亞洲最深井—輪探1井水基鉆井液技術

謝建輝 任超 王瑞虎 張雄

中石油西部鉆探鉆井液分公司 新疆 克拉瑪依 834000

1 基本概況

該井自上而下鉆遇第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、鷹山組、蓬萊壩組、下丘里塔格、阿瓦塔格、沙依里克、吾松格爾、肖爾布拉克組、玉爾吐斯組、奇格布拉克組等地層，主要目的層為震旦系的奇格布拉克組。奧陶系的鷹山組-震旦系的奇格布拉克組超深、超高溫井段，對鉆井液的抗溫能力、封堵防塌能力要求高，因此抗高溫水基鉆井液的研究是應對輪探1井超深、超高溫鉆井難題的重點；為保證輪探1井超深、超高溫井段的順利施工，經過前期大量的室內實驗和配方調整，確定輪探1井超深段使用氯化鉀聚磺水基鉆井液體系；本井使用該體系成功解決了輪探1井8000m以下超深井段的高溫、井壁穩定等難題，順利鉆進至8882m，突破了亞洲最深鉆井記錄。該體系的研究和應用為輪探1井鉆井井深的突破提供了技術支撐，為塔里木油田下寒武系、震旦系鉆井提供了鉆井液技術儲備。

2 主要技術難點

2.1 抗溫能力

本井設計井深8500m，加深至8882m，預計井底溫度在180℃以上，所以出于安全考慮要求四開鉆井液能抗溫到200℃，為此委托廠家定制生產了能夠抗溫200℃的主抗溫材料及其它相配套的封堵材料。

2.2 井壁穩定

根據鄰井資料及實鉆情況，在進入鷹山組后垮塌、掉塊現象非常嚴重，曾數次發生卡鉆事故，通過體系優化、采用定制生產的高軟化點瀝青材料，有效的解決了這個難題，保證了鉆井的順利進行。

3 前期室內配方研究

經過試驗篩選出高溫下流變性與熱穩定性較好的配方，見表1。

表1 室內試驗鉆井液性能（50℃測量）

配方：2%膨潤土漿＋3%SMP-3＋3%SPNH＋3%SF＋1%AP220＋5%FT-1A＋3%DYFT-2＋3%YX＋3%RF-9＋0.3%NaOH＋0.5%SP-80＋1%SF-260-2＋7%KCI＋重晶石（鉆井液密度1.55g/cm3）。

輪探1井采用氯化鉀聚磺體系，定制了抗高溫降失水劑，并且使用了在高溫下封堵能力較強的DYFT-2、FT-1A、KH-N等瀝青類材料，同時增加了不同粒徑剛性顆粒、纖維類材料的協同封堵，做到了體系抗溫能力強，封堵效果好，在180℃高溫下依然具有良好的流變性能和高溫穩定性，HTHP濾失量低、泥餅質量好。

根據室內系統試驗，確定使用上述配方用于現場施工。

4 高溫穩定性研究

深部井段抗溫穩定性是輪探1井的技術難題，為應對輪探1井超深、超高溫的挑戰，通過數百組室內實驗，優選出不同溫度梯度下的現場施工配方如下：

2%膨潤土漿＋3%SMP-3＋3%SPNH＋3%SF＋1%AP220＋5%FT-1A＋3%DYFT-2＋3%YX＋3%RF-9＋0.3%NaOH＋0.5%SP-80＋1%SF-260-2＋7%KCI＋重晶石（鉆井液密度1.45g/cm3）。

上述配方不同溫度下的鉆井液性能數據見表2。

表2 現場施工配方不同溫度下的鉆井液性能（50℃測量）

現場施工中，井漿流動性好，常溫下各項鉆井液指標優良，并對井漿進行170℃、180℃、200℃鉆井液抗溫及沉降穩定性實驗，實驗表明：

井漿經170℃、100h熱滾后，沉降穩定性試驗，表面析水1.2cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動輕松，高攪流動性好。

井漿經180℃、100h熱滾后，沉降穩定性試驗，表面析水1cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動輕松，高攪流動性好。

井漿經200℃、100h熱滾后，沉降穩定性試驗，表面析水4cm，玻璃棒輕觸到底，無沉淀，攪動輕松，高攪流動性好。

5 現場應用情況

輪探1井于2018年11月12日19：00使用聚磺氯化鉀防塌鉆井液三開鉆進作業，2019年2月28日02∶30鉆進至7475.67m三開中完；本段進尺1970.97m，鉆井天數70.93d，機械鉆速1.16m/h；平均井徑擴大率0.98%，施工中鉆進安全順利。本段設計井深6802m，實際井深7475.67m，全程鉆井液性能穩定，中完電測、下套管順利完成。

2019年3月25日09∶00四開，繼續使用聚磺氯化鉀防塌鉆井液體系，2019年6月23日21∶00鉆進至井深8882m完鉆，本段進尺1406.33m，鉆井天數91.5d，機械鉆速0.64m/h；平均井徑擴大率8.44%，完井作業電測8趟均一次到底，下尾管作業順利。

通過一系列性能檢測試驗表明，輪探1井鉆井液不僅滿足了安全鉆進的需要，而且達到了預先設想的結果，具體性能見表3、表4、表5。

表4 輪探1井井深8000m井漿HTHP濾失量測量

表5 輪探1井井深8000m井漿熱滾后的性能（50℃測量）

對井深8000m井漿實驗表明：

（1）現場井漿流變性、懸浮攜帶能力比較穩定；高溫熱滾后性能依然穩定，在200℃熱滾后井漿切力變化不大，高溫穩定性較強；高溫高壓濾失量在160℃以內小于8mL，180℃以內小于10mL。

（2）現場井漿從高溫老化性能看，180℃、200℃三天內性能穩定，完全能夠滿足安全鉆進與后期完井作業要求。

實鉆證明輪探1井抗高溫水基鉆井液在超高溫條件下應用效果良好，本井三開、四開超深、超高溫段鉆井施工安全無事故、無復雜，平均井徑擴大率小于10%，證明該體系鉆井液在超過180℃高溫下流變性、熱穩定性、護壁性能優良。

6 結論

1）應對剝落垮塌要多手段、多舉措協同作用；應對井壁穩定是整個行業在深井段都會面臨的問題，輪探1井在應對易垮塌井段時，采用了化學與物理防塌并重、全程協同封堵強化鉆井液的封堵造壁性能，確保井壁穩定，整個深井施工井段鉆井液防塌性能表現優秀，三開平均井徑擴大率只有0.98%，體現了優良的防塌性能。

2）鉆井液高溫穩定性研究的關鍵在于體系優化和材料優選，輪探1井在深部井段的抗高溫磺化防塌鉆井液的使用，經受了180℃的考驗，鉆進液表現出優良的抗高溫穩定性與防塌性能；并在180℃、200℃抗溫實驗中依然具有較好的流變性與熱穩定性；為輪探1井超深、超高溫鉆井施工的順利完成提供了強有力的技術保障。

3）該體系抗溫可以達到200℃，為今后的超深井鉆井提供了一項技術儲備。