濱44X井鉆井液井壁穩定技術

仇博識，龔 偉，周曉軒，邱春陽

中國石化勝利石油工程有限公司 鉆井工藝研究院，山東 東營 257000

濱44X井位于濟陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶的西坡，設計井深4 100 m。該井是勝利油田重點評價井，鉆探的目的是向北擴大濱438井區沙河街組含油氣范圍。濱44X井區地層巖性復雜，多口井在鉆進過程中都曾遭遇到阻卡情況，嚴重阻礙了該區塊的勘探步伐。為了保證濱44X井鉆探成功，優選了聚磺抗高溫防塌鉆井液體系，針對不同地層的巖性特點，采用相應的現場鉆井液維護處理工藝，順利鉆至目的層。濱44X井的成功鉆探，可為勝利油田在濟陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶的西坡濱44X井區的勘探開發提供科學依據。

1 工程地質狀況

濱44X井設計井深4 100 m，一開用φ444.5 mm鉆頭鉆至井深283 m，下入φ339.7 mm表層套管至281.45 m；二開用φ311.2 mm鉆頭鉆至井深3 002 m，換φ215.9 mm鉆頭打口袋至井深3 014 m，下入φ244.5 mm技術套管至2 940 m；三開用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4 084 m完鉆，鉆井周期85.83 d，完井周期113 d。

濱44X井位于濟陽坳陷東營凹陷利津洼陷帶西坡濱44X井區，該井區地層自上而下為發育平原組(0～260 m)、明化鎮組(260～1 110 m)、館陶組(1 110～1 505 m)、東營組(1 505～2 164 m)、沙一段(2 164～2 506 m)、沙二段(2 506～2 744 m)、沙三段(2 744～3 642 m)和沙四段(3 642～4 082 m)。

2 鉆井液技術難點

1)沙一段以上地層黏土礦物含量高，特別是沙一段的蒙脫石含量很高，沙二段頂部紫紅色泥巖造漿性強，施工中鉆井液濾液在鉆頭破碎巖石時滲入地層中，導致地層中的黏土礦物水化。這會造成兩個嚴重后果：一是鉆井液體系黏度和切力急劇升高，鉆井液流變性難以控制，最后導致井眼被“糊住”，造成嚴重的起下鉆阻卡；二是黏土礦物水化后膨脹，井徑變小，會導致起下鉆遭遇阻卡。

2)二開采用φ311.2 mm鉆頭開鉆，裸眼段長達3 000 m，上部地層壓實性差，施工中機械鉆速高，鉆頭產生碎屑量大，鉆井液在大尺寸井眼中環空上返的速度低，井眼凈化效率低。如果巖屑不能及時攜帶出井眼，則會造成鉆頭重復破碎，輕則導致施工進度降低，重則會造成泥包鉆頭。

3)沙河街組地層層理性極強，地層孔隙及微細裂縫發育快。施工中鉆井液濾液在壓差作用下侵入到地層層理、孔隙及裂縫中后，導致地層巖石膠結強度降低，井壁會剝蝕掉塊，最終在施工中會出現起下鉆阻卡的現象。相鄰的井——利57井、利67井等多口井在鉆至沙河街組后出現不同程度的坍塌掉塊，井壁失穩現象頻繁。

4)三開裸眼段井身軌跡差，3 806～3 885 m為糾斜井段，井斜從9.88°降至1.50°，存在一定的“狗腿度”，導致起下鉆遭遇阻卡，鉆井液體系的潤滑防卡技術難度大。

3 鉆井液體系選擇

3.1 鉆井液體系選擇思路

為確保濱44X井鉆井施工順利，使用的鉆井液體系必須具備如下特點：①鉆井液體系抑制性好，能夠抑制上部地層黏土礦物的水化膨脹，防止地層造漿；②鉆井液體系封堵性能好，能夠對沙河街組地層層理、孔隙及微細裂縫進行有效封堵，防止井壁失穩；③鉆井液體系濾失量低，并且濾失量容易控制，能夠降低易水化泥巖的水化趨勢；④鉆井液體系流變性好，能夠滿足工程提速提效的要求；⑤鉆井液體系具有一定的潤滑性，能夠防止起下鉆阻卡事故發生。

3.2 鉆井液體系配方

通過調研國內深井及超深井鉆井液技術[1-6]，結合鄰井鉆井液體系使用情況，針對濱44X井地層巖性和施工中的技術難點，依據鉆井液體系優選思路，優選了聚磺抗高溫防塌鉆井液體系，體系基本配方如下：30～50 g/L膨潤土+2～4 g/L聚丙烯酰胺PAM+3～5 g/L燒堿NaOH+20～30 g/L抗高溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+20～30 g/L磺化酚醛樹脂SMP-1+20～40 g/L弱熒光磺化瀝青ZX-8+20～30 g/L弱熒光井壁穩定劑HQ-1+20～40 g/L聚合醇潤滑防塌劑+5～10 g/L硅氟稀釋劑+1～5 g/L表面活性劑。

4 現場鉆井液技術

4.1 二開鉆井液技術

1)鉆進時不斷加入質量濃度為1～3 g/LPAM膠液，用來絮凝出口鉆井液中的黏土類固相。井深1 570 m處減少PAM的加量，加快地層的造漿速度。在漏斗黏度較為合適后，用水解聚丙烯腈銨鹽(NH4HPAN)調整鉆井液流變性。

2) 按全井加量逐步加入10 g/L無熒光防塌劑PA-1、10 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT和10 g/L羧甲基磺化酚醛樹脂SD-101，將中壓失水控制在12 mL左右。

3)鉆至東營組底部，繼續按全井加量逐步加入10 g/L羧甲基磺化酚醛樹脂SD-101、10 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑 KFT、10 g/L弱熒光井壁穩定劑HQ-1，將中壓失水控制在6 mL以內。

4)進入沙河街組后，提高聚合物PAM膠液加量，同時加入5 g/L胺基聚醇，提高鉆井液抑制性，控制紅泥巖的造漿，維護鉆井液性能的穩定。同時開啟除砂器、離心機，盡量清除劣質固相，保持鉆井液的黏土含量在合理的范圍，同時配合適當短起下鉆措施，保證井眼的暢通。

5)進入沙三段后，按全井加量逐步加入10 g/L無水聚合醇、20 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、20 g/L羧甲基磺化酚醛樹脂SD-101和 20 g/L多元醇防塌劑，增強鉆井液體系的封堵防塌能力，防止硬脆性地層掉塊、垮塌。

6)中完后，充分循環，用0.5 t弱熒光井壁穩定劑 HQ-1、0.3 t 抗鹽降濾失劑WFL-1配制封井液封住裸眼段下部2 000 m，保證電測和下套管作業順利。二開鉆井液性能如表1所示。

表1 二開鉆井液性能

4.2 三開鉆井液技術

4.2.1 鉆井液預處理

1)三開井段設計鉆井液密度為1.25～1.80 g/cm3，高密度鉆井液流變性能較難控制。合理的膨潤土含量是保證高密度鉆井液流變性的前提。現場通過離心機清除和加入PAM稀膠液的方法將膨潤土含量控制在40～45 g/L。

2)加入5 t磺化酚醛樹脂SMP-1、2 t弱熒光井壁穩定劑HQ-1、2.5 t抗鹽降濾失劑NFN-1、2.5 t抑制劑NFJ-1、2 t抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT，保證防塌劑和降濾失劑的含量充足，將體系轉化為聚磺抗高溫防塌鉆井液體系；按循環周加重至1.28 g/cm3，充分循環，待鉆井液性能達到設計要求后開鉆。

4.2.2 井壁穩定技術

1)保持合適的鉆井液密度，提供必要的力學支撐，使其和井壁壓力實現近平衡。進入三開井段后，根據地層壓力設計并充分結合鉆進實際情況，適時調節鉆井液密度，保持地層具有適當的正壓差，以防井壁坍塌掉塊；但密度也不能太大，以防黏附卡鉆和壓漏地層。

2)保持良好的流變性能。在三開易塌井段，通過流型調節措施，將鉆井液的動塑比控制在0.4～0.45 Pa/(mPa·s)，減弱鉆井液液流對井壁的沖蝕作用；同時在保證攜巖和井眼清潔能力的情況下，盡量保持鉆井液的低黏度和切力，減弱壓力激動對井壁穩定的影響。

3)提高鉆井液濾液的抑制性，抑制泥頁巖水化分散。及時補充質量濃度為3～5 g/L PAM膠液，保證其在鉆井液中含量充足，提高鉆井液的抑制性，抑制泥頁巖水化膨脹。

4)強化物理封堵，主要通過加入20～30 g/L聚合醇潤滑防塌劑和30 g/L磺化瀝青改善泥餅質量，使得鉆井液體系能夠在井壁上形成低滲透、強韌性的泥餅，真正封堵地層層理、孔隙和微細裂縫。

5)降低高溫高壓濾失量。鉆至沙三段中和沙三段下地層，補充10～20 g/L弱熒光磺化瀝青ZX-8、10～20 g/L抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、10～20 g/L磺化酚醛樹脂SMP-1 、10～20 g/L聚合醇潤滑防塌劑等處理劑，將高溫高壓濾失量控制在8～10 mL，減弱泥頁巖的水化。

6)工程上保持合適的環空返速，下鉆到底后小排量開泵頂通循環，慢慢提高至正常排量，防止激動壓力過大造成井壁憋塌、憋漏。

4.2.3 潤滑防卡技術

1)固相控制。為有效控制固相，保證鉆井液中聚合物PAM含量充足，抑制鉆屑水化分散，同時利用固控設備及時清除無用固相，三開振動篩的篩布孔徑0.125 mm，保證除砂器和離心機的使用率，盡量清除劣質固相。

2)補充足量的潤滑劑，改善泥餅質量。在固相控制的基礎上，形成薄而致密的泥餅是提高鉆井液潤滑性的關鍵。隨著鉆進的進行，加入足量的降濾失劑、防塌劑等，降低鉆井液濾失量，有效地減少泥餅厚度和滲透性，同時提高無水聚合醇潤滑劑和瀝青類材料的加量，改善泥餅的潤滑性，起到降低摩阻的作用。

3)工程上勤搞短起下鉆，刮掉吸附在井壁上的虛厚泥餅，暢通井眼，以破壞可能形成的鍵槽，防止卡鉆。

4.2.4 完井作業技術

1)通井循環，配制硅氟稀釋劑堿液，配方為m(硅氟稀釋劑GX-1)∶m(NaOH)∶m(水)=2∶1∶10，下鉆到底按循環周均勻加入，在后效段適當增加稀釋劑的量，具體加量視鉆井液性能而定，保持鉆井液具有合適的流變性。

利用我國各地區經濟發展水平和人口老齡化程度的差異化，實現產業梯度轉移。中西部省市應利用老齡化程度相對較低，土地等生產要素成本較低等特點，大力進行基礎設施建設，引導當地勞動力在當地就業，創造良好的投資環境，及時將勞動力密集型產業的外商直接投資向中西部地區轉移。同時，東部地區應努力致力于產業結構的升級，利用前期的資金和人才積累，充分發揮當地購買力較強市場巨大的優勢，吸引外商直接投資于資本密集型和技術密集型產業。

2)同時補充3～5 g/L聚合物膠液，保證鉆井液中聚合物的含量，提高鉆井液抗污染穩定性。

3)工程上，下鉆時分段開泵循環鉆井液，在套管鞋內開泵循環1次，裸眼段分2次開泵循環鉆井液，防止下鉆到底開泵困難；循環過程中，在保證井下安全的前提下，盡量提高排量，充分凈化井眼。

4)循環干凈后，起鉆之前，配制封井液封裸眼井段，封井液配方：50 m3井漿+0.5 t 磺化酚醛樹脂SMP-1+0.5 t 抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT+3 t固體潤滑劑+1 t 抗鹽降濾失劑WJH-1。三開鉆井液性能見表2。

4.3 復雜情況處理

4.3.1 復雜情況簡介

濱44X井鉆至井深3 884 m，鉆井液流變性變差，稍微靜止后，鉆井液迅速稠化。對鉆井液濾液分析結果見表3。由表3可知：鉆井液濾液中的 HCO3-和CO32-含量過高，說明體系被嚴重污染。

4.3.2 原因分析

本井為重點評價井，鑒于發現油氣顯示的需要，施工中鉆井液密度一直控制在設計下限。在鉆井液靜止及起鉆過程中，鉆井液液柱壓力低于地層流體壓力，造成地層流體侵入鉆井液中。從地質錄井氣測顯示看，后效段CO2的含量維持在2%～5%，正常鉆井時也達到0.3%～0.5%，導致地層流體污染鉆井液。

表2 三開鉆井液性能

表3 HCO3-和CO32-含量

4.3.3 處理措施

現場通過小型試驗確定處理措施：

1)用稀釋劑配制膠液兩罐，共20 m3，配方為10 m3清水+0.1 t聚丙烯酰胺PAM+0.3 t燒堿NaOH+0.5 t硅氟稀釋劑SF-1，按循環周加入鉆井液中，降低鉆井液體系的黏度和切力。

2)按循環周加入CaO，使之和CO32-和HCO3-反應生成CaCO3沉淀，以化學方法除去HCO3-和CO32-。

按上述措施處理后，由于污染嚴重，沒有達到預期的效果，鉆井液流變性沒有得到好轉,故重新制定改進措施如下：

1)配制稀釋劑堿液，配方為m(硅氟稀釋劑GX-1)∶m(NaOH)∶m(水)=2∶1∶10，共10 m3，降低鉆井液黏度和切力，為減少處理量，處理前回收受污染鉆井液60 m3。

2)鉆井液黏度和切力降低之后，混入新配制的鉆井液40 m3，補充鉆井液總量。

3)以濃膠液的形式補充聚丙烯酰胺PAM，并保持含量在3 g/L以上，增強鉆井液的膠體穩定性。

4)在鉆井液中加入0.6 t表面活性劑Span 80，增強鉆井液體系的抗溫能力。

5)保持鉆井液pH在11以上，使HCO3-盡量轉化為CO32-。

6)補充CaO乳液，保持鉆井液中Ca2+的含量，足以除去HCO3-和CO32-。

7)及時補充弱熒光磺化瀝青ZX-8、抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT、磺化酚醛樹脂SMP-1和聚合醇潤滑防塌劑，增強鉆井液體系的封堵防塌能力。

4.3.4 處理效果

經過上述處理，鉆井液流變性恢復，處理前后鉆井液性能如表4所示。

表4 處理前后鉆井液性能

5 結論和建議

1)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系抑制性好，懸浮攜帶能力強，解決了二開大井眼易造漿地層的攜巖問題，二開施工中井壁穩定，起下鉆暢通無阻。

2)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系封堵性好，抗溫性強，通過合理密度支撐及薄韌泥餅封堵措施，解決了沙河街組的井壁失穩難題，施工中偶見剝蝕掉片外，無井塌現象，井壁穩定。

3)聚磺抗高溫防塌鉆井液體系潤滑性能好，雖然三開由于工程糾斜出現“狗腿度”，但是起下鉆暢通無阻，電測順利，無遇阻顯示。

4)沙河街組地層存在層理、裂縫和微小孔隙，局部井段發育油泥巖和紅泥巖，易水化縮徑，必須保證封堵防塌劑的含量，同時采取合理的鉆井液密度，這樣才能保證井壁穩定。

5)該井鉆井液遭遇CO32-及HCO3-污染，建議今后鉆探中適當提高鉆井液密度，保證在靜止時鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力相平衡。