大43區塊定向井鉆井液技術

邱春陽，仇博識，秦 濤，何同興，李炳太

(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)

大43區塊位于濟陽坳陷沾化凹陷三合村洼陷構造較高部位，該區塊油氣資源豐富，油藏位于館陶組及沙河街組，為擴大泄油面積，增大油氣采收率，近幾年采用定向井方式開采，定向井設計垂深大約2 200 m，井斜角大約30°。由于地質條件復雜，鉆井液技術難度很大，通過優選聚糖潤滑防塌鉆井液體系，配合現場鉆井液維護處理工藝，保證了施工的順利進行，達到了優快鉆井的目的。

1 地質工程概況

大43區塊鉆遇地層從上到下依次為平原組、明化鎮組、館陶組、東營組、沙一段、沙二段、沙三段和前第三系。平原組為棕黃色黏土及松散砂層。明化鎮組上部為淺灰色、灰黃色砂巖夾棕黃色泥巖；下部為紫紅色泥巖夾淺灰色粉砂巖。館陶組上部為紫紅色、灰綠色、淺灰色泥巖夾砂巖；下部為厚層狀灰白色砂巖夾灰綠色、淺灰色泥巖；底部為厚層狀底礫巖。東營組上部為灰白色含礫砂巖夾紫紅色泥巖；下部為灰色泥巖、砂質泥巖為主夾粉砂巖、灰質砂巖。沙一段為灰色泥巖、灰褐色油頁巖間互層，底部夾生物灰巖。沙三段上部以灰色泥巖、灰質泥質為主夾灰色灰質砂巖、細砂巖；下部為細砂巖夾灰質砂巖。前第三系為綠灰色凝灰巖、紫紅色安山巖或灰色灰巖。

大43區塊采用二開制定向方式施工，一開采用Φ346.1 m鉆頭鉆進至井深350 m，下入Φ273.1 mm技術套管；二開采用Φ241.3 mm鉆頭開鉆，大約在980 m開始造斜，鉆進至井深約2 200 m完鉆，下入Φ177.8 mm油層套管。

2 鉆井液技術難點

1)上部地層成巖性差，泥巖較軟且極易水化膨脹，巖屑在上返過程中易溶解在鉆井液體系中，造成鉆井液黏切增大，流變性難于控制。

2)上部地層壓實性很差，機械鉆速非常快，巖屑產生的量很多，如果巖屑得不到及時清除，則會導致鉆頭重復破碎，延誤鉆井周期；并且巖屑吸附在井壁上形成小井眼，導致起下鉆遇阻，嚴重者造成卡鉆。

3)該區塊二開井段設計較長，并且下部為斜井段，巖屑易于沉降在井底形成巖屑床。巖屑床的形成，導致起下鉆遇阻卡。

4)二開在井深約980 m造斜，斜井段較長，施工中鉆具緊貼下井壁運動，和下井壁的接觸面積大，導致施工中摩阻和扭矩大，鉆井液潤滑防卡難度大。

5)沙河街組地層層理發育，施工中剝蝕掉片明顯，井壁失穩嚴重，保證井壁穩定是鉆井液施工的前提。

3 鉆井液體系

3.1 鉆井液體系配方

通過調研國內定向井鉆井液體系使用情況[1-4]，針對大43區塊地層巖性特點及鉆井液體系施工難點，優選了聚糖潤滑防塌鉆井液體系，其基本配方如下：

(3.0～5.0)%膨潤土+(0.3～0.5)%聚丙烯酰胺PAM+(0.5～1.5)%銨鹽+(1～1.5)%聚合物降濾失劑+(1.0～1.5)%抗溫抗鹽防塌降濾失劑+(3.0～4.0)%甲基葡萄糖苷MEG+(2.0～3.0)%超細碳酸鈣+(2.0～4.0)%全油基潤滑劑。

3.2 鉆井液體系作用機理

聚糖潤滑防塌鉆井液體系作用機理[5-8]為：

1)半透膜效應。甲基葡萄糖苷是聚糖類高分子物質的單體衍生物，是一種極性較弱的表面活性物質，其分子結構上有一個親油的甲氧基和四個親水的羥基。這些親水的羥基吸附在井壁巖石表面或鉆屑表面，而親油基團朝外，因而在井壁上形成一層類似油包水鉆井液的吸附憎水膜，把地層頁巖中的水和鉆井液地層水分隔開。這種吸附膜為半透膜，通過調節甲基葡萄糖苷鉆井液的活度控制鉆井液和地層水的運移，從而有效地抑制頁巖的水化膨脹和分散作用，以保持井壁穩定。

2)封堵作用。甲基葡萄糖苷母液中含有懸浮膠狀物，這些膠狀物是一種良好的橋堵劑，能很好地封堵頁巖裂縫和孔隙。在沒有膨潤土和暫堵劑的條件下，用甲基葡萄糖苷母液配制出的鉆井液能很快形成低滲透致密濾餅，阻止濾液和固相向地層中侵入，從而降低地層頁巖的水化作用，同時也起到保護儲層的作用。

3)去水化作用。甲基葡萄糖苷環狀分子上含有四個羥基，其吸水性很強，可以和水分子形成牢固的氫鍵。因此，當甲基葡萄糖苷鉆井液中的濾液進入到地層內，其作用不同于普通的淡水，它能使地層巖石發生去水化作用。

4)滲透作用。由于鉆井液與頁巖之間存在著壓差以及兩者之間水的活度不同，因而導致鉆井液中的水進入頁巖，引起井壁失穩。甲基葡萄糖苷一方面可提高鉆井液濾液的黏度，增加濾液阻力，減少濾失量，控制頁巖的水化；另一方面可降低鉆井液中水的活度，減小壓力滲透，阻止濾液進入頁巖，進一步提高頁巖的穩定性。

4 現場鉆井液維護處理工藝

聚糖潤滑防塌鉆井液體系在大43區塊應用了5口定向井，其現場鉆井液維護處理工藝如下。

1)一開采用膨潤土漿小循環開鉆，鉆進中保持漏斗黏度30～40 s，工程上保證大排量來滿足攜帶巖屑的需要；鉆至設計井深后，進行充分循環和通井，確認井底清潔后，配制漏斗黏度為60 s的封井漿30 m3封井，確保下套管和固井順利施工。

2)二開采用一開井漿進行鉆進，當鉆鋌出套管后改為雙路循環，防止沖刷套管鞋而形成大肚子井眼。

3)鉆進中均勻加入聚合物膠液來維護鉆井液性能，聚合物PAM濃度控制在0.3%左右，保證充分包被并絮凝鉆屑；

4)進入東營組底部改為小循環，加入1%銨鹽，降低鉆井液的濾失量；小循環后，聚合物膠液的濃度降為0.2%，以有效控制地層造漿。

5)造斜前，加入聚合物降濾失劑和抗鹽抗鈣降濾失劑，將鉆井液體系的中壓濾失量控制在5.0 mL以內，防止泥頁巖水化膨脹。

6)造斜前，向鉆井液體系中加入2%全油基潤滑劑，保持鉆井液體系的潤滑性，保證定向順暢。

7)進入沙河街組前，加入2.5%甲基葡萄糖苷，增加鉆井液體系的封堵防塌能力；同時加入1.5%超細碳酸鈣，封堵地層層理、孔隙及微裂縫，防止鉆井液濾液滲入地層，保持井壁穩定。

8)進入沙河街組后，提高抗溫抗鹽降濾失劑的加量，進一步降低鉆井液的中壓濾失量和高溫高壓濾失量，將高溫高壓濾失量降低至12 mL以內，防止地層發生剝蝕掉塊。

9)定向后，隨著井斜角的增大，繼續加入全油基潤滑劑，增強鉆井液體系的潤滑性，降低定向過程中產生的摩阻和扭矩。

10)保持固控設備高效運轉，振動篩、除泥器和除砂器運轉率保持100%，合理使用離心機，嚴格控制鉆井液中的劣質固相含量和低密度固相含量，保持鉆井液良好的流變性。

11)鉆進過程中，注意觀察井口返漿情況、振動篩上的巖屑返出、巖屑形狀的變化，隨時調節鉆井液性能，提高鉆井液的懸浮、攜帶巖屑能力，確保正常鉆進。

12)完鉆后，充分循環，配制漏斗黏度為70 s的稠漿攜帶巖屑，保持井眼干凈。然后配制漏斗黏度為65 s的稠漿封井，保持電測及套管施工順利。鉆井液性能控制情況如表1所示。

表1 大43區塊鉆井液性能控制情況

5 結論和建議

1)聚糖潤滑防塌鉆井液體系抑制性好，有效抑制了上部地層易水化泥頁巖和沙河街組泥頁巖的膨脹，5口井施工中井壁穩定，起下鉆暢通無阻。

2)聚糖潤滑防塌鉆井液體系通過調控鉆井液流變性，有效保障了大井眼條件下的井眼凈化，完井后電測及下套管順利，一次成功率100%。

3)聚糖潤滑防塌鉆井液體系潤滑性好，雖然鉆具在上部疏松地層造斜，但是整個施工過程中摩阻和扭矩低，定向過程順利，無托壓現象。

4)聚糖潤滑防塌鉆井液體系封堵性好，有效封堵了沙河街組的層理、孔隙及微裂縫，施工中井壁穩定，偶爾返出掉塊，但是摩阻和扭矩低，無復雜情況發生。

5)沙河街組地層不穩定，施工中必須保證防塌劑的含量，保證合適的鉆井液密度，這樣才能保證井壁穩定。

6)施工中在沙河街組偶爾出現了掉塊，表明聚糖潤滑防塌鉆井液體系配方還有待于優化，性能還有待于完善。