三塘湖盆地致密油水平井鉆井液技術研究與應用

曹 輝，陳 磊，陳恩讓

（1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,陜西西安710021；2.川慶鉆探鉆采工程技術研究院,陜西西安710021）

1 概述

三塘湖盆地馬朗區塊是典型山前構造，地殼區域擠壓作用強烈，斷層、裂縫多，地層復雜，地質特征主要發育有天然裂縫系統，強非均質性，巖性混雜，斷裂系統發育；在條湖組和卡拉崗組、蘆草溝組和卡拉崗組地層破碎帶交接處存在不整合面，鉆井井壁垮塌問題嚴重且掉塊大而多（見圖1），引起的井下復雜輕則造成起下鉆阻卡劃眼，重則卡鉆或埋死鉆具等井下事故[1-5]。針對以上技術難題，我們對鉆井液存在的技術難點進行分析，研發出一種具有強封堵性、抑制性好、流變性良好、潤滑減阻效果明顯的強封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系，該體系采用復配的封堵性材料和鉀鹽作為主要處理劑，具有封堵性強、抑制性好、抗污染能力強、固相容量限高等技術特點。

圖1 三塘湖盆地馬朗區塊井壁垮塌掉塊

2 技術對策

由于鉆井液濾液進入裂隙后其間的膨脹壓力增大，降低了泥巖的強度和剛性，使其微孔隙壓力升高，從而導致凝灰質泥巖崩裂垮塌，鉆井液失水越大，井壁剝落垮塌越嚴重。因此：加強鉆井液封堵造壁性十分必要，可以降低和穩定鉆井液濾失量；通過無機鹽（電解質）的加入，可提高鉆井液水相的礦化程度，平衡鉆井液水相與地層流體的滲透壓差；發揮聚合物的包被絮凝作用，穩定泥頁巖；從上述三個方面的考慮，開展室內研究并研發出強封堵鉀鹽聚合物鉆井液體系，該體系具有強封堵性、強抑制性、濾失量低、潤滑性好等特點。

2.1 基本配方

對該體系進行常溫、高溫條件下的一系列的配方優選試驗，該體系性能穩定、具有強抑制性，最后得出了該體系的基本配方如下：0.2%燒堿+0.3%提切劑+0.2%絮凝劑+0.5%降失水劑+8%鉀鹽+5%復配封堵劑+1%~2%水基潤滑劑+適量重晶石，鉆井液性能見表1。

表1 鉆井液體系性能參數

2.2 體系抗溫性評價試驗

由于該區塊井底溫度接近120℃，長時間鉆進對鉆井液的抗溫性和穩定性要求較高，為此對鉆井液體系配方在室內做抗溫性評價試驗。在不同溫度下熱滾，對比前后性能變化（見表2）。

表2 鉆井液體系抗溫實驗

由表2中試驗數據可以看出，120℃熱滾后粘度損失率僅33.8%，表明該鉆井液體系使用溫度可達到120℃以上，完全滿足該區塊頁巖油水平井鉆井液抗溫要求。

2.3 頁巖回收率評價

針對上部齊古組、頭屯河組地層易水化膨脹的特點，優選出鉀鹽作為體系的主要抑制劑，測試了不同抑制劑在120℃×16h熱滾前后巖屑回收率（巖屑取自齊古組地層），試驗結果見圖2。

圖2 不同抑制劑對巖屑回收率的影響

由圖2可知，對配制不同抑制劑的鉆井液在120℃×16h熱滾后，含8%鉀鹽的鉆井液巖屑一次回收率在95%，二次回收率在82%，明顯高于其它。

2.4 鉆井液濾失性能評價

針對三塘湖地區下部地層火山成巖凝灰質頁巖微裂縫發育豐富的特點，在室內篩選出封堵性材料及降失水劑，按一定的比例進行復配形成4種配方，進行相應常壓和高溫高壓濾失性能評價，見圖3。

圖3 不同配比下的濾失性能評價

從圖3可以看出，第3#配方其降失水效果最好并且形成的泥餅性能既薄又韌，應有利于下部地層微裂縫發育豐富的條湖組、蘆草溝組長水平段的安全快速鉆進。

3 現場應用

三塘湖盆地馬朗區塊地層主要以砂礫巖、軟泥巖、炭質泥巖、凝灰質頁巖、火山白云質泥頁巖為主，在條湖組和蘆草溝組和卡拉崗組交接處存在不整合面，是地層破碎帶，其巖性以凝灰質泥巖為主。針對區塊致密油水平井地質地層特點，制定出相應的鉆井液技術方案：導眼段采用坂土漿；一開表層段采用無機鉀鹽鹽水+坂土稠塞；二開上部井段采用常規鉀鹽聚合物體系；二開進入條湖組轉為強封堵鉀鹽聚合物體系；三開直導眼和側鉆造斜水平段延用在該體系的基礎上注重鉆井液的攜砂性和潤滑性。在ML-X致密油水平井鉆進過程中取得了良好的現場應用效果，成功地解決了三塘湖區塊山前構造井壁失穩垮塌的技術難題。整個鉆井施工過程比較順利，鉆井液維護處理方便且性能穩定:密度1.13~1.45g/cm3,FV45~90s,FLAPI3.4~9mL,泥餅0.2~0.3mm,pH 8~10,含砂量小于0.5%,PV15~35mPa·s,YP8~20Pa，濾餅摩阻系數小于0.1，并且泥餅薄、不粘、摩阻小，流變性優良，動塑比適宜，攜砂效果好，潤滑性能好，井壁較為穩定，3趟取芯+7次電測+下套管作業均一次性成功。

3.1 井壁穩定的鉆井液現場工藝技術措施

在上部易水化地層齊古組、頭屯河組鉆進過程中，始終保持鉀鹽含量在8%,大大增加了鉆井液的抑制防塌性，未有井眼縮徑、起下鉆遇阻現象。在下部地層破碎帶西山窯組、條湖組、蘆草溝組鉆進過程中，重點加強防塌封堵劑的使用，并有效控制井液API濾失量在5mL以內，大大降低了該段地層坍塌壓力，從而有效緩解了破碎帶垮塌遇卡的地質風險。

從振動篩返出的鉆屑棱角分明（如圖4所示），證明是一次切削后的巖屑，用手捏碎后發現里面多半是干的，說明鉀鹽起到了強抑制性，有效地控制了齊古組和頭屯河地層泥頁巖的水化膨脹分散。實踐證明，在該段起下鉆時都很順利，基本沒有發現縮徑和遇阻現象。

圖4 齊古組地層巖屑返出

3.2 防止鉆頭泥包措施

提高對頁巖抑制性和絮凝性，盡可能地降低粘土分散造漿和停止采用鈉膨潤土調節其流變性，始終保持泥漿中MBT<40kg/m3，全井鉆進過程中無一次泥包現象發生（見圖5）。

圖5 起出鉆頭清潔無泥包

3.3 機械鉆速高，鉆井周期短

采用強封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系后，鉆井平均機械鉆速得到突破性的提高，4.67m/h，較鄰井的平均機械鉆速提高約126%，在甲方縮短鉆井周期設計的情況下仍然提前了12.35d。

通過以上的現場應用分析及取得的技術指標表明：該強封堵性鉀鹽聚合物鉆井液體系在三塘湖盆地馬朗區塊致密油水平井得到了成功應用，不僅從機械鉆速、完鉆周期方面取得良好的效果，而且綜合鉆井成本得到了大幅度降低。

4 結論和建議

強封堵性鉀鹽聚合物體系在三塘湖盆地馬朗凹陷山前構造區塊ML-X1、ML-XH鉆井施工中得到了成功應用，并成功解決了因上部地層泥頁巖水化膨脹而引起的縮徑擴徑、鉆頭泥包問題，以及下部微裂縫發育地層破碎帶的井眼垮塌、井下漏失、機械鉆速低等長期困擾安全快速鉆井的技術難題。

（1）該鉆井液體系成功克服了長裸眼段(2311~4232m)條湖組底部和蘆草溝組地層破碎帶井壁不穩定、易垮塌的技術難題。

（2）ML-X2H井三開單只鉆頭進尺715m，平均機械鉆速5.47m/h，創該區塊山前構造單只鉆頭進尺最長、機械鉆速最快的記錄，有效實現了安全、快速、優質鉆井施工作業。

（3）建議進一步優化升級鉆井液體系配方，使其性能更穩定、現場維護更簡便，以滿足該區塊鉆井低成本快速鉆井需求。