彭州頁巖氣大位移井鉆井液技術應用優(yōu)化及案例簡析

吳歡，宋芹英，郭玉同，王婧，尚蓮民，張衍喜

(1.勝利油田東勝工貿(mào)有限責任公司，山東 東營 257000；2.勝利石油工程公司西南分公司，山東 東營 257000)

0 引言

川西頁巖氣是國家頁巖氣開發(fā)大背景下的重點勘探開發(fā)區(qū)塊，采取的大位移井鉆探思路。該區(qū)塊的鉆井工藝和鉆井液工藝還處于探索階段，本文即是在優(yōu)化應用新技術的基礎上，結合現(xiàn)場數(shù)據(jù)和施工進程，進行了技術探討和分析；該區(qū)塊上部的陸相地層，有大段泥巖、炭質(zhì)泥巖、泥頁巖發(fā)育、地層自然造漿嚴重；進入三開海相地層后，穩(wěn)斜段井斜87°以上、井眼小、裂縫發(fā)育、高溫高壓高含硫。如果采用傳統(tǒng)的聚磺鉆井液，它表現(xiàn)為抑制能力差，在高密度高溫情況下、流變性難以調(diào)控、造成泥包鉆頭、頻繁起下鉆調(diào)整鉆井液、進尺慢等復雜工況。針對此種弊端，西南局鉆井院聯(lián)合彭州項目部技術公關，研發(fā)形成了復合鹽強抑制鉆井液體系。

復合鹽強抑制聚磺防塌鉆井液是在聚磺鉆井液體系的基礎上，引入復合鹽的理念形成的一種高性能強抑制水基鉆井液[1]體系；該體系在鄰井8號臺、3號臺實現(xiàn)應用，施工比較平穩(wěn)。在5-2D井優(yōu)化了上述復合鹽鉆井液配方，實現(xiàn)了二開快速鉆進、環(huán)保無污染鉆井工程，取得了更好的井眼軌跡。并在三開海相地層，推出了高清潔高酸溶潤滑封堵鉆井液，三開成功處理復雜工況，表現(xiàn)了比油基鉆井液更優(yōu)越的性能，更加環(huán)保。

1 一開鉆井液轉(zhuǎn)型的室內(nèi)評價和現(xiàn)場應用

一開采用高搬含鉆井液作為基漿，配合鉀基聚合物膠液進行鉆進，主要鉆遇蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、沙溪廟組、須家河五段、四段；遂寧組中部逐步轉(zhuǎn)化為鉀基聚合物體系，轉(zhuǎn)化方式是把生石灰乳復配入鉀基聚合物膠液，形成有較強抑制能力的鉆井液；沙溪廟組之前，一次性補足KCl，轉(zhuǎn)化為復合鹽強抑制鉆井液體系；轉(zhuǎn)型之前，進行了多個平行實驗，如表1所示，確定數(shù)據(jù)。

表1 轉(zhuǎn)體系前護膠情況確認實驗

該實驗表明，井漿護膠不足；遂寧組底部有必要將API失水降低，穩(wěn)定井壁。按照實驗配方，全井處理之后，又加入1%有機硅抑制劑[2]，以使鉆井液達到轉(zhuǎn)型條件，并實驗確認。鉆井液具備轉(zhuǎn)型條件，根據(jù)表2平行實驗情況，按循環(huán)周加入4%KCl；處理鉆井液且循環(huán)均勻后的鉆井液性能進行了測試，并做了進一步的護膠實驗。

表2 轉(zhuǎn)體系平行實驗

實驗情況良好，如表3所示，按此配方處理均勻之后，根據(jù)表4結果，補入了生石灰乳，以充分實現(xiàn)鉆井液的復合強抑制性，鉆井液完成復合鹽的徹底轉(zhuǎn)型；實驗最終確認生石灰乳的加量為0.10%～0.15%。

表4 復合鹽強抑制鉆井液轉(zhuǎn)型實驗(確定生石灰乳加量)

在此之后，直到鉆穿沙溪廟組，鉆井液性能穩(wěn)定，性能如表5所示，膠液以HQ-1、SMP-Ⅱ、AP-1，維護井壁質(zhì)量、保持和穩(wěn)定鉆井液強抑制性。在沙溪廟組中部，鉆井液按照設計密度上限，并結合實際的地層壓力情況，將密度加重至1.86 g/cm3以上，至中完。從圖1鉆井日進尺柱狀可知，平穩(wěn)改善性能和轉(zhuǎn)型鉆井液，有利于鉆井時效，日進尺50 m以上，這是本段的經(jīng)驗。

表3強抑制鉆井液護膠實驗

表5 一開中完復合鹽強抑制鉆井液性能表

圖1 一開鉆井日進尺柱狀圖

一開小結：(1)上部地層含大段泥巖，造漿嚴重，鉆井液流變性難以維持，單純的有機硅抑制劑并不能解決上述問題，生石灰乳效果好；(2)在沙溪廟組之前，不刻意控制中溫中壓失水，使井眼通暢并保有一定的井眼擴大率，有助于下套管作業(yè)；(3)在沙溪廟組，充分護膠，一次性補入KCl并確定生石灰乳加量，一次性轉(zhuǎn)為復合鹽強抑制體系，效果好。

2 二開復合鹽強抑制聚磺鉆井液體系的優(yōu)化實驗和現(xiàn)場施工

2.1 二開開鉆鉆井液處理流程及措施

二開鉆遇地層為須家河組四段、三段、二段、小塘子組、馬鞍塘組二段、一段(未穿)，本階段巖性主要是砂、泥巖互層；泥巖段和煤層段，主要問題是防塌、防漏、防H2S、防噴。

一開中完鉆井液經(jīng)過調(diào)整后，基本符合轉(zhuǎn)化的基礎漿要求；結合甲方設計，進行了室內(nèi)優(yōu)化轉(zhuǎn)型實驗，60%井漿+40%復合鹽膠液(H2O+0.2%NaOH+2%DYFT+3%SMP-Ⅱ+1%KFT+1%QS+2%HQ-1+4%RH200+0.5%CaO+8%KCl+1.5%LPF+1%AP-1+0.2%LV-PAC)，如表6所示。

表6 二開鉆井液開鉆前實驗(確定配方)

清潔基礎鉆井液，將漏斗黏度維持在50S左右；按照上述復合鹽膠液配方復配稀重漿，按循環(huán)周混入井漿，在套管內(nèi)完成鉆井液定型，性能如表7所示，鉆開新地層；鉆進過程中，進一步補入KCl和AP-1，保持KCl含量6%～8%，增強鉆井液抑制性，維持鉆井液性能。

表7 二開鉆井液定型實驗

2.2 二開井壁優(yōu)化和鉆井液流變性改善的過程及分析

開鉆后第一趟鉆短起下，在套管鞋下方100 m左右，有遇阻現(xiàn)象，活動鉆具后通過，分析是套管鞋預留口袋下方的沉沙引起的[3]。啟示套管內(nèi)鉆井液轉(zhuǎn)型時，在套管鞋處應保證適當粘切，防止過低粘切對口袋的沖刷，造成砂橋堵塞。對此，決定推稠篩子優(yōu)化井壁，結果如表8所示。

表8 二開優(yōu)化井壁和改善流變性結果1(不同層位、不同篩子配方)

鄰井8號臺、5號臺提示須三段有大掉塊；因此，在鉆開須三段之前，本井進一步優(yōu)化井壁，加強封堵和防塌能力，使井壁規(guī)則順滑、穩(wěn)定；鉆井液推篩子后，保持適當粘切，是充分攜帶巖屑的必要條件。如表9所示，這是第二次優(yōu)化井壁。

表9 二開優(yōu)化井壁和改善流變性結果2(不同層位、不同篩子配方)

進入須三段之后，粘切維持在適當范圍，未出現(xiàn)大掉塊，分析是本井掉塊沉在井底或懸浮井壁周圍[4]；鉆井液不能充分攜帶，這對下部鉆進和起下鉆都十分不利。為此，在起鉆前推重稠篩處理，見有掉塊返出；起鉆前配封閉漿，泵至井底，下鉆到底后充分循環(huán)，至井漿性能均勻。如表10所示，這是第三次優(yōu)化井壁。

表10 二開優(yōu)化井壁和改善流變性結果3(不同層位、不同篩子配方)

進入須二段之前，多次提示防塌、防漏；加之井深超過4 000 m，鉆井液的抗溫能力面臨挑戰(zhàn)[5]；具體表現(xiàn)是，每趟鉆4個臺班左右，每次起鉆之前，鉆井液流變性差；下鉆到底之后，流變性能好，且能持續(xù)48～72 h。值得注意的是，本段鉆井液流變性在可控范圍內(nèi)，并且符合須二段的地層特點，有效攜帶了巖屑和掉塊，也保證了鉆井時效。這樣每次起下鉆之前，對鉆井液都進行充分處理，性能如表11所示，直至鉆穿須二段，保持良好的鉆井液性能[6]；至進入小塘子組層位，漏斗黏度控制在75～80 S，振動篩返砂正常，間歇性有掉塊帶出，起下鉆順利。

表11 二開優(yōu)化井壁和改善流變性結果4(不同層位、不同篩子配方)

2.3 二開完鉆前難點分析及鉆井液性能優(yōu)化

小塘子組是造斜段，地層巖性是砂質(zhì)頁巖為主；具有以下難點：(1)壓差卡鉆；(2)掉塊卡鉆；(3)防噴防漏；(4)鉆具托壓；(5)三高。針對以上問題，本井在進入小塘子組開始降粘切，調(diào)整流型，鉆穿小塘子組之前，鉆井液充分處理，首先清潔鉆井液；其次，以優(yōu)質(zhì)稀重漿的形式處理鉆井液；再次，補入足量的防塌劑，為馬鞍塘組作準備。同時，增強鉆井液的潤滑性能，每個班次持續(xù)跟入潤滑劑，最終順利、平穩(wěn)鉆穿小塘子組。馬鞍塘組分為兩層，在馬二段和馬一段交界面，井斜已達到60°以上，存在極大的垮塌風險，并且還有井漏提示；鄰井在本層井漏、卡鉆等工程復雜均出現(xiàn)。本井采取的措施是，每個班次開啟離心機，充分清潔鉆井液；同時補入含有多級配瀝青、超細碳酸鈣、抗壓成膜劑等防塌劑的稀漿；鉆井液保持適當粘切，也保證了井壁穩(wěn)定，性能如表12所示，保證了井下安全和起下鉆順利。

表12 二開完鉆前性能優(yōu)化實驗

二開中期和完鉆鉆井液返回槽流型對比如圖2所示?？梢悦黠@看出，須二段流型稍差，在小塘子組至中完階段，鉆井液調(diào)整性能之后，回流槽兩側(cè)流動通暢，且整體流態(tài)為紊流，反饋鉆井液具有良好流變性；同時觀察振動篩返出掉塊情況，未見持續(xù)性大掉塊，證明井壁穩(wěn)定、鉆井液具備較好的封堵防塌能力。

圖2 二開須二段和完鉆鉆井液返回槽流型對比圖

本井二開直井段日進尺平均70 m以上，造斜段日進尺平均40 m以上；鄰井8號臺、3號臺，在二開直井段日進尺45 m左右，造斜段日進尺25 m左右，如圖3、圖4所示。這說明，本井采用的結合甲方框架的鉆井液體系的同時，兼有西南分公司的優(yōu)化處理思路，是符合工程特點的；體系中處理劑的種類盡可能少，每種處理劑具有一種專門的功能[7]。本開次鉆井時效高，工期提前15～20工作日；二開完鉆且一次性下送套管到位并順利固井。

圖3 二開鉆井日進尺柱狀圖(直井段)

圖4 二開鉆井日進尺柱狀圖(定向段)

二開小結：(1)二開長裸眼段定向深井，鉆井液維護難度大，抑制性、粘切、抗溫考驗大，不斷推篩子改變流態(tài)，十分必要；(2)須三段、須二段保持適當粘切，并增強鉆井液的強抑制性，非常重要；AP-1、生石灰乳、KCl配合使用，效果好；(3)在鉆穿小塘子組之前，充分清潔鉆井液、降粘切、補充稀漿，創(chuàng)造封堵防塌材料加入的空間和時間，對馬鞍塘組順利鉆進是必要的；(4)多級配的封堵防塌材料，對于配伍性和抗溫性要求很高，優(yōu)選鉆井液材料很有必要；(5)深井高密度鉆井液維護和處理措施必須適當，處理過程結合實驗數(shù)據(jù)，是配合工程順利進行的關鍵。

3 三開高清潔鉆井液現(xiàn)場應用及近水平段復雜處理

3.1 三開鉆井液轉(zhuǎn)型思路

三開定向穩(wěn)斜至近水平段，雷口坡組是本井的目的層[8]；鉆遇多套高壓裂縫氣，水平段長、井眼小，鉆井液高溫穩(wěn)定性、防塌和攜帶能力尤其重要；增強鉆井液的潤滑防磨、防卡能力，很有必要。三開是以清潔的二開鉆井液為基礎漿，同時配制一定比例的高清潔鉆井液，在套管內(nèi)，循環(huán)鉆水泥塞結束，處理水泥污染后，將新配制鉆井液按循環(huán)周補入井內(nèi)，鉆井液密度達到設計要求，鉆開新地層，持續(xù)補充AP-1，轉(zhuǎn)型之后鉆井液體系為高清潔高酸溶潤滑封堵體系，該體系在川西海相地層屬于首例。

3.2 三開水平段卡鉆處理

三開鉆至6 225 m，定向儀器無信號，查找原因，停泵停頂驅(qū)，鉆具靜止18 min，發(fā)生卡鉆。鉆井液性能：ρ1.55 g/cm3，F(xiàn)V55 s，API失水2.8 mL，PV29，YP12，G10″/G10′6.5/11。泵入密度1.55 g/cm3，黏度65 S的解卡劑22 m3，頂替出鉆頭6 m3，浸泡井底裸眼段環(huán)空并擠壓頂替解卡劑，30 h后解卡?？ㄣ@原因分析(1)水平段，鉆具靜止時間過長：靜止18 min未活動頂驅(qū)，鉆具靜止時間過長是造成這次卡鉆主要原因；(2)壓差過大：本井段壓力系數(shù)最高1.20 g/cm3，最低1.10 g/cm3，防止老井眼串層氣，實鉆鉆井液密度1.55 g/cm3，壓差在15～20 MPa，壓差是這次卡鉆的次要原因。

3.3 三開水平段憋泵處理

本井快速鉆進至井深6 623 m，8月15日起鉆完—9月3日下通井鉆具5趟，出現(xiàn)起下鉆遇阻卡、開泵憋壓嚴重的現(xiàn)象，現(xiàn)狀分析：(1)糖葫蘆井眼，存在多個大肚子和小井眼；(2)水平段下巖屑床豐富，鉆井液性能不能滿足攜帶；(3)裂縫和破碎帶發(fā)育，長時間循環(huán)處理和起下鉆過程，造成局部井壁垮塌或失穩(wěn)；(4)鉆井液靜止時間長，泥餅質(zhì)量差、性能老化。

根據(jù)實際情況，制定處理程序：

(1)起鉆至套管內(nèi)；同時配制水化高濃度的優(yōu)質(zhì)高清潔鉆井液，復配膠液10 m3+聚合物增黏劑XC+潤滑劑RH220；起鉆到位后，混入高清潔鉆井液同時跟入膠液。在套管內(nèi)鉆井液性能處理到位：ρ1.50 g/cm3，F(xiàn)V75～120 s, API失水＜3 mL，PV＞35，YP＞15，G10″＞10，G10′＞30，潤滑系數(shù)＜0.07；處理到位后下鉆分段循環(huán)。

(2)下鉆過程，分若干段循環(huán)；分段循環(huán)過程中，排量由小到大，逐步提至正常循環(huán)排量；循環(huán)排掉每段的裸眼段鉆井液；性能調(diào)整必須到位，全井達到套管內(nèi)鉆井液性能。

(3)下鉆遇阻后，逐柱循環(huán)劃眼至井底；劃眼期間，排量許可條件下(不憋泵)，至循環(huán)均勻。

(4)下鉆接近井底，如果泵排量提升難、劃眼困難，計劃小排量泵入稠篩子7～10 m3，清掃井眼；配方：30 m3優(yōu)質(zhì)清潔鉆井液+0.3%聚合物增粘劑XC+15 kg雷特纖維+8%～10%超細碳酸鈣+0.2%DSP-2。處理至每柱循環(huán)過程排量正常，達到套管內(nèi)鉆井液性能。

(5)下鉆到底后，充分循環(huán)，調(diào)整性能，采用稠篩子再次清掃井眼，至井眼全部清潔。循環(huán)均勻，短起至套管內(nèi)下鉆到底，驗證井眼情況，循環(huán)至排量正常泵壓正常后，進行下步鉆進施工。

通井5次之后，該井順利完鉆，驗證了“三高”大位移深井，采用高清潔鉆井液體系的正確性。三開小結，其一，近水平段，鉆具不能長時間靜止，易粘卡；其二，起下鉆過程中，極易因下巖屑床造成阻卡，其時一旦大排量開泵沖劃，容易造成巖屑床的運移和聚集，造成進一步的復雜情況；其三，定期進行短起下，對于修復井壁和凈化井筒很有必要。

4 結論與建議

本井在優(yōu)化復合鹽強抑制聚磺防塌鉆井液體系方面，取得了較好的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗。另外，在海相地層推出了優(yōu)越性好的高清潔高酸溶潤滑封堵鉆井液，在處理復雜事故和鉆井時效兩方面，獲得了經(jīng)驗，對后續(xù)川西區(qū)塊的作業(yè)很有價值。

(1)優(yōu)化的復合鹽強抑制鉆井液在上部地層鉆進時優(yōu)越性顯著，很好地控制了鉆井液流變性，并極大提升了鉆井時效；轉(zhuǎn)型前充分護膠、反復實驗確認，在流型好的前提下轉(zhuǎn)型。

(2)二開難度大，須家河組掉塊嚴重，地層活躍，應保持適當?shù)恼城?，保證井壁穩(wěn)定性，在每趟鉆起鉆之前用封閉漿處理，堅持打一段保一段的原則，保證起下鉆順利進行。

(3)優(yōu)化的復合鹽體系具有較高的礦化度，定期補充KCl和生石灰乳，能夠有效抑制粘土晶層間的滲透水化，利用鉀離子、鈣離子的活躍能力優(yōu)于鈉離子，離子交換作用地層，很好地抑制了地層造漿，穩(wěn)定性能。

(4)三開海相地層井斜大裂縫發(fā)育，面臨井漏風險，以稀重漿的形式補足封堵材料、抗高溫降濾失劑，并保證適當?shù)偷恼城?，既能提高鉆井時效，又在空間和時間上保證井下安全。

(5)高清潔高酸溶潤滑封堵鉆井液體系在該區(qū)塊應值得推廣，三開雷口坡組裂縫發(fā)育，井眼小、排量小，該體系有很好的適應能力，優(yōu)化了井壁質(zhì)量，且切力滿足攜巖攜砂。

(6)三開雷口坡組是近水平段，建議150～200 m定期進行一次短起下，以規(guī)整井壁，通暢井眼；每柱打完后，都充分進行循環(huán)，勤活動鉆具、忌定點循環(huán)；起下鉆時，如遇阻卡，切忌大排量劃眼，容易造成復雜情況，該結論適用于該區(qū)塊同類型施工作業(yè)。