硅氟聚磺防塌鉆井液體系在蘇37—49井的應(yīng)用

曹彥杰

【摘 要】蘇37-49井是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)設(shè)計最深的一口評價井，設(shè)計井深3300m，完鉆井深3580m。該井裸眼井段長，井底溫度高，地層傾角大，煤層易發(fā)生井漏，泥巖井段易坍塌，鉆井完井難度大。施工中采取新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系，有效解決了上述難題。介紹了蘇37-49井的施工情況，提出了幾點認識和建議。

【關(guān)鍵詞】硅氟高溫降粘劑；鉆井液體系；技術(shù)措施；蘇37-49井

0.前言

蘇37-49井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市新巴爾虎左旗銅缽廟鄉(xiāng)北北西24.5km處，構(gòu)造位置：海拉爾盆地貝爾湖坳陷烏爾遜凹陷蘇仁諾爾構(gòu)造帶蘇八號構(gòu)造群蘇八-6號構(gòu)造上。烏爾遜凹陷位于貝爾湖坳陷的北部，是貝爾湖坳陷的一個負向二級構(gòu)造單元。烏爾遜凹陷北部圍繞烏北次洼由北向南共分為四個構(gòu)造帶，分別為黃旗廟構(gòu)造帶、蘇仁諾爾構(gòu)造帶、烏北次洼帶和銅缽廟構(gòu)造帶。蘇仁諾爾構(gòu)造帶是由近東西向的蘇仁諾爾斷裂及其伴生的次級斷裂形成一系列斷塊圈閉所構(gòu)成的。蘇八構(gòu)造群發(fā)育在蘇仁諾爾斷裂南側(cè)，由9個四級構(gòu)造組成，本井即位于蘇八-6號構(gòu)造上。

蘇37-49井是一口評價井，完鉆井深3580m，目前是海拉爾地區(qū)鉆探最深的井。鉆探目的：探索烏北地區(qū)基巖含油氣情況，進一步了解蘇仁諾爾構(gòu)造帶的含油氣性，擴大蘇仁諾爾構(gòu)造帶的含油氣面積，分析蘇仁諾爾構(gòu)造帶油氣分布規(guī)律。蘇37-49井目的層位：基底，兼探大二段、南屯組、銅缽廟組。完鉆原則：鉆入基底150m無油氣顯示完鉆。

1.蘇37-49井地層及施工基本情況

蘇37-49井有中原鉆井一公司塔海項目45709隊承鉆。鉆井周期87天，建井周期113天。蘇37-49井完鉆井深3580米，井身結(jié)構(gòu)Φ311.1mm鉆頭×717.15米+Φ215.9mm鉆頭×3580米，完鉆層位布達特群。取芯進尺24.38米，巖心長度22.58米，取芯收獲率92.62%。全井安全無事故，電測、聲幅一次成功，采用雙級固井，固井質(zhì)量優(yōu)良。

蘇37-49井伊敏組和大漠拐河組地層夾有黑色煤層，容易發(fā)生縮徑、坍塌、井漏；南屯組和銅缽廟組地層傾向、傾角大，是海拉爾地區(qū)井壁最不穩(wěn)定的地層，經(jīng)常發(fā)生井塌及井壁周期性失穩(wěn)；基底巖性為灰、灰黑色凝灰質(zhì)泥巖與灰、深灰色碎裂砂巖、沉凝灰?guī)r互層，鉆時慢、浸泡周期長，容易發(fā)生井塌。地層地溫梯度大，井底溫度達到145.3℃，抗溫也是重點之難點。地質(zhì)分層及巖性見表1。

表1 地質(zhì)分層及巖性

針對該井地層及施工情況，必須使用強抑制性抗高溫鉆井液體系。通過優(yōu)選鉆井液體系，決定采用新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系，該體系是在原硅氟鉆井液體系及聚磺鉆井液體系基礎(chǔ)上進行有效的結(jié)合，使之具有抑制性強，易于維護，抗溫穩(wěn)定性強、防塌效果好等特點，有效解決了井壁坍塌、掉塊嚴重的現(xiàn)象，保證了井下安全，提高了鉆進速度和井身質(zhì)量，對于儲集層段的防塌作用較為明顯，滿足了井下安全和優(yōu)快鉆井、保護油氣層的需要。

2.硅氟聚磺防塌鉆井液體系的特點

硅氟聚磺防塌鉆井液體系是以硅氟為主要處理劑，并協(xié)同聚合物大分子、磺化材料而構(gòu)建的一套水基鉆井液體系，該體系可顯著提高鉆井液的工作性能，有利于保護儲層和環(huán)境。硅氟高溫降粘劑核心成分是有機硅和有機氟通過特定的化學(xué)反應(yīng)形成共聚物，因其中特有的硅-氟穩(wěn)定化合健使其共聚物具有優(yōu)異的抗高溫降粘性能。硅氟高溫降粘劑是一種無毒、無污染的綠色環(huán)保型新產(chǎn)品。硅氟高溫降粘劑在泥漿中有超強的稀釋降粘能力，突出的特點是抗高溫能力強，可達260℃?？果}、抗鈣性能優(yōu)異，抗粘土侵蝕能力好，土容量高，作用持久。對鉆井液體系有分散、潤滑、消泡等作用，高溫降粘效果遠優(yōu)于鐵鉻鹽，并能有效地抑制頁巖水化，改善鉆井液的造壁功能。在鉆井液密度1.5g/cm3時仍有良好的穩(wěn)定性，鉆井液維護處理期可長達7天以上；且凝膠強度低，降低了切力，大大提高了鉆井效率。

2.1作用機理及特點

硅氟高溫降粘劑是一類非離子表面活性劑，水融性強，常溫下為粘稠狀黑色液體，無毒、無害、無腐蝕性，-15℃時仍然具有良好的流動性。通過對硅氟高溫降粘劑的濁點效應(yīng)、吸附量、界面活性和有機大分子處理劑之間的相互作用分析，硅氟高溫降粘劑改善鉆井液性能有以下特點：

⑴硅氟高溫降粘劑與聚磺鉆井液體系具有很好的相容性。

⑵硅氟高溫降粘劑能改善聚磺鉆井液體系的熱穩(wěn)定性，能將聚磺鉆井液體系抗高溫極限提高20℃以上。

⑶硅氟高溫降粘劑的熒光級別低，有利于識別和發(fā)現(xiàn)油氣儲層，生物毒性低，滿足環(huán)保要求。

2.2技術(shù)指標（見表2）

表2 硅氟高溫降粘劑技術(shù)指標

3.室內(nèi)實驗

硅氟聚磺防塌鉆井液體系，和普通硅氟鉆井液體系相比，在原先聚合物的絮凝、防塌、剪切稀釋的基礎(chǔ)上，加進了抑制粘土分散的硅-氟穩(wěn)定化合健，它能進入粘土晶層間，靠靜電作用吸引晶層，抑制粘土和頁巖的膨脹水化作用，改善井眼穩(wěn)定性。另外，硅氟聚磺防塌鉆井液有非常好的穩(wěn)定性，長時間靜止其性能無大的變化，改善了泥餅質(zhì)量，保護了油氣層，進而降低鉆井液成本。硅氟聚磺防塌鉆井液在配制時對基漿的坂土不敏感，坂含較低時，鉆井液性能容易控制，坂含較高時，性能也不難控制。在現(xiàn)場轉(zhuǎn)化前，在室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，給出定量方案。

3.1硅氟用量的選擇

根據(jù)以往在海拉爾地區(qū)打井的經(jīng)驗，如果硅氟的加量過高或過低，就會使鉆井液體系不穩(wěn)定，現(xiàn)場轉(zhuǎn)化處理復(fù)雜，勞動強度增大。通過室內(nèi)對幾口井井漿轉(zhuǎn)化的試驗，確定硅氟含量在2～3%時鉆井液性能較容易處理，性能也比較穩(wěn)定。經(jīng)室內(nèi)頁巖回收率試驗可知，不加入聚磺類藥品時該體系抑制巖屑分散能力也較強，但加入聚磺類藥品后抑制效果更好。試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 頁巖回收率試驗數(shù)據(jù)

3.2坂土含量的選擇

在轉(zhuǎn)化硅氟聚磺防塌鉆井液時，采用老井漿直接轉(zhuǎn)化的方法即省時省力又簡便。在室內(nèi)試驗中我們發(fā)現(xiàn)，老井漿中的坂含一般都在65g/l以上，直接轉(zhuǎn)化后鉆井液性能難處理，粘、切較高。因此，采用配膠液加入、留大部分老井漿的辦法，降低體系中的坂含。但要注意坂含不能過低，否則粘、切偏低，不利于井眼清潔。通過試驗，我們認為將轉(zhuǎn)化后鉆井液中的坂含確定在30～45g/l的范圍內(nèi)最好。

3.3配方的確定

轉(zhuǎn)化鉆井液時，我們依據(jù)處理劑與儲層礦物及地層水的配伍性優(yōu)選了一些處理劑進行了試驗，最終確定了膠液的配方：

5%膨潤土漿（或井漿+清水）+0.2～0.4%高聚物降失水劑+4～5%有機硅腐植酸鉀+1%PAMS-900+2%陽離子褐煤+2～3%硅氟高溫降粘劑，用NaOH調(diào)pH值為10左右。如果轉(zhuǎn)化時井深超過2800m，加入2～3%磺化類抗高溫處理劑。

3.4熱穩(wěn)定性試驗

將室內(nèi)按配方配制好的硅氟聚磺防塌鉆井液在不同溫度下滾動16h后，在70℃下測得其鉆井液性能，結(jié)果見表4。

結(jié)果表明，硅氟聚磺防塌鉆井液具有良好的高溫穩(wěn)定性。

3.5潤滑性試驗

利用極壓潤滑儀對硅氟聚磺鉆井液潤滑性進行評價，結(jié)果表明，清水、清水+2%聚磺類藥品、清水+2%硅氟+2%聚磺類藥品。它們的潤滑系數(shù)分別為 0.354、0.156和0.065。由此可知，2%硅氟水溶液的潤滑系數(shù)降低幅度50%以上，硅氟高溫降粘劑能大幅度降低摩阻系數(shù)。這說明硅氟高溫降粘劑特性對鉆井液的潤滑減阻起著重要的作用。

4.硅氟聚磺防塌鉆井液體系的現(xiàn)場應(yīng)用

在蘇37-49井進行了新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系的應(yīng)用，取得了成功。

4.1現(xiàn)場施工

4.1.1現(xiàn)場轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化前，首先要測定原井漿MBT含量，根據(jù)MBT含量的高低確定膠液量。配膠液時，按室內(nèi)配方順序先加入高聚物、降失水材料及抗高溫處理劑，攪拌均勻后與預(yù)留井漿混合、循環(huán)，之后按循環(huán)總鉆井液量一次性加入2～3%的硅氟，調(diào)整好鉆井液性能。

4.1.2現(xiàn)場維護

補充膠液時，應(yīng)按新漿體積的2～3%補充硅氟及陽離子褐煤，保證硅氟的含量在2%以上方能充分發(fā)揮其優(yōu)點。在現(xiàn)場施工中，可根據(jù)鉆進過程中，井下鉆具的摩阻變化情況及時補充潤滑劑加量，同時硅氟具有較強的抑制防塌作用，與有機硅腐植酸鉀、褐煤樹脂及PAMS-900等防塌抑制劑配伍，對粘土的水化膨脹有較強地抑制作用，因此鉆井液性能比較穩(wěn)定，波動較小，現(xiàn)場鉆井液性能易于維護。

4.2現(xiàn)場應(yīng)用

本井一開采用坂土漿鉆井液體系，二開針對地層巖性、粘土礦物理化學(xué)特性、地層壓力系數(shù)、壓力梯度和井身結(jié)構(gòu)特點，及參考鄰井實鉆資料，本井鉆井液工作著力解決以下幾個問題：

⑴二開井段從1650m開始多次降斜，特別是在2900米時井斜增至5.90°。鉆井液應(yīng)具有良好的潤滑防卡性能，特別是具有良好的高溫穩(wěn)定性。

⑵南屯組及下部地層泥巖易剝落掉塊坍塌，鉆井液性能不僅要滿足一般的攜砂能力，在井壁掉塊坍塌時及時將坍塌物帶回地面，還要具有較強地防塌抑制性能，穩(wěn)定井壁，減少坍塌掉塊，確保井下正常。

⑶本井為滾動評價井，預(yù)計的地層壓力系數(shù)難免有出入，鉆井液設(shè)計最大密度1.15g/cm3，下部鉆井施工中應(yīng)嚴格控制好密度，在保證近平衡鉆井的前提下，防止出現(xiàn)油氣侵及井噴情況的發(fā)生，確保鉆井安全。

針對以上幾個問題，決定在二開轉(zhuǎn)化為硅氟聚磺防塌鉆井液體系，加入4%有機硅腐植酸鉀、3%硅氟高溫降粘劑、2%褐煤樹脂、1%PAMS-900、2%陽離子褐煤及1%LV-CMC，在井深2800米后加入2%PSP、2%褐煤樹脂使鉆井液具有良好的抑制防塌能力、保證井壁穩(wěn)定，減小井徑擴大率，同時可以提高鉆井液潤滑性、降低鉆井液的濾失量，滿足了鉆井工程及地質(zhì)的要求，在施工中鉆進、電測都非常順利，并保證了油層套管的順利下入。

該井在鉆進至井深2770m時，鉆井液中出現(xiàn)大量氣泡，鉆井液密度略變，漏斗粘度升高，切力大，K值高，分析原因是地層氣體CO2侵入，經(jīng)請示后將鉆井液密度提高至1.18g/cm3，加入生石灰后，鉆井液恢復(fù)正常，直至完井未再出現(xiàn)氣侵現(xiàn)象。蘇37-49井各段鉆井液性能見表5。

表5 蘇37-49井鉆井液性能表

在鉆井過程中，嚴格按配方和鉆井液性能要求補充加足各種處理劑，確保性能穩(wěn)定，保持硅氟含量不低于2%，并定期補充PAMS-900、有機硅腐植酸鉀、陽離子褐煤膠液，增加鉆井液的潤滑防塌能力，用PSP、褐煤樹脂等磺化類處理劑控制鉆井液HTHP濾失量，并增強鉆井液的抗溫能力，同時配合工程措施，確保井下安全。鉆至井深3580m（斜深）順利完鉆，完井電測、下套管順利，平均機械鉆速3.16m/h，平均取芯收獲率92.62%。

5.綜合效益評價

通過蘇37-49井的成功應(yīng)用表明，硅氟聚磺防塌鉆井液體系良好的抑制性使井漿性能便于維護，流變性好；優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性使達到穩(wěn)定的性能，保證了井下的安全；較好的保護油氣層作用和無熒光特點，使其在鉆井過程中易于識別和發(fā)現(xiàn)油氣層；較強地抑制防塌作用更適合地層膠接性差、成巖性差的區(qū)塊施工，加強了井壁穩(wěn)定性，減少了坍塌掉塊的發(fā)生，保證了井下安全，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)快（下轉(zhuǎn)第220頁）（上接第318頁）速鉆井，節(jié)約了鉆井成本，縮短了鉆井周期，綜合效益顯著。

6.對硅氟聚磺防塌鉆井液體系的認識

⑴硅氟聚磺防塌鉆井液體系具有良好的抑制、防塌、潤滑和保護油氣層作用，能夠提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性，有效抑制泥頁巖水化膨脹、分散，保證井壁穩(wěn)定，滿足井下安全施工的需要。

⑵新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系的作用機理是硅氟與聚磺產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，是鉆井液體系優(yōu)良性能的保證。

⑶硅氟聚磺防塌鉆井液體系施工必須保持鉆井液中硅氟最適宜的含量，體系一經(jīng)轉(zhuǎn)化，鉆井液性能穩(wěn)定，易于維護，高溫穩(wěn)定效果明顯，能有效減少井下復(fù)雜事故，縮短建井周期，提高綜合效益。

⑷硅氟聚磺防塌鉆井液熒光級別低，不干擾地質(zhì)錄井，可用于探井和評價井，并且有利于發(fā)現(xiàn)和保護儲層。

⑸硅氟聚磺防塌鉆井液是在硅氟鉆井液基礎(chǔ)上加入聚磺類處理劑，有效地解決了原硅氟鉆井液在海拉爾地區(qū)抗污染能力差的缺現(xiàn)。