塔河油田超深大位移井油基鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用

賀春明

（中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北武漢 433100）

1 易垮塌地層地質(zhì)構(gòu)造及巖性特征

1.1 易垮塌地層地質(zhì)構(gòu)造特征研究

塔河油田三疊系、石炭系、志留系、奧陶系桑塔木組，地層巖巖性主要為深灰色泥巖、棕褐色泥巖、細(xì)粒砂泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，其特點(diǎn)為：①砂巖地層膠結(jié)不好；②泥巖構(gòu)造應(yīng)力拉伸、剪切，形成很多縱向裂紋，易水化膨脹脆裂；③泥質(zhì)灰?guī)r構(gòu)造應(yīng)力拉伸、節(jié)理發(fā)達(dá)；④沿著砂泥巖交界面處釋放，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖石本身的強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生斷裂而釋放能量。

1.2 易垮塌地層巖性特征研究

塔河油田三疊系、石炭系、志留系、奧陶系桑塔木組的地層巖性主要為深灰色泥巖、棕褐色泥巖、細(xì)粒砂泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r。

通過(guò)全巖定量分析，泥巖黏土總量占比高，黏土礦物中含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石，蒙脫石含量高的泥巖易吸水膨脹，綠泥石含量高的泥巖易吸水裂解剝落。泥巖巖性分析見表1。

表1 泥巖巖性成分分析

通過(guò)泥巖剪切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，泥巖都是親水物質(zhì)，泥巖吸水后，強(qiáng)度直線下降（表2），這是造成泥巖地層坍塌的主要原因，通過(guò)應(yīng)用混油及油基鉆井液，可極大降低黏土的吸附力，抑制黏土水化膨脹。

表2 泥巖剪切應(yīng)力分析

表3 體系基礎(chǔ)性能指標(biāo)

2 超深井油基鉆井液技術(shù)研究

2.1 油基鉆井液抑制防塌和降摩減阻研究

（1）由于油基鉆井液連續(xù)相是油，與水敏性地層接觸不產(chǎn)生水化、膨脹、分散和造漿，同時(shí)油基鉆井液的分散相靠自身活度與地層水達(dá)到平衡，阻止水的自由遷移，從而避免水敏性地層井眼縮徑或垮塌。

（2）由于油基鉆井液潤(rùn)滑系數(shù)極低，可以降低鉆進(jìn)及起下鉆柱時(shí)的扭矩和拖刮阻力，同時(shí)可以消除鉆屑的泥包，使得鉆井速度較快。

2.2 油基鉆井液體系配方研究

（1）基本配方與性能指標(biāo)

柴油+25%氯化鈣水溶液（油水比80 ∶20）+2%主乳化劑+2.4%輔乳化劑+2%潤(rùn)濕劑+4%氧化鈣+2%有機(jī)土+4%油基降濾失劑+2%剛性封堵劑+2%油基纖維封堵劑+0.1%油基流型調(diào)節(jié)劑+重晶石。

（2）體系配方基礎(chǔ)成分優(yōu)選

①油基連續(xù)相的選擇

柴油閃點(diǎn)低（82℃）、芳香烴含量高，2號(hào)柴油苯胺點(diǎn)在59℃，普遍使用柴油作為連續(xù)相，優(yōu)選2號(hào)柴油作為油基泥漿連續(xù)相。

②水相確定

測(cè)得塔河油田三疊系和石炭系4 500 ～5 800 m 井段泥巖的活度為0.64，為使鉆井液的活度不大于地層泥巖的活度，確定水相為質(zhì)量濃度28 g/L 的氯化鈣水溶液。

（3）體系配方主處理劑優(yōu)選

選擇4種主乳化劑（輔乳化劑）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)其在不同加量下的破乳電壓，在柴油中分別加入不同量的4種主乳化劑（輔乳化劑），再加入質(zhì)量濃度為28 g/L 的氯化鈣水溶液，油水體積比為80 ∶20，實(shí)驗(yàn)溫度50℃，在11 000 r/min 下攪拌20 min 測(cè)其破乳電壓。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①分別對(duì)比LXEMUL-1、烷基磺酸鈣、EP-233 和硬脂酸鋁，加量3%時(shí)，使用LXEMUL-1的破乳電壓達(dá)到458 V，均高于其他3種乳化劑，選作鉆井液主乳化劑。②分別對(duì)比LXCOAT、油酸、SP-80和烷基苯磺酸鈣，加量2%時(shí)，使用LXCOAT的破乳電壓達(dá)到460 V，均高于其他3種乳化劑，選作鉆井液輔乳化劑。

2.3 超深井油基鉆井液體系配方優(yōu)化

（1）主處理劑配比優(yōu)化評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)條件：160℃熱滾48 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：隨著乳化劑加量的增加，動(dòng)切力增加，電穩(wěn)定性增加，推薦加量3%主乳、4%輔乳。

（2）體系配方性能評(píng)價(jià)

體系配方：柴油+25%氯化鈣水溶液（油水比85 ∶15）+3%主乳化劑+4%輔乳化劑+2%潤(rùn)濕劑+4%氧化鈣+2.5%有機(jī)土+5%油基降濾失劑+3%超細(xì)碳酸鈣+4%瀝青防塌劑+重晶石（1.40 g/cm3）。

評(píng)價(jià)條件：160℃熱滾48 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該體系破乳電壓高達(dá)1 000 V，電穩(wěn)定性很好，黏度、切力適中，攜砂能力強(qiáng)，失水小，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）體系高溫乳化穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)條件：80～160℃熱滾48 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該油基鉆井液抗溫性比較好，從80℃到160℃流變、失水、電穩(wěn)定性幾乎不變，適用范圍較廣。

（4）體系高溫沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)條件：160℃熱滾72 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：油基鉆井液經(jīng)過(guò)熱滾后靜止72 h，破乳電壓變化不大，密度下降0.02 g/cm3，沉降因子SAG ≤0.54，該油基泥漿體系穩(wěn)定性好。

（5）體系高溫流變性評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)條件：160℃熱滾48 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該油基鉆井液隨著密度的增加，黏度、切力緩慢增加，但都在可控范圍內(nèi)。

（6）體系抗固相污染評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)條件：160℃熱滾48 h，65℃測(cè)流變參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該油基鉆井液隨著搬土及鉆屑加量的不斷增加，黏度、切力有增加的趨勢(shì)，但是都在可控范圍內(nèi)，說(shuō)明該鉆井液抑制性較強(qiáng)。

3 超深井油基鉆井液配制與維護(hù)技術(shù)

3.1 油基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)配制步驟

（1）配漿開始前，先檢查、試運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備，確保設(shè)備處于正常工作狀態(tài)下。

（2）按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的油基鉆井液配方進(jìn)行配制。

①在罐中注入所需用量的柴油。

②加入主乳化劑、輔乳化劑，充分?jǐn)嚢?0～60 min。

③加入堿度調(diào)節(jié)劑，充分?jǐn)嚢?5～20 min。

④加入有機(jī)土，充分?jǐn)嚢?20～30 min。

⑤加入油基降濾失劑、瀝青防塌劑、超細(xì)碳酸鈣，充分?jǐn)嚢?5～20 min。

⑥按水油比例緩慢將鹽水罐中的鹽水轉(zhuǎn)移至泥漿罐油基泥漿基液中，并持續(xù)攪拌40～90 min，使用剪切泵高速剪切；停止剪切，用配料漏斗循環(huán)；將泥漿密度提高至所需密度。

3.2 油基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)措施

（1）新漿采用剪切泵充分剪切，混合均勻。

（2）替漿：首先泵入10 m3氯化鈣隔離液，25%濃度氯化鈣鹽水+0.5% HV-PAC+0.5%流型調(diào)節(jié)劑，再替入油基鉆井液，第一罐油基鉆井液可適當(dāng)增加乳化劑加量，同時(shí)提高油水比至90 ∶10，增加抗污染能力。

（3）加裝大泵上水濾網(wǎng)，嚴(yán)禁干加藥品，確保儀器信號(hào)。

（4）250目以上振動(dòng)篩全程開啟，300目除砂除泥器全程開啟，高低速離心機(jī)間斷使用。

（5）確保堿度2.5以上，做好防硫工作。

（6）減少地層侵入鉆井液中水相，同時(shí)補(bǔ)充主、輔乳化劑，基油，降濾失劑，石灰等材料調(diào)節(jié)鉆井液性能。

3.3 油基鉆井液異常處理措施

（1）鉆井液中補(bǔ)充封堵防塌材料，超細(xì)鈣總量3%，1 200目∶2 500目=2 ∶1，油基天然瀝青3%，井壁穩(wěn)定劑2%，彈性石墨1%。

（2）鉆進(jìn)過(guò)程中，若消耗大于0.5 m3/h，出現(xiàn)滲漏情況，適當(dāng)增加封堵材料加量，超細(xì)增加至5%～6%，800目∶1 200目：2 500目=2 ∶2 ∶1。

（3）鉆井過(guò)程中若出現(xiàn)漏失大于2 m3/h，可適當(dāng)微降密度，每次降低密度不大于0.02 g/cm3，確保井控安全，同時(shí)配制15%堵漏漿循環(huán)段塞堵漏，包括10%超細(xì)鈣+5%油基瀝青。

（4）監(jiān)測(cè)油水比、破乳電壓、流變參數(shù)等性能變化，提高鉆井液密度減緩鉆井液污染，調(diào)整主、輔乳化劑、基油、降濾失劑、石灰等材料加量，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

4.1 塔河油田TKC5-1H井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

TKC5-1H 井是一口兩開制開發(fā)水平井，設(shè)計(jì)斜導(dǎo)眼井深5 275.9 m（斜）/4 850 m（垂），完鉆后打水泥塞回填從5 040 m 實(shí)施水平井側(cè)鉆，水平段鉆進(jìn)至井深6 159.95 m（斜）/4 820.5 m（垂）完鉆，目的層為石炭系卡拉沙依組（CK1）；實(shí)鉆4 310 m 開始造斜，斜導(dǎo)眼中完井深5 307 m，打水泥塞回填從4 898 m 實(shí)施水平井側(cè)鉆，完鉆井深6 048.4 m（斜深）/4 824.5 m（垂）完鉆。井身結(jié)構(gòu)見圖1，井砂床封堵實(shí)驗(yàn)見圖2。

圖1 TKC5-1H井井身結(jié)構(gòu)

圖2 TKC5-1H井砂床封堵實(shí)驗(yàn)

本井二開采用水基鉆井液鉆進(jìn)至4 310 m（三疊系哈拉哈塘組），轉(zhuǎn)換為油基鉆井液開始斜導(dǎo)眼和水平井施工，考慮三疊系柯吐爾組硬脆性泥巖水敏性強(qiáng)、坍塌應(yīng)力高，通過(guò)優(yōu)化油基鉆井液封堵防塌，引入5 000～10 000目超細(xì)碳酸鈣、彈性石墨、天然瀝青和聚硅纖維，有效封堵泥巖裂縫，保持井壁穩(wěn)定。

（1）新配制的油基鉆井液中，封堵防塌劑濃度不低于井漿中的封堵劑濃度，優(yōu)選多級(jí)封堵粒徑復(fù)配使用，提高油基鉆井液的封堵防塌能力。通過(guò)評(píng)價(jià)優(yōu)選多級(jí)復(fù)配粒徑形成封堵防塌配方：4%超細(xì)碳酸鈣+2%天然瀝青+2%彈性石墨+1%納米封堵劑；防塌配方中超細(xì)碳酸鈣采用多粒徑比例混合：1 200目、2 500目、5 000目比例為1 ∶1 ∶1。

（2）每次起鉆前充分循環(huán)攜砂干凈后，使用加重封閉漿對(duì)復(fù)雜井段進(jìn)行封閉，防止靜止時(shí)井底壓力下降造成井壁垮塌，可減少?gòu)?fù)雜井段起下鉆遇阻的概率；封閉漿配方：井漿+2%超細(xì)碳酸鈣+2%天然瀝青+0.5%彈性石墨+0.5%納米封堵劑，密度在井漿基礎(chǔ)上附加0.1 g/cm3。

（3）優(yōu)化油基鉆井液封堵防塌配方，降低鉆井液濾失量，熱滾后鉆井液高溫高壓濾失量（140℃）由原來(lái)的2.6 mL 降至1.2 mL，濾失量降低，濾液中不含有自由水，并且形成的泥餅致密光滑，泥餅質(zhì)量更好。

（4）油基砂床封堵，實(shí)驗(yàn)條件為：40～60目砂床，0.7 MPa，承壓30 min 后，量取侵入深度，侵入砂床深度由6.4 cm 降至1 cm，防塌封堵評(píng)價(jià)對(duì)微裂縫封堵效果較好，在高溫環(huán)境中封堵劑也能發(fā)揮良好的堵漏防滲效果。

4.2 塔河油田YJ3-1XC井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

YJ3-1XC 井是塔河油田奧陶系油藏躍參1區(qū)塊的一口四開制三開造斜的大位移井，設(shè)計(jì)三開石炭系卡拉沙依組造斜，采用“直-增-穩(wěn)”的三段式井眼軌跡。本井三開采用241.3 mm 鉆頭鉆至井深7 528 m 中完，井斜33°，完成進(jìn)尺2 274 m，水平位移1 129 m，全井段共配制油基鉆井液1 330 m3。YJ3-1XC 井鉆遇地層見表4，鉆井液性能見表5。

表4 YJ3-1XC井鉆遇地層

表5 YJ3-1XC井鉆井液性能

本井三開井段采用超深井油基鉆井液體系，基本配方：80%～90% 柴油+10%～20% 氯化鈣水溶液（25% 濃度）+3%～4% 主乳化劑+1%～2% 輔乳化劑+1%～2%潤(rùn)濕劑+2%～4%氧化鈣+2%～5%有機(jī)土+3%～5%油基降濾失劑+2%～6%超細(xì)碳酸鈣+0.1%～0.3%油基封堵劑。

（1）抗高溫抑制防塌和封堵防漏效果好。施工中振動(dòng)篩返出鉆屑顆粒均勻、棱角分明、剪削面刮痕清晰可辨，無(wú)分散；特別是發(fā)生溢流和井漏，鉆井液密度由1.45 g/cm3降至1.32 g/cm3，未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）井眼攜巖凈化能力強(qiáng)。施工期間井筒清潔、井底干凈，井眼暢通，全井段9次起下鉆，均未出現(xiàn)遇阻卡情況。

（3）高溫穩(wěn)定性、流變性、潤(rùn)滑性和抗污染能力強(qiáng)。鉆進(jìn)過(guò)程中井底溫度＞150℃，乳狀液性能穩(wěn)定、密度恒定、破乳電壓ES ≥800 V；施工中鉆遇高壓含氣鹽水層，地層流體侵入鉆井液性能無(wú)明顯變化。

5 結(jié)論

1）通過(guò)研究塔河油田易垮塌地層地質(zhì)構(gòu)造和巖性特征，分析其巖性主要為深灰色泥巖、棕褐色泥巖、細(xì)粒砂泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r。泥巖黏土總量占比高，黏土礦物含量高的泥巖易吸水膨脹或吸水裂解剝落，泥巖吸水后，強(qiáng)度直線下降，是造成泥巖地層坍塌的主要原因。

2）開展油基鉆井液關(guān)鍵處理劑研選、配伍性研究，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系的高溫乳化穩(wěn)定性、高溫沉降穩(wěn)定性、高溫流變性及抗固相污染能力。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中采取優(yōu)化封堵防塌、強(qiáng)化抑制性能、增強(qiáng)攜巖能力等措施，形成塔河油田超深大位移井油基鉆井液體系及維護(hù)處理技術(shù)。

3）通過(guò)應(yīng)用超深井油基鉆井液體系，油相與水敏性地層接觸不產(chǎn)生水化、膨脹、分散和造漿，水相活度與地層水達(dá)到平衡，阻止水的自由遷移。

4）由于高油水比油基鉆井液成本高，流變性能調(diào)控比較困難，因此，在井眼穩(wěn)定性可控條件下，油基鉆井液盡量采用低油水比；同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選潤(rùn)濕劑、稀釋劑等輔助處理劑，優(yōu)化超深井油基鉆井液體系維護(hù)技術(shù)，便于流型調(diào)整和成本控制。

5）對(duì)于砂泥巖地層大斜度井裸眼側(cè)鉆，油基鉆井液盡可能控制低固相、低黏切及較低密度。通過(guò)開展油基鉆井液封堵防塌和高溫流變性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，持續(xù)優(yōu)化體系配方和維護(hù)技術(shù)，配合工程精細(xì)操作，降低托壓黏卡風(fēng)險(xiǎn)。