劍閣區塊大尺寸井眼鉆井液技術的分析與認識

李沁周（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司，四川 成都 610056）

1 概述

劍探1井、劍閣1井是劍閣區塊的兩口1字號風險預探井，設計井深在7500米以上，鉆探目的是主要探索劍閣地區茅口組臺緣帶發育情況及含油氣性，兼探長興組、飛仙關組，為川西北地區二疊系多層系臺緣帶勘探打開局面。這兩口風險探井采用有機鹽聚合物鉆井液在非標套管大尺寸井眼鉆井中先后兩次打破中石油Φ444.5mm 井眼井深最深、Φ365.13mm 套管下深最深紀錄。

2 地質工程簡況

2.1 地質特征

劍閣區塊位于四川盆地川北低平構造帶，地處梓潼凹陷、九龍山背斜、柘壩場潛伏構造之間，九龍山至中壩構造群的東部。位于梓潼凹陷東斜坡，東鄰九龍山構造的西南傾沒端西翼。其區塊中自上而下地層壓力系數預測：劍門關組～遂寧組為1.0、沙溪廟組～千佛巖組為1.2、白田壩組為1.35、須家河組為2.1、雷口坡組～飛仙關組為1.7、長興組為1.60、吳家坪組～棲霞組為2.10。

本區塊地層氣顯示頻繁，且氣顯示層井漏段也較多，區域上須家河組、飛仙關組、長興組、茅口組、棲霞組等層系可能存在局部異常高壓，且以上地層、儲層非均質性強在鉆進過程中需根據顯示情況及時調整鉆井液密度。

2.2 井身結構設計說明與優缺點分析

隨著勘探開發井深的不斷拓深，為應對川渝地區超深井縱向多壓力系統致使井漏、井噴、氣侵等復雜頻繁的問題，川渝地區超深探井普遍采用非標井深結構，劍閣區塊所采用的非標井深結構設計說明如下表1所示。

表1 中劍閣區塊所示非標井深結構設計，其優點是根據地質工程必封點原則，用機械方式封隔縱向多壓力系統中局部高壓易漏地層，有利于安全鉆井；缺點是Φ365.13mm 套管下深過深，下套管時鉆機負荷重，劍探1 井Φ365.13mm 套管重量480噸，劍閣1 井Φ365.13mm 套管重量528 噸，下入難度大，需要采用鉆深8000m以上鉆機。

2.3 大尺寸井眼鉆進中現場鉆井液技術遇到的困難

劍閣區塊的非標井深結構設計中，為了下部的安全鉆進，其上部大尺寸井眼井深往往過長，例如劍探1 井Φ444.5mm 井眼鉆至井深4154m、劍閣1 井Φ444.5mm 井眼鉆至井深4205m，這種井深結構對現場鉆井液技術應用造成了新的困擾，其面臨的問題主要是：1大尺寸井眼裸眼段長，鉆井液整體循環維護量過大，例如劍閣1井Φ444.5mm井眼，裸眼段長3720m,鉆進期間最大循環量達750 方以上，如此巨大的井漿循環維護量，且Φ 444.5mm井眼裸眼段地層劍門關組～千佛崖組地層巖性泥質含量重，地層造漿性強，造成鉆進期間鉆井液容易受到地層巖性污染，且污染后鉆井液因循環維護體量過大的原因，導致現場鉆井液處理難度大；2Φ444.5mm 井眼鉆完后，其Φ365.13mm 套管下深過深，實鉆中劍探1井Φ365.13mm套管下深4150m套管重量480噸、劍閣1井Φ365.13mm 套管下深4202.16m套管重量528噸，鉆機負荷大，就算采用鉆深8000m鉆機也不具備起套管的功能，更重要的是，下套管過程中井底鉆井液靜止時間很長，實鉆中劍探1 井下Φ365.13mm 套管過程中鉆井液累計靜止時間7.4天，如何保證鉆井液井底長時間靜置環境下性能穩定、保障套管一次到位是大尺寸井眼鉆井液技術的難點。

表1：劍閣區塊非標井深結構設計說明

3 大尺寸井眼鉆井液技術分析

3.1 KCl-有機鹽聚合物鉆井液體系特點[1]

針對劍閣區塊大尺寸井眼鉆井液循環維護體量大、裸眼段長、地層巖性造漿性強、鉆進期間空氣鉆“氣液轉換”后井壁易失穩的特點，劍閣區塊普遍選用KCl-有機鹽聚合物體系進行大尺寸井眼鉆進，該體系具有抑制性強、性能穩定周期長、高粘低切、機械鉆速高的特點。

3.2 鉆井液體系配方

KCl-有機鹽聚合物鉆井液：清水+7～10%KCL+10%有機鹽+0.5～1%大分子+0.5～1.5%小分子+加重劑

3.3 鉆井液維護處理措施

劍閣區塊Φ444.5mm 大尺寸井眼，鉆井液循環總量在750方左右，針對區塊地層特點和鉆井方工程需要，KCl-有機鹽聚合物鉆井液維護處理措施為：劍閣區塊Φ444.5mm 大尺寸井眼上半段往往采用空氣鉆進行鉆井提速，在安全鉆進2500～3000m后需進行“氣液轉換”，為保障“氣液轉換”后井壁穩定，需配置一定量的“三低”鉆井液作為轉換過程中的前置液；根據井筒容量與地層壓力系數，“氣液轉換”前配置足量的密度1.40g/cm3的有機鹽聚合物壓井液；如井下出水或井壁垮塌，威脅到施工安全，根據工程要求及時進行“氣液轉換”；“氣液轉換”后使用密度2.30g/cm3 的重漿滾動舉砂，并進行短起下鉆檢驗井眼清潔狀況；強化固控使用，鉆井中保證振動篩、除砂器、離心機連續使用，有效清除無用固相保障鉆井液清潔；下套管前調整鉆井液高溫沉降穩定性，并且充分循環洗井，重漿舉砂、稠漿墊底保障下套管過程順利。

3.4 鉆井液沉降穩定性評價

靜態沉降測試法[2-4]

靜態沉降測試是評價鉆井液在井筒內靜態條件下沉降趨勢的方法。將鉆井液加入不銹鋼罐中，在特定溫度下靜態放置一段時間后，分別測量鉆井液液柱上部（游離液體下層）密度ρtop和底部的密度ρbottom。靜態沉降因子SF 的計算式如下。

SF 為0.50 時說明未發生靜態沉降，SF 大于0.52 時說明靜態沉降穩定性較差。該方法利用鉆井液常規測試儀器，操作方法簡單，適合現場使用。

3.5 下套管前鉆井液沉降穩定性調整實驗

劍閣區塊大尺寸井眼由于Φ365.13mm套管套管過長，下套管前往往需要對鉆井液性能進行調整，提高鉆井液長時間靜止環境下的沉降穩定性，通過室內實驗，現場往往加入降失水劑、高分子提粘劑、磺化處理劑等提高鉆井液的靜態沉降穩定性，劍探1 井、劍閣1 井Φ365.13mm 套管下入前調整過后的鉆井液沉降穩定性如下表2。

表2：Φ365.13mm套管下入前鉆井液沉降穩定性測試

劍探1 井、劍閣1 井下套管前其有機鹽鉆井液沉降因子SF均小于0.52，從現場實際應用情況可以發現，其鉆井液沉降穩定性較好，Φ365.13mm 套管下入過程套管均一次性到位，順利座掛，其先后兩次打破中石油Φ365.13mm套管下深最深紀錄。

3.6 現場有機鹽聚合物鉆井液實鉆效果

劍探1 井、劍閣1 井在大尺寸井眼鉆井中先后兩次打破中石油Φ444.5毫米井眼井深最深、Φ365.13毫米套管下深最深紀錄，其現場實鉆效果表明：①KCl-有機鹽聚合物鉆井液抑制性強，有效抑制了地層中泥頁巖水化造漿，其性能穩定周期長，保障了大尺寸井眼安全、快速鉆進;②KCl-有機鹽聚合物鉆井液抑制封堵防塌好，有效保障了空氣鉆“氣液轉換”后井段井壁穩定，井下快速恢復正常鉆進，提高了生產時效，縮短了鉆井周期;③KCl-有機鹽聚合物鉆井液攜砂性好，高效清潔井眼，其優秀的沉降穩定性保障了大尺寸井眼套管的順利下入。

4 結語

（1）隨著勘探井深深度的不斷拓深，非標井深結構通過機械方式封隔縱向多壓力系統下局部高壓易漏地層，其有效減少了川渝地區超深井的井下復雜，縮短了鉆井周期、降低了鉆井成本、提高了鉆井速度，川渝地區超深井采用非標井深結構規井身大尺寸井眼結構必將成為一種趨勢。

（2）KCl-有機鹽聚合物鉆井液體系有效解決了非標井深結構設計中上部大尺寸井眼的井壁失穩技術難題，其長周期的性能穩定，為鉆井提速提效提供了安全保障。

（3）非標井深結構大尺寸井眼鉆進中KCl-有機鹽聚合物鉆井液整體循環量過大，一旦性能惡化，鉆井液處理難度非常大，因此鉆井液性能穩定是日常工作重點，其關鍵點在于：有機鹽聚合物鉆井液的強抑制性，有效遏制地層中泥頁巖水化造漿，防止大尺寸井眼紅層造漿對鉆井液的污染；鉆井液凈化工作，鉆進期間需堅持使用好所有的固控設備，不斷清除在鉆井過程中被鉆碎而進入鉆井液的鉆屑、砂粒、和劣質粘土等有害固相，保持鉆井液的清潔。

（4）非標井深結構其Φ365.13mm 套管下深過深，就算采用鉆深8000m鉆機也不具備起套管的功能，為保障套管一次下入成功，下套管前需通過室內實驗調整鉆井液靜態沉降穩定性，其靜態沉降穩定性滿足靜態沉降測試因子SF控制在0.5～0.51，且下套管前充分循環洗井，重漿舉砂、稠漿墊底保障下套管過程順利。