張家垛地區(qū)鉆井液提速提效技術(shù)淺析

楊立(六普鉆井分公司鉆井液公司 江蘇省 泰州市 225400)

張家垛區(qū)塊是江蘇海安地區(qū)開發(fā)的一個重要油區(qū)。參考近年對張家垛區(qū)塊的井位開發(fā)來看，在鉆井中主要表現(xiàn)為縮徑、坍塌、掉塊造成蹩跳、埋鉆和劃眼等復(fù)雜情況，所以如何保持井壁穩(wěn)定，確保鉆井液優(yōu)良的抑制能力和防塌能力，已成為該區(qū)塊鉆井液技術(shù)是否能夠提速提效的重要標(biāo)志。本文以鉆井液性能影響機(jī)械鉆速的理論分析為基礎(chǔ)，現(xiàn)場結(jié)合鉆井工程技術(shù)給出該區(qū)塊鉆井液提速提效技術(shù)思路。

一、地質(zhì)概況

張家垛地區(qū)鉆遇東臺組、鹽城組、三垛組、戴南組、阜寧組地層。鹽城組地層膠結(jié)疏松、滲透性好，且有巨厚軟泥巖易吸水膨脹縮徑；三垛組泥巖，易造漿、同時三垛組地層含石膏；戴南組、阜寧組地層硬脆性泥頁巖易吸水膨脹，而產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌；該區(qū)阜三段儲層屬異常高壓系統(tǒng)，可能鉆遇壓力系數(shù)為1.39的異常壓力層。

二、鉆井液性能影響機(jī)械鉆速的理論分析

1.鉆屑吸附鉆頭、鉆具對機(jī)械鉆速的影響

鉆屑顆粒吸附鉆頭表面嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速【1】。鉆遇泥頁巖地層，很容易發(fā)生鉆屑吸附(泥包)鉆頭，導(dǎo)致鉆頭端面承擔(dān)部分鉆壓，限制鉆頭的切削深度，井底鉆頭與巖石間的作用效率不高，重復(fù)破碎。高壓下鉆深井泥頁巖影響更大，隨井深增加，鉆屑具有更強(qiáng)的彈性特性，硬、軟頁巖特別是粘、膨脹性頁巖，在壓力的作用下增強(qiáng)了吸附于鉆頭表面，從鉆頭表面移走鉆屑的剪切力大大增加。研究表明，從鉆頭側(cè)面移走鉆屑比從鉆頭前面剪切地層所需的剪切應(yīng)力要大。

2.軟泥巖縮徑及硬脆性泥頁巖垮塌對機(jī)械鉆速的影響

由于鹽城組存在巨厚軟泥巖（此泥巖為紅棕色軟泥巖易糊篩），且泥砂巖互層。此軟泥巖極易吸水膨脹，形成虛、厚泥餅，導(dǎo)致縮徑；戴南、阜寧組硬脆性泥頁巖易吸水膨脹，而產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌，不但影響了機(jī)械鉆速，同時給井下帶來一定的安全隱患。

3.鉆井液改變巖石強(qiáng)度對機(jī)械鉆速的影響

降低巖石強(qiáng)度可以提高機(jī)械鉆速。鉆井過程中所鉆地層巖石首先接觸的是鉆井液，地層與鉆井液接觸的瞬間，巖石強(qiáng)度發(fā)生變化，如果鉆井液能在瞬間有效降低地層巖石強(qiáng)度【2】，即可大幅度提高機(jī)械鉆速。當(dāng)然，地層巖石強(qiáng)度的降低不能犧牲井壁的穩(wěn)定性。

4.固相含量對鉆速的影響

鉆井液固相含量在7%（約相當(dāng)于比重1.08）以下時鉆速提高的很快，而當(dāng)固相含量超過7%時，降低固相含量以提高鉆井速度的效果卻不明顯。鉆井液中微米、亞微米的膠體顆粒對鉆速影響最大，比大于1微米的粗顆粒對鉆速的影響大12倍。所以，必須有效控制鉆井液中的微米、亞微米的膠體顆粒。

三、改善鉆井液性能鉆井液提速提效的途徑

1.降低鉆井液與地層壓力之間的正壓差

減少壓差的結(jié)果就是降低了壓持效應(yīng)，巖屑破碎后，在水力作用下，變得容易帶走，避免了巖屑的重復(fù)切削。為了提高鉆速，采用了近平衡鉆井。

2.提高鉆井液抑制包被及防塌性能

陽離子乳液聚合物體系【3】，DS-301具有強(qiáng)的抑制性，保證井壁具有好的泥餅質(zhì)量，在具有好的泥餅質(zhì)量前提下，復(fù)配DS-302和乳化石蠟具有良好的防塌潤滑性能（當(dāng)鉆遇軟泥巖時，鉆井液強(qiáng)抑制性使其不易分散且包被性能提高，在一定程度上可抑制了其縮徑情況）。該體系鉆井液防塌抑制性強(qiáng)，包被性能優(yōu)良。

3.提高鉆井液的滲透能力，降低巖石強(qiáng)度

研究成果表明：提高鉆井液的失水，可以提高機(jī)械鉆速。其機(jī)理就是鉆井液中的自由水進(jìn)入地層縫隙后，降低了巖石的強(qiáng)度，提高了巖石的可鉆性。提高失水，畢竟降低了井壁的穩(wěn)定性，并不可取。因此應(yīng)該在控制失水的前提下，適當(dāng)提高鉆井液的滲透能力，是提高機(jī)械鉆速的有效途徑。

4.控制鉆井液固相含量

采用低固相鉆井液體系，降低鉆井液固相（坂含）。據(jù)有關(guān)資料：亞微米顆粒往往對鉆速影響非常大，降低其含量，可以較大提高機(jī)械鉆速。以往鉆井液中坂含較高，有甚者達(dá)到70g/l以上,這在一定程度上增加了鉆井液的固相含量，同時對鉆井液的處理帶來一定難度。最佳的坂含應(yīng)控制在30～35g/l。最后，通過固控設(shè)備，有效控制鉆井液中的固相含量，特別是鉆井液中的微米、亞微米顆粒。

5.提高鉆井液的潤滑性，降低扭距

鉆井液的潤滑性并非主要取決于潤滑劑，更主要取決于鉆井液的泥餅質(zhì)量，當(dāng)固含（劣質(zhì)坂含）降低以后，泥餅往往可以更加致密更加薄，因此，鉆具與井壁的接觸面積更小，扭矩和摩阻更小，可以減少動力的損失，即使加入少量潤滑劑，都可以達(dá)到非常好的效果，可提高鉆頭的破巖能力，從而提高鉆進(jìn)速度。

在控制固相的基礎(chǔ)上，選擇合理的潤滑劑，目前使用的極壓減摩劑從現(xiàn)場效果分析，是適合該地區(qū)鉆井的。

極壓減磨劑914級性能摩阻降低率熒光油脂類潤滑劑704級乳化石蠟724級

6.調(diào)節(jié)鉆井液流型，充分發(fā)揮水馬力作用

上部地層(鹽城、三垛組)采用紊流形態(tài)，采用低粘低切，大排量進(jìn)行鉆進(jìn)，使易縮徑地層井徑適當(dāng)擴(kuò)大；下部地層（戴南、阜寧組）采用層流形態(tài)，降低鉆井液的塑性粘度和高剪粘度，提高動塑比，不僅可以保證正常的攜砂，還可以減少鉆井液的環(huán)空壓耗，提高水馬力。

四、現(xiàn)場應(yīng)用

張3-2HF井應(yīng)用情況

1.鉆井液體系配方

3.0～4.0%膨潤土+0.1～0.2%燒堿+0.2～0.3%陽離子乳液聚合物DS-301+0.1～0.2%PMHA+0.6～0.8%銨鹽+1～2%OSAMK+2-3%LF-TEX-1+1～3%極壓減摩劑

處理添加劑：乳化石蠟、JM-1、DS-302、SF-150、油保、活化重晶石粉

2.現(xiàn)場施工措施

（1）適當(dāng)?shù)目刂瓢嵬梁?，一般控制?0-40比較適宜，鉆井液中加入DS-301后，有一定程度的增粘現(xiàn)象，所以為保持合適的流變性，DS-301要緩慢的加入，適當(dāng)?shù)臅r候也可以復(fù)配一定的稀釋劑，防止粘切增高。

（2）配合短起下、加足包被抑制劑，防止泥頁巖產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌。由于三開裸眼段長，施工時一方面鉆井方200-300米進(jìn)行一次短起下，另一方面以基礎(chǔ)膠液配方0.5-0.8%OSAMK+0.5-0.8%LF-TEX-1+0.5%DS-301按細(xì)水長流的方式來保證鉆井液中包被抑制劑的充足含量。

（3）在開始定向且井眼軌跡平滑及實(shí)際井下摩阻不大（10-15T）的情況下，使用乳化石蠟作為潤滑劑，來提高鉆井液潤滑性能。隨鉆井深（3000米）、井眼軌跡較復(fù)雜、實(shí)際摩阻變大（15-25T左右）的情況下，使用極壓減摩潤滑劑（JM-1）作為潤滑劑，提高鉆井液潤滑性。

（4）鉆進(jìn)2800米后，若失水無波動且流型正常粘切好控制，則無需添加磺化材料進(jìn)行轉(zhuǎn)型；反之則需將陽離子乳液聚合物防塌鉆井液體系轉(zhuǎn)化為陽離子乳液聚磺防塌鉆井液體系。

（5）嚴(yán)格控制鉆井液失水量2～4ml，3000m后加入SPNH、SMP-1等抗高溫降失水劑，調(diào)整鉆井液的HTHP濾失量10～11ml。

（6）根據(jù)現(xiàn)場情況適時補(bǔ)充正電性乳化石蠟和DS-301,對于水敏性強(qiáng)的泥頁巖地層要加大DS-301的用量，保持體系強(qiáng)的抑制性能。

3.鉆井液提速提效效果評價

（1）鉆井液包被抑制性強(qiáng)、污染能力強(qiáng)、高溫穩(wěn)定性好，流變性和失水穩(wěn)定。所鉆巖屑成型度好、棱角分明，鉆井液良好的防塌抑制性使返出的錄井巖屑層次分明，成型度好、PDC鉆頭切削的痕跡幾乎沒有任何變化。節(jié)約傳統(tǒng)需要目的層牙輪鉆進(jìn)錄井問題，節(jié)約周期預(yù)計(jì)110小時左右。

（2）根據(jù)井眼軌跡情況，確保鉆井液具有好的泥餅質(zhì)量（薄、韌性）及潤滑性，通過DS302、KD-51（乳化石蠟）與極壓減磨潤滑劑的使用，可以很大程度上降低井下摩阻，并有一定的封堵作用，減少滲失，降低井下復(fù)雜情況發(fā)生的幾率。本井無任何復(fù)雜情況及井下事故。

（3）短起及起下鉆順利，起下鉆摩阻較小，一般在15噸以內(nèi)，測井下套管順利。 整體鉆井周期較同類井位減少20%左右，鉆井液費(fèi)用節(jié)約25%左右。

結(jié)論與認(rèn)識

針對江蘇工區(qū)施工特點(diǎn)和所鉆遇地層特性，結(jié)合以前鉆井實(shí)踐、測井資料、地質(zhì)工程資料綜合分析各類復(fù)雜情況發(fā)生的原因，建立了一套適合江蘇鉆井工區(qū)的鉆井液提速提效工藝技術(shù)，確保了井壁穩(wěn)定，減少井下復(fù)雜情況，更好的服務(wù)于鉆井施工作業(yè)，縮短鉆井周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1]程彥紅.淺談蘇北蔡家堡區(qū)塊提速提效技術(shù)2013(12),P130.

[2]王桂華、徐同臺·井壁穩(wěn)定地質(zhì)力學(xué)分析[J]·鉆井液與完井液 2005（3），P38～45.

[3]徐同臺,趙忠舉,徐云英.國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展及對21世紀(jì)的展望（Ⅰ）[J].鉆井液與完井液,2000,17(6)：33-40.