鈣基聚磺鉆井液在南頁1井的應(yīng)用

譚曉峰，陳遠樹，任艷增，張錦

（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

南頁1井是四川盆地川東南構(gòu)造帶南川斷鼻上實施的第一口頁巖氣預(yù)探井，位于重慶市南川區(qū)石墻鎮(zhèn)西南方約3.3 km處，設(shè)計井深4050 m，實際完鉆井深是4465 m，目的層是下志留統(tǒng)龍馬溪組-上奧陶統(tǒng)五峰組。本井自二開580 m開始使用聚合物防塌鉆井液體系，三開使用鈣基聚磺鉆井液體系完成該井的鉆探任務(wù)，共歷時6個月。在目的層首次發(fā)現(xiàn)了良好的氣體顯示,并且通過電測顯示實施的井段井徑規(guī)則。體現(xiàn)出鈣基聚磺鉆井液體系體系的強抑制性和良好的保護油氣層效果。

南頁1井是一口三開直井，其實際鉆井井身結(jié)構(gòu)為：

導管：Φ660.4 mm ×20 m+Φ508 mm ×19 m；一開：Φ444.5 mm ×435 m+Φ339.7 mm ×435 m；二開：Φ311.1 mm ×2612 m+Φ244.5 mm ×2610 m；三開：Φ 215.9 mm×4465 m。

1 南頁1井鉆井液重點、難點技術(shù)措施

1.1 氣體-液體轉(zhuǎn)換技術(shù)措施

氣體鉆井結(jié)束后，使用全油基前置液注入井內(nèi)潤濕干燥的井壁，改變地層親水性，防止替入常規(guī)鉆井液后，產(chǎn)生的濾液與地層中的泥巖作用，從而發(fā)生分散、剝落，引起井壁失穩(wěn)問題。

1.1.1 全油基前置液作用機理

該前置液在氣液轉(zhuǎn)換前注入井內(nèi)，改變井壁界面為親油特性，為井壁涂上一層保護膜，防止替入常規(guī)鉆井液后產(chǎn)生的濾液與地層中的泥頁巖發(fā)生水化作用，從而導致井壁失穩(wěn)。

1.1.2 前置液的基本配方

50%潤濕反轉(zhuǎn)劑+43%柴油+5%瀝青類封堵劑+2%復(fù)合堵漏劑。

1.1.3 氣液轉(zhuǎn)換鉆井液施工工藝

a)地面配置：在地面按配方配置好轉(zhuǎn)換鉆井液。前置液需要提前配制，數(shù)量為30方。

b)氣液轉(zhuǎn)換方式采用旋轉(zhuǎn)噴淋法：上提鉆具至上層套管內(nèi)，使用原鉆具低排量噴淋前置液，靜停約半小時，讓前置液粘糊在井壁作用；然后以排量30～35 L/s跟注鉆井液至井口。

1.2 井壁失穩(wěn)的預(yù)防和處理

1.2.1 控制適當?shù)你@井液密度一方面提供有效應(yīng)力支撐井壁，另一方面有助于快速形成薄泥餅。

1.2.2 嚴格控制鉆井液API失水小于4mL，；同時，加足防塌抑制劑、封堵類材料，滿足對泥巖的有效抑制和封堵增強鉆井液護壁能。

1.2.3 如出現(xiàn)井塌，使用重稠漿舉砂，將井內(nèi)坍塌塌塊及時帶出。

1.3 防漏堵漏措施

1.3.1 進入漏層前鉆井液密度盡量走下限，降低壓差。同時，在鉆井液中加入單向壓力封閉劑提高地層承壓能力的目的。

1.3.2 如發(fā)生微漏時可以采用井漿+隨鉆堵漏劑進行堵漏。

1.3.3 如發(fā)生失返性漏失，采用靜止堵漏的方法堵漏。基本配方：井漿+1%細目鈣+2%單向壓力封閉劑+5%復(fù)合堵漏劑。

1.4 硫化氫的預(yù)防和處理

1.4.1 適當提高鉆井液密度，平衡地層壓力；提高鉆井液pH值至10～11。

1.4.2 在原井漿中加入除硫劑：井漿+2～3%堿式碳酸鋅。

1.5 地層出水的預(yù)防和處理

一旦發(fā)現(xiàn)地層水污染，采用“一壓、二堵、三放”處理原則進行處理；首先提高鉆井液密度壓死地層水，防止水污染鉆井液。加入封堵劑進行堵水防止水進入。如果大量地層水侵污鉆井液，根據(jù)侵污程度適當排放，并加入適量處理劑進行處理。

2 南頁1井鉆井液現(xiàn)場施工工藝

2.1 導管：0.00～20.00，鉆頭尺寸：Φ660.4mm。

采用預(yù)水化膨潤土鉆井液稀釋后鉆進。然后下入導管。

2.2 一開（20 m-435 m、空氣鉆進/霧化鉆進）鉆頭尺寸：444.5 mm。

本井一開依據(jù)設(shè)計采用空氣鉆鉆進。至井深77.70 m開始出水，至井深285.00 m出水量升至70 m3/h。由于地層出水量逐漸增大無法使用空氣鉆井，后將空氣鉆井改為清水充氣鉆井。鉆完一開進尺后，順利下入表層套管。

2.3 二開435 m～2612 m空氣鉆進/霧化鉆進。聚合物防塌鉆井液體系，鉆頭尺寸：Φ311.1 mm。

二開技術(shù)難點：所鉆層位存在石膏層、煤層等，難點是鈣侵和煤層的井壁穩(wěn)定問題。

二開仍采取空氣鉆鉆進。由于鉆遇多個水、漏同層。且常規(guī)堵漏方式無法滿足井下情況,采用了6次水泥封堵的方式進行堵漏，至580 m扔無法滿足要求，為滿足井下安全轉(zhuǎn)換聚合物防塌鉆井液體系。其鉆井液體系配方為：生產(chǎn)水+4%～5%膨潤土+0.1%～0.3%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.1%～0.2%HV-PAC+1%～2%LVCMC+1%～2%環(huán)保降濾失劑+2%～3%HF-KYG+2%單向壓力封閉劑+2%～3%鉆井液用防塌劑HFT-201+CaO水溶液。

鉆井液維護與處理：（1）二開上部井段為空氣鉆鉆進，轉(zhuǎn)換鉆井液前井內(nèi)掉塊較多，上提下放遇阻，扭矩不穩(wěn)。考慮井壁沒有泥餅有較大的井壁失穩(wěn)和漏失風險，因此采用前置液+鉆井液的方式轉(zhuǎn)換。并嚴格控制循環(huán)井漿的中壓濾失量在3 mL以下，有效保證了井壁的穩(wěn)定性。（2）鑒于上部已經(jīng)形成的大肚子井眼，氣液轉(zhuǎn)換后鉆井液性能進行了提高粘切補充搬土含量的調(diào)整使鉆井液具有良好的造壁性，保證了井下安全。（3）根據(jù)現(xiàn)場鉆井液助劑消耗和鉆井液性能情況進行日常維護。日常維護以膠液形式完成。保證體系中包被劑含量在0.2%以上，防塌劑含量在2%以上。（4）充分利用鉆井液四級固控設(shè)備，及時清除鉆井液無用固相。同時在鉆井液中加入CaO以保持鉆井液的清潔度，來達到對鉆井液粘切的控制。（5）為避免地層酸性氣體侵入，對鉆井液進行了調(diào)整：一是提高循環(huán)井漿的密度由1.30 g/cm3調(diào)整至1.37 g/cm3；二是加入片堿提高鉆井液pH值到11；三是補充加入氧化鈣，除去碳酸根及碳酸氫根、降低鉆井液粘切。（6）二開完鉆井深2612 m。電測一次成功，平均井徑擴大率為1.82%。為確保下套管順利施工，大排量循環(huán)兩周起鉆下套管。套管順利下深2610.73 m。

2.4 三開2612 m～4465 m鈣基聚磺鉆井液體系鉆頭尺寸Φ215.9 mm。

三開技術(shù)難點：所鉆地層以硅質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖為主。因此，井壁穩(wěn)定問題是重點。

三開使用鉆井液體系鈣基聚磺鉆井液體系。

其配制方案為：生產(chǎn)水+2%～3%膨潤土+0.1%～0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+1%～2%LV-CMC+2%～3%SAS+2%～3%SMP-II+2%～3%SMC+2%～3%HFT-201+3%～4%HF-KYG+0.5%特種稀釋劑+CaO水溶液。

三開原設(shè)計井深為3980 m，更改設(shè)計井深為4050 m，實際完鉆井深4465 m。原計劃取芯進尺40 m實際為97.97 m，增加了57.97 m；完鉆井深由4050 m變?yōu)?465 m，加深415 m。

鉆井液維護與處理：（1）三開鉆井液在二開鉆井液基礎(chǔ)上直接轉(zhuǎn)換，因此，采取補充新膠液和氧化鈣的方式對二開鉆井液進行處理，使其性能達到密度1.35 g/cm3,漏斗粘度45 s，塑性粘度20 mPa.s，動切力5 Pa，初終切1/9 Pa，中壓失水3.3 mL。三開鉆進。（2）根據(jù)現(xiàn)場消耗和鉆井液性能對鉆井液進行日常維護，保證循環(huán)井漿中的各處理劑含量充足，滿足鉆井液的抑制性能、防塌性能要求。為避免鉆井液性能出現(xiàn)較大波動引起井下復(fù)雜情況產(chǎn)生，處理劑嚴格以膠液的形式細水長流按循環(huán)周進行補充。（3）三開井段泥巖段長，嚴格控制API濾失量在3mL左右，同時保證防塌劑及磺化瀝青含量充足，提高抑制性，保證泥巖井段穩(wěn)定。同時，在循環(huán)井漿中不斷補充加入CaO以消除地層中酸性氣體影響，并且使粘土始終處于適度分散有利于鉆井液清潔。（4）在鉆進過程中根據(jù)鉆井液粘切情況使用稀釋劑，保證鉆井液粘切處于合理范圍；同時，加入1%～2%的潤滑劑保證鉆井液的潤滑性嚴格控制泥餅潤滑系數(shù)在0.06。（5）在完成第一次取芯后，鉆井液在起下鉆過程中出現(xiàn)粘切上漲現(xiàn)象。通過取樣檢測發(fā)現(xiàn)鉆井液中、HCO3-離子量分別達到1620 mg/L、7198 mg/L，為最大限度的消除、HCO3-對鉆井液性能的影響，定期按需加入了CaO水溶液和0.5%特種稀釋劑，同時提高鉆井液pH值至11，提高了鉆井液的抗污染能力，保證鉆井液性能的穩(wěn)定。（6）本井三開完鉆井深4465 m，完鉆鉆井液密度1.56 g/cm3，完井電測前大排量循環(huán)，工程短起下鉆，探井底無阻卡顯示后起鉆電測。平均井徑擴大率為3.8%。

3 結(jié)論

通過鈣基聚磺鉆井液體系在南頁1井的使用，該體系具有以下特點：

3.1 鈣基聚磺鉆井液體系性能穩(wěn)定，具有良好的流變性能，維護處理簡單；

3.2 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的抑制粘土分散和穩(wěn)定井壁能力，能很好地解決長段泥巖和硬脆性泥頁巖的井壁穩(wěn)定問題；

3.3 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的抗污染能力，南頁1井先后鉆遇石膏層、石膏線，酸性氣體層等特殊地層，鉆井液未產(chǎn)生較大波動；

3.4 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的保護儲層能力。鉆井液具有低固相、低分散、低濾失量等特性，最大程度的減少了鉆井液對儲層的損害。