉆證實，三工河組含高壓鹽水層，鉆井液密度達到2 g/cm3，鉆井液體系受高壓鹽水侵后黏切增大，濾失量增大，鉆井液性能失穩將直接誘發井壁失穩；高密度鉆井液施工易導致上部砂巖段地層發生黏卡事故。

3　鉆井液體系優選及維護處理

3.1一開（0～1 502 m）

3.1.1鉆井液配方采用常規聚合物鉆井液體系，配方為5%膨潤土+（0.2～0.4）%NaOH+（0.5～0.8）%純堿+（0.4～0.6）%聚丙烯酰胺PAM+（0.2～0.4） %高黏羧甲基纖維素HV-CMC+（2～3）%雙聚銨鹽+（1.2～2.0）%無熒光白油潤滑劑+（0.7～1.0）%無水聚合醇。

3.1.2維護措施（1）配制5%膨潤土漿開鉆，加入HV-CMC調整漏斗黏度至設計范圍，不斷補充預水化膨潤土漿，維護鉆井液性能；（2）保證PAM含量在0.5%以上，充分包被絮凝鉆屑，防止巖屑分散；（3）使用固控設備降低鉆井液中的固相含量，保持密度在1.15 g/cm3以內，提高機械鉆速；（4）排量保證在60 L/ s，提高鉆井液環空返速，沖刷井壁，防止泥巖段縮徑及砂巖段形成虛厚濾餅；（5）加入無熒光白油潤滑劑和無水聚合醇，防止鉆頭泥包；（6）沙灣組底部，使用雙聚銨鹽和HV-CMC調整鉆井液流變性，降低濾失量至8.0 mL左右，漏斗黏度提高至45 s，改善濾餅質量；（7）中完后，短起下鉆1次，刮掉井壁上的虛濾餅，提高排量沖刷井壁，保證井眼干凈暢通；用HVCMC配制稠漿封井，保證下套管順利。

3.2二開（1 502～4 104 m）

3.2.1鉆井液配方采用鋁胺強抑制防塌鉆井液體系，配方為（3～5）%膨潤土+（0.2～0.4）% NaOH+（0.1～0.3）%Na2CO3+（0.3～0.5）%聚丙烯酰胺PAM+（0.5～1.5）%鋁絡合物抑制劑+（0.8～1.0）%胺基聚醇+（2～4）%無水聚合醇+（0.5～1.0）%滲透成膜處理劑+（3～4）%低熒光磺化瀝青+（3～4）%超細碳酸鈣+（2～3）%聚合物降濾失劑+（3～4）%磺化酚醛樹脂SMP-1+（1.5～3.0）%硅氟降黏劑+（2～4）%無熒光白油潤滑劑。

3.2.2維護措施（1）依據鉆井液設計及實鉆壓力監測情況合理調整鉆井液密度，東溝組底部密度逐漸提高到1.2 g/cm3，清水河組前密度提高到1.3 g/cm3，直至中完；（2）保持聚合物PAM含量在0.4%以上，增強鉆井液體系包被防塌能力；（3）使用0.8%胺基聚醇、3%濁點為55～65℃的無水聚合醇及1.0%鋁絡合物抑制劑，通過抑制劑“晶層鑲嵌”［2］、“濁點效應”［3］及“鍵合固壁”［4］機理多元協同作用，提高鉆井液的抑制性，防止泥頁巖膨脹；（4）使用0.8%滲透成膜處理劑及3%軟化點為70～80℃的低熒光磺化瀝青，配合3%剛性架橋粒子超細碳酸鈣，形成薄而致密的濾餅，封堵地層；（5）使用聚合物降濾失劑和磺化酚醛樹脂，逐漸控制鉆井液的濾失量在5 mL以內，防止泥頁巖水化；（6）加入3%白油潤滑劑，增強鉆井液潤滑性，防止在長裸眼段發生復雜情況；（7）合理調控流變性，勝金口組前，保持鉆井液的低黏切狀態，適當沖刷井壁，防止軟泥巖縮徑。進入呼圖壁組后，提高鉆井液的黏切，一則增強鉆井液的凈化能力，二則護壁防塌；（8）工程上根據實鉆情況進行短起下鉆，配合長起下鉆，暢通井眼。下鉆到底后配制稠漿凈化井眼；（9）合理使用固控設備，將鉆井液中的劣質固相含量降至最低；（10）中完后通井1次，充分循環，確保振動篩無返砂后，用白油潤滑劑和塑料小球配潤滑封井漿封井，保證電測及下套管順利。

3.3三開（4 104～5 580 m）

3.3.1鉆井液配方采用抗高溫成膜防塌鉆井液體系，配方為二開井漿+（0.2～0.4）%NaOH +0.5%聚丙烯酰胺PAM+（3～5）%抗溫抗鹽鈣降濾失劑+（4～6）%磺化酚醛樹脂SMP-2+（4～6）%低熒光磺化瀝青+（3～4）%超細碳酸鈣+（1.0～1.5）%雙膜承壓劑+（1.0～1.5）%鋁絡合物抑制劑+（3～5）%無水聚合醇+（0.5～1.0）%有機胺抑制劑+（0.2～0.5）%抗高溫穩定劑+（1～3）%抗高溫抗鹽降黏劑+（3～5）%白油潤滑劑。

3.3.2維護措施（1）開鉆前預處理二開井漿，使用固控設備將鉆井液體系中的劣質固相降到最低，然后將各種處理劑按照配方低限加入，加重到1.43 g/cm3后開鉆；（2）密度控制在設計下限，進入侏羅系根據實鉆情況及時調整，保證鉆井液液柱對地層的正壓差，防止發生煤層失穩及應力性垮塌；（3）配制高濃度膠液維護鉆井液性能，膠液配方：0.3%PAM+1.5%鋁絡合物+5%無水聚合醇+1.5%有機胺+6%抗溫抗鹽鈣防塌降濾失劑+8%磺化酚醛樹脂SMP-2；（4）以干劑形式加入低熒光磺化瀝青、超細碳酸鈣和雙膜承壓劑，增強鉆井液體系的封堵能力。進入侏羅系后，加入3%低熒光磺化瀝青、2%超細碳酸鈣和1%雙膜承壓劑［5］，增強體系的封堵防塌能力［6］；（5）嚴格控制鉆井液的濾失量，API失水控制在2 mL以內，HTHP失水控制在10 mL以內，減少濾液侵入地層，維護井壁穩定［7］；（6）根據井下摩阻和扭矩情況使用白油潤滑劑，增強鉆井液的潤滑防卡能力，防止因鉆井液密度高而在上部砂巖段發生黏卡事故；（7）合理調控鉆井液流變性，防止產生過大環空壓耗：①保證加重劑質量，重晶石粉的密度控制在4.1 g/cm3以上；②根據密度大小控制膨潤土含量，密度在2 g/cm3左右時，膨潤土含量控制在20 g/L左右；③適當加入抗高溫穩定劑，保證高密度具有良好的流變性；④適當使用抗高溫抗鹽降黏劑，降低鉆井液的黏切；（8）工程上嚴格控制起下鉆速度，下鉆中分段循環，在煤層段盡量不開泵或采用小排量開泵，防止井下復雜情況發生；（9）完鉆后，用稠鉆井液將鉆屑攜帶干凈后，短起下保證井眼暢通，起鉆前，替入用2%白油潤滑劑、3%低熒光磺化瀝青、1%鋁絡合物和4%磺化酚醛樹脂配制的封井漿封井，確保電測、下套管施工順利。

3.4鉆井液性能

各井段鉆井液性能見表1。

表1　董8井各井段鉆井液性能控制情況

4　復雜情況及處理

4.1鉆遇高壓鹽水層

董8井在西山窯組鉆進至5 026 m時，密度降低，Cl-含量升高，漏斗黏度降低，濾失量增大。結合鄰井董7井實鉆情況及濾液分析，現場專家組判斷鉆遇高壓鹽水層，鉆井液被鹽水侵入而污染。專家組根據董7井高壓鹽水層處理情況提出如下建議：（1）逐漸提高鉆井液密度，壓穩鹽水層；（2）補充抗鹽類處理劑，提高鉆井液的抗鹽能力；（3）補充封堵劑和抑制劑，恢復體系的抑制防塌能力；（4）補充潤滑劑并定期活動鉆具，防止在上部砂巖地層發生黏卡事故。

處理經過：（1）補充2%抗溫抗鹽鈣防塌降濾失劑、1%磺化酚醛樹脂SMP-2、2%低熒光磺化瀝青、0.5%鋁絡合物防塌劑和1%白油潤滑劑；（2）均勻提高鉆井液密度，加重時反復活動鉆具。

處理結果：鉆井液性能恢復正常，并恢復正常鉆進。高壓鹽水侵時鉆井液性能變化情況見表2。

表2　第1次鹽水侵鉆井液性能變化

恢復鉆進后到鉆進至5 243 m過程中，又發生3次高壓鹽水侵，通過上述措施處理后，將密度提高至2.02 g/cm3，恢復正常鉆進。第4次高壓鹽水侵時鉆井液性能變化情況見表3。

表3　第4次鹽水侵前后鉆井液性能變化

4.2碳酸氫根污染

鉆進至井深5 377 m時，發現鉆井液漏斗黏度升高，濾液分析顯示CO2-濃度為6 811.24 mg/L，HCO-33濃度為15 162.75 mg/L，為嚴重的碳酸氫根污染。

專家組認為原因如下：該井鉆遇地層為高壓層，為了達到了解油氣顯示等勘探目的，鉆井液密度必須控制在一定范圍內，導致地層流體侵入，造成對鉆井液的嚴重污染。

專家組提出如下處理建議：（1）取未污染井漿，通過小型實驗檢驗鉆井液體系的容水限，確保鉆井液在加入膠液后性能波動不大，特別是濾失量無太大變化。（2）取污染井漿，通過小型實驗，加入常用去除碳酸氫根的處理劑，比較其處理效果。

室內小型實驗：容水限實驗結果見表4；處理劑實驗結果見表5。

表4　井漿容水限實驗

表5　各種處理劑去除碳酸氫根離子效果比較

表4中看出，井漿具有8%的容水限，均勻加入膠液并加重至原密度后性能無太大波動，特別是濾失量波動不大。

表5看出，4#配方實驗效果更好，即污染井漿中加入2%抗高溫抗鹽降黏劑和0.8%NaOH配制成的膠液后，流變性最好。因此現場處理過程如下：首先拿1個循環罐鉆井液做試驗，均勻加入膠液（配方：25 m3水+1.0 t抗高溫抗鹽降黏劑+0.2 tNaOH +1.0 t磺化酚醛樹脂SMP-2 + 0.5 t抗溫抗鹽鈣防塌降濾失劑+0.1%聚丙烯酸鉀KPAM），充分攪拌，測量其流變性后，效果較好。然后按照此配方配制膠液，均勻加入井中，鉆井液流動性變好，一直至完鉆，均用此配方維護鉆井液性能。碳酸氫根污染處理前后性能見表6。

表6　碳酸氫根污染前后鉆井液性能變化

5　結論

（1）鋁胺強抑制防塌鉆井液體系采用多元防塌技術，有效抑制了二開上部地層軟泥巖水化膨脹導致起下鉆遇阻及下部地層硬脆性泥巖坍塌的難題，滿足了復雜地質條件下鉆井施工的需要。二開平均井徑擴大率為9.63%，達到了穩定井壁、保障工程順利施工的效果。

（2）抗高溫成膜防塌鉆井液體系采用復合封堵技術，解決了該區塊歷年存在的侏羅系煤層失穩及應力失穩的難題，施工中井壁穩定，井下安全，井身質量較好，真正實現了穩定井壁、減少井徑擴大率的良好效果。

（3）抗高溫成膜防塌鉆井液體系抗鹽性強，三開雖然遭遇鹽水及碳酸根流體污染，但是鉆井液流變性穩定，后期高密度施工中無黏卡事故發生。

（4）全井平均井徑擴大率僅為7.02%，三開平均井徑擴大率為8.08%，同該區塊已完鉆井相比，董8井井身質量最好。

（5）侏羅系地層發育超壓，采用高密度鉆井液體系鉆進，施工中必須調整好鉆井液的濾失造壁性，使之形成薄而致密的濾餅，同時配合足量的潤滑劑，防止在上部砂巖地層發生黏卡事故。

［1］曲江秀， 查明.準噶爾盆地異常壓力類型及成因探討［J］. 石油實驗地質，2003，25（4）：333-336.

［2］邱正松，鐘漢毅，黃維安. 新型聚胺頁巖抑制劑特性及作用機理［J］. 石油學報，2011，32（4）：678-682.

［3］司賢群，呂振華.聚合醇防塌鉆井液體系的室內評價與應用［J］.石油鉆探技術，2001，29（3）：45-46．

［4］郭京華，田鳳，張全明，等.鋁絡合物鉀鹽強抑制性鉆井液的應用［J］.鉆井液與完井液，2004，21（3）：23-26．

［5］左興凱. 非滲透鉆井完井液體系的研究與應用［J］.石油鉆探技術，2008，36（4）：41-44.

［6］趙江印，吳延銀，高鵬輝，等. 留西地區防塌鉆井液技術［J］.石油鉆采工藝，2005，27（8）：43-45.

［7］鄒大鵬.大慶油田致密油水平井強抑制防塌水基鉆井液技術［J］.石油鉆采工藝，2015，37（3）：36-39.

（修改稿收到日期2015-06-10）

〔編輯薛改珍〕

冀東油田大斜度井取心再獲突破

2015年7 月 20 日，冀東油田南堡 118X23 井取心成功，這口井鉆井取心井深 3 500 m，井斜 63.5°，位移 2 100 m，共取心 3 筒次，取心進尺 17.1 m，心長16.82 m，平均收獲率高達98.36%，大斜度井鉆井取心工作再獲突破。

南堡 118X23井是位于冀東油田南堡 118平臺的一口評價井，設計最大井斜 63.5°。由于本井井斜大、取心層位深、鉆具不易居中、井眼清潔困難，容易造成堵心、收獲率低，影響地質資料的采集，給鉆井取心工作帶來嚴峻挑戰。為滿足本次大斜度井取心施工要求， 冀東油田工程監督中心積極組織施工單位針對本井特點優選取心工具，選擇 SP178-101 水平井取心工具及 QT/SPM178-115 密閉取心工具對這口井進行施工。取心期間，油田現場監督人員從入井工具的檢查測試，到樹心、取心鉆進、割心等施工過程的鉆井參數控制，整個過程嚴密監督，確保巖心收獲率。

（供稿李強）

The use of drilling fluid te of strong inhibition, anti-high temperature and anti-collapse in Well Dong-8

QIU Chunyang, ZHAO Lixin, SI Xianqun, HE Xinghua, WANG Baotian, QU Zhenlong
（Drilling EngineeringTechnology Company, SINOPEC Shengli Petroleum Engineering Co. Ltd., Dongying 257064, China）

Well Dong-8 is an important exploratory vertical well placed in Junggar Basin by SINOPEC. Its total depth is 5 580 m. Tight hole was frequently met during tripping in the upper part of the well, and in the lower part, the Jurassic coalbeds were deposited. Moreover, the formation pressure was anomalous and wellbore instability was severe during drilling. The Sangonghe Formation has high-pressure saltwater layers and is contaminated by bicarbonate fluid, so the rheology of drilling fluid under high density is not easily controlled. In view of its geologic characteristics and through indoor studies, it was determined that the aluminum-amine strong inhibition and anti-sloughing drilling fluid system and high-temperature film forming anti-sloughing drilling fluid system are used. Field application results show that the drilling fluid systems used have overcome the difficulties of tight hole in the upper soft mudstone, sticking in sandstone section and instability of Jurassic wellbore. The average enlargement rate of the entire hole was only 7.02%, which was quite satisfactory.

Well Dong-8; anti-collapse drilling fluid; coalbed; high pressure; fluid contamination; wellbore stability

TE254

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0045 – 05

10.13639/j.odpt.2015.04.013

中石化先導項目“準噶爾盆地西山窯組井壁穩定技術應用研究（SG12030）”及勝利石油管理局項目“準噶爾盆地鉆井液技術研究與應用”（GKZ1211）部分內容。

邱春陽， 1978年生?，F主要從事鉆井液體系研究和廢棄鉆井液處理工作，高級工程師，碩士研究生。E-mail：drillingwell@163.com。

引用格式：邱春陽，趙立新，司賢群，等.強抑制、抗高溫防塌鉆井液在董8井中的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：45-49.