復合鹽鉆井液技術在莊111井應用研究

王旭東，賀倫俊，呂建波，孫金波，肖林通

( 1.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東 東營 257000；2.勝利油氣勘探管理中心，山東 東營 257000)

莊111井設計井別為評價井，井型為直井，設計井深：4330 m，實鉆井深：4358 m，完鉆層位為三工河組。鄰井在施工過程中，在清水河組下部、三工河組井段普遍存在地層泥巖水化性和硬脆性垮塌，西山窯組和八道灣組煤層坍塌，井徑擴大率普遍在10%以上[1-3]。莊111井三開采用復合鹽強封堵鉆井液體系，配合現場鉆井液維護處理工藝及井壁穩定措施，井下無復雜情況，施工順利，有效解決了硬脆性泥頁巖地層井壁失穩難題，為該區塊下一步的勘探開發提供了技術支撐。

1 鉆井液技術難點

(1)上部新近系、古近系泥巖含量較高，機械鉆速快，環空鉆屑濃度高，易縮徑，必須保證鉆井液具有很強的抑制能力和井壁沖刷能力，有效提高井徑擴大率，確保起下鉆順利，100～940 m井段主要巖性為砂巖、粉砂巖，雖然可鉆性好，機械鉆速高，但抗沖刷能力強，井眼自然擴徑能力差，形成了事實上的小井眼，容易造成短起下阻卡。砂巖段易堵篩眼跑漿，應儲備足夠的60～80目粗篩布，現場儲備一定量的預水化膨潤土漿，應對跑漿造成的土相缺失。

(2)白堊系東溝組和吐谷魯群上部棕紅色泥巖易造漿，縮徑，且機械鉆速快，鉆井液被固相污染，容易造成鉆井液粘切升高，鉆井液自我清潔能力變弱，影響機械鉆速。

(3)吐谷魯群中下部井段砂泥巖互層，硬脆性泥巖膠結疏松，鉆頭剝蝕加之水化分散，易產生掉塊，造成井壁不規則，對下步施工造成困難，易出現起下鉆遇阻、卡鉆等復雜情況。

(4)西山窯組出現連續煤層(4066～4072 m)，鉆遇該井段時易出現鉆時較快，井徑擴大率較大，造成煤層上部地層失去支撐，下部地層有臺階，造成井壁坍塌，影響施工安全。

(5)侏羅系三工河組是含油氣層段，為了及時發現油氣層和保護油氣層不受鉆井液的侵害以及提高機械鉆速，施工中鉆井液密度受限，給井壁穩定、平衡上部地層流體壓力和清潔井眼方面造成困難。

2 鉆井液體系

該井三開鉆遇東溝組、吐谷魯群組、西山窯組和三工河組地層，三工河組是主要目的層段，砂質泥巖膠結性差，巖性硬脆，且發育有微裂縫，極易產生掉塊，難以破碎和攜帶，三開井段的井壁穩定問題是莊111井施工難點和重點。

該井三開采用復合鹽強抑制鉆井液體系，其特點是鉆井液濾液活度低，具有強抑制能力，利用鉀離子的抑制作用和高礦化度活度平衡理論，較好的實現了體系的強抑性，有效抑制泥巖水化，起到了井壁穩定和保護油氣層的目的[4-6]。復合鹽強抑制鉆井液體系具有較高的固相容納限，可以添加更大比例的封堵材料，針對微裂縫發育問題，優選微納米粒子、多級配封堵劑，配合無熒光瀝青、井壁穩定劑，協同強化封堵微裂縫，實現“多尺度”致密封堵效果，有效封堵封裂縫[7-8]。

3 現場鉆井液技術處理

3.1 一開井段(0～99.11 m)

開鉆前配置好足量預水化好的膨潤土漿，開鉆后加入0.2%～0.3%聚陰離子纖維素對膨潤土漿進行護膠。

鉆進時使用好固控設備，離心機試運轉，保證各級固控設備狀態良好。鉆完進尺后，大排量循環洗井干凈，泵入膨潤土漿20 m3封井，確保下導管順利。

3.2 二開井段(99.11～1702.00 m)

3.2.1 二開井段基本情況

二開鉆新近系、古近系，該井段為棕紅色、棕褐色、紫紅色、灰色泥巖、砂質泥巖與淺灰色、淺褐灰色、紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖不等厚互層，地層欠壓實、膠結差、分散性強；地層粘土礦物以伊蒙無序間層為主，成巖程度低，回收率一般小于50%，泥巖易吸水膨脹，膨脹率高達20%～30%，容易縮徑；高滲透砂巖易形成虛厚泥餅，造成假縮徑，容易引起起下鉆遇阻、劃眼，甚至卡鉆事故；必須保證鉆井液具有很強的抑制能力和井壁沖刷能力，有效提高井徑擴大率，確保起下鉆順利。

3.2.2 二開鉆井液維護

將一開鉆井液加入中，加入聚丙烯酸鉀、胺基聚醇、氯化鈣稀膠液維護，保持鉆井液較強的抑制性能。上部地層應保持較低的粘切和足夠的排量，加強鉆井液對井壁的沖刷，有效提高井徑擴大率，預防起下鉆阻卡。使用好固控設備，保證除砂器、除泥器、離心機鉆進時連續、有效運轉，充分降低鉆井液中劣質固相含量，同時配合多次放沉砂罐，保持鉆井液清潔，提高上部地層的機械鉆速。

快速鉆進期間，鉆井液密度控制在1.10 g/cm3，粘度控制在30～35 s，失水控制在20～100 mL。鉆遇砂巖、粉砂巖時，需及時更換篩布并使用鋼絲刷清潔嵌入篩孔中的砂粒，以減少跑漿，同時補充預水化膨潤土漿，混入前加入PAC-LV對膨潤土漿進行護膠，控制鉆井液中膨潤土含量30～40 g/L。

完鉆前150 m左右，補充高濃度膨潤土漿，提高鉆井液粘度至45 s左右，完鉆后大排量充分循環，井眼干凈后短起至套管鞋，循環后用稠漿封井起鉆，進行中完作業。

3.3 三開井段(1702.00 m-4358.00 m)

3.3.1 三開井段基本情況

三開鉆遇東溝組、吐谷魯群組、西山窯組和三工河組地層，三工河組是主要目的層段，砂質泥巖膠結性差，巖性硬脆，且發育有微裂縫，極易產生掉塊，難以破碎和攜帶。

3.3.2 三開鉆井液維護處理

三開鉆進至2600 m轉換復合鹽強封堵鉆井液體系，轉換步驟如下：轉換前進行短起下，利用短起下清除裸眼段井壁上的虛泥餅，短起下后充分循環，配制封井漿封井。起鉆至套管內，在套管內轉換為復合鹽鉆井液體系，首先利用固控設備將鉆井液充分凈化后，使用般土漿調整鉆井液中膨潤土含量在40～50 mg/L，鉆井液粘度35 s左右；按照循環周，先加入氯化鉀和氯化鈉，使其氯根達到50000 mg/L左右。加完鹽后，根據實測鉆井液性能繼續加入PAC-LV、海水降濾失劑、磺甲基酚醛樹脂等處理劑維護鉆井液的性能。

參考臨井資料顯示清水組下部掉塊現象頻繁，轉完鹽后，一次性加入3%微納米粒子、3%井壁穩定劑、2%～3%多級配填充封堵劑、3%～5%超細碳酸鈣，并定期補充，提高鉆井液的封堵能力，提高鉆井液密度至1.20 g/cm3，保持井眼力學穩定，利用鉆井液液柱壓力徑向支撐穩定井壁，綜合達到鉆井液的封堵防塌目的。

加大SMP-2等抗高溫材料的加量，并根據井底溫度適當進行補充，保證鉆井液的抗溫性及穩定性，高溫高壓失水控制在9 mL以內。

鉆進過程中，要注意觀察井口返漿情況及振動篩上的巖屑返出量、巖屑形狀的變化，做好井眼穩定性防護及監視工作，一旦出現井眼垮塌、井漏等復雜情況，根據實際情況及時調整鉆井液性能，提高鉆井液的懸浮、攜帶巖屑能力，確保井下安全。

進入目的層井段后為確保施工安全，每次起鉆前要確定井下油氣層的壓力情況，搞好短程起下鉆，測量循環周，確定油氣的上竄速度在安全范圍內，方可起鉆。注意控制起下鉆速度，起鉆按井控標準灌好鉆井液，防止拔活塞造成拔塌井壁或抽吸井噴等復雜情況發生，下鉆避免因壓力激動過高引起井漏。

起鉆前根據需進行封井工作，封井漿中混入高濃度膨潤土漿、加入超細碳酸鈣、封堵防塌材料，提高鉆井液的封堵防塌、懸浮攜帶能力，進一步保證井眼穩定，起下鉆順利。

完鉆后做好通井作業，對起下鉆遇阻卡的井段，采取技術劃眼或倒劃眼措施消除或減少阻力，并充分循環、調整好鉆井液性能。井下的復雜情況必須在通井過程中解決好，起鉆前可視情況配制高質量封井漿封閉裸眼井段，以利于電測和下套管作業順利實施。

3.3.3 取心過程鉆井液維護處理措施

莊111井鉆至4266 m見油氣顯示決定取心，至4283 m共計取心2筒，取心總進尺17 m：

第一筒心(4266～4275 m)：鉆進至4266 m見油氣顯示，取心鉆進至4275 m割心起鉆，取心進尺9 m，心長8.6 m，收獲率95.56%。

第二筒心(4275～4283 m)：第一筒心出心后接通知連續取心，直接下取心鉆具，取心鉆進至4283 m割心起鉆，取心進尺：8 m，心長：8 m，收獲率100%。

4 施工效果

莊111井一開采用444.5 mm鉆頭鉆進至99.11 m完鉆，鉆進正常，下套管順利，下入339.7 mm套管至99.11 m，固井順利。二開采用311.2 mm鉆頭正常鉆進至1702 m完鉆，鉆進過程順利，下套管順利，下入244.5 mm套管至1701.80 m，固井順利。三開采用215.9 mm鉆頭正常鉆進至4358 m完鉆，電測一次到底，下套管順利，下入139.7 mm套管至4357.24 m，固井順利。

莊111井全井施工順利，無復雜情況發生，電測成功率100%，井徑規則，三開平均井徑226.36 mm，井徑擴大率4.85%，為該區塊新記錄，和臨井莊109井相比井徑擴大率相比降低56.07%。

表1 莊111和莊109井井徑擴大率對比