征1－4井優(yōu)快鉆井液技術(shù)

邱春陽，葉洪超，秦 濤，溫守云，張海青

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營 257064)

征1－4井位于準(zhǔn)噶爾盆地中央隆起帶中部1區(qū)塊征沙村地區(qū)，鉆探目的開發(fā)征1區(qū)塊侏羅系三工河組油藏。征1－4井設(shè)計井深4 855 m，采用三開制直井身結(jié)構(gòu)鉆進(jìn)，一開φ 444.5 mm鉆頭鉆深158.00 m，φ339.7 mm 套管下深 157.75 m;二開 φ311.2 mm 鉆頭鉆深2 521.00 m，φ244.5 mm 套管下深2 520.03 m;三開φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4 900.00m完鉆，φ139.7 mm油層套管下深4 895.55 m完井。征1區(qū)塊地層巖性復(fù)雜，施工中復(fù)雜情況頻發(fā)，主要表現(xiàn)為上部地層縮徑，起下鉆遇阻嚴(yán)重，被迫反復(fù)劃眼;下部地層煤層垮塌及應(yīng)力性垮塌嚴(yán)重，輕者起下鉆及電測遇阻，嚴(yán)重者卡鉆，鉆完井周期長。為提高征1－4井鉆井施工效率，使用聚硅鋁胺防塌鉆井液體系，配合相應(yīng)的現(xiàn)場鉆井液維護(hù)處理工藝，保證征1－4井的順利施工。施工中全井機(jī)械鉆速為12.96 m/h，創(chuàng)造中區(qū)鉆速新紀(jì)錄，達(dá)到優(yōu)快鉆井的目的。

1 地質(zhì)概況及鉆井液技術(shù)難點

征1－4井地層自上而下發(fā)育第四系(底深80 m)、第三系(底深 2 340 m)、東溝組(底深2 975 m)、吐谷魯群(底深4 750 m)和三工河組(底深4 855 m)。由于地層巖性復(fù)雜，施工中鉆井液技術(shù)難度大，主要有以下幾方面。

1)第三系地層發(fā)育較厚，巖性主要是紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖。紅色泥巖較軟，吸水后黏性強(qiáng)，易造成鉆頭泥包;且?guī)r屑在上返過程中易分散在鉆井液中，造成鉆井液黏切增大，流變性變差。

2)上部地層壓實性差，機(jī)械鉆速快，使用φ311.2 mm鉆頭鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖屑量大，環(huán)空鉆屑濃度高，若鉆井液懸浮攜帶能力差，巖屑會被鉆頭反復(fù)破碎，降低施工效率;且?guī)r屑在上返過程中易黏附在井壁上，形成小井眼導(dǎo)致縮徑，造成起下鉆遇阻。

3)吐谷魯群上部棕色泥巖發(fā)育較厚，且泥巖水敏性強(qiáng)，易發(fā)生水敏性垮塌;下部地層為硬脆性泥巖和砂巖互層，砂巖段滲透性強(qiáng)，易吸附虛厚泥餅形成小井眼，而泥巖段垮塌后導(dǎo)致井眼較大，最后形成“糖葫蘆”井眼，導(dǎo)致起下鉆遇阻及電測不到底。

4)侏羅系發(fā)育超壓，地應(yīng)力作用強(qiáng)，且地層硬脆，井眼形成后，地應(yīng)力沿著井眼徑向釋放，易發(fā)生應(yīng)力性垮塌，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，導(dǎo)致起下鉆及電測遇阻。

2 鉆井液體系篩選

2.1 一開井段

高黏度膨潤土漿鉆井液體系，基礎(chǔ)配方如下:

井場水 +8.0%膨潤土 +(0.3%～0.4%)NaOH+(0.2%～0.3%)Na2CO3。

2.2 二開井段

聚合物防塌鉆井液體系，基礎(chǔ)配方如下:

(3.0%～4.0%)膨潤土 +(0.3%～0.4%)NaOH+(0.3%～ 0.5%)聚丙烯酰胺 PAM+(0.2%～0.3%)Na2CO3+(0.3%～0.5%)高黏羧甲基纖維素HV－CMC+(0.5%～1.0%)銨鹽+(0.5%～1.5%)抗溫抗鹽鈣防塌降濾失劑JZC－1+(2.0%～3.0%)超細(xì)碳酸鈣 +(1.0%～2.0%)無熒光防塌劑PA－1+(0.5%～1.0%)無水聚合醇+(0.5%～1.5%)白油潤滑劑。

2.3 三開井段

聚硅鋁胺防塌鉆井液體系，基礎(chǔ)配方如下:(3.0%～5.0%)膨潤土 +(0.2%～0.4%)PAM+(2.0%～3.0%)低熒光磺化瀝青 ZX －6+(1.5%～2.5%)磺化酚醛樹脂 SMP －Ⅱ+(1.5%～3.0%)抗溫抗鹽防塌降濾失劑 KFT+(2.0%～3.0%)超細(xì)碳酸鈣+(0.5%～1.5)%胺基硅醇 +(0.5%～1.5%)鋁絡(luò)合物防塌劑 +(1.0%～2.0%)JZC －1+(1.0%～2.0%)無水聚合醇 +(0.5%～1.5%)雙膜承壓處理劑。

3 聚硅鋁胺防塌鉆井液作用機(jī)理

胺基硅醇含硅羥基和胺基，分子中Si—OH鍵與黏土上Si—OH鍵縮聚Si—O—Si鍵，胺基通過電荷吸附在黏土顆粒表面，同時形成牢固的化學(xué)吸附;胺基硅醇在胺基的基礎(chǔ)上引入硅羥基，通過對黏土表面形成疏水層，阻止胺基對黏土顆粒的影響，因此胺基硅醇的加入對體系的流變性和濾失量影響較小;胺基硅醇在黏土表面形成一層疏水基團(tuán)朝外具有疏水特性的吸附層;阻止和減緩黏土表面的水化作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了體系的抑制能力。

ZX－6在井底溫度作用下，在井壁巖石表面形成牢固的瀝青薄膜，阻止濾液向地層滲透;正壓差下，瀝青顆粒進(jìn)入地層微孔隙和微裂隙中，配合超細(xì)碳酸鈣，封堵地層微孔隙和微裂隙，穩(wěn)定井壁。

聚合醇具有“濁點”效應(yīng)，當(dāng)溫度超過一定范圍后，部分聚合醇從水中析出，形成乳狀油滴，在井內(nèi)壓差作用下被擠入并逐漸填堵井壁縫隙，降低濾失量;多元醇能吸附至黏土礦物表面，形成憎水吸附膜，阻止水分子進(jìn)入黏土礦物晶層中，降低黏土膨脹壓［1］。

鋁絡(luò)合物防塌劑是兩性化合物。pH較高時生成水溶性四羥基鋁陰離子，而pH為5～6時生成氫氧化鋁沉淀。在鉆井液中鋁絡(luò)合物以溶解的絡(luò)離子形式存在，當(dāng)鋁離子隨鉆井液濾液進(jìn)入地層時，地層水pH為5～6，鋁絡(luò)合物與黏土結(jié)合形成具有固結(jié)作用的硅鋁酸鹽不滲透層，提高對地層的封堵強(qiáng)度，有效阻止濾液進(jìn)一步侵入［2］。

雙膜承壓處理劑中含2種關(guān)鍵物質(zhì)，一是起物理作用的多種形狀組成的惰性材料，主要在地層孔隙中形成具有一定強(qiáng)度的屏蔽膜;另一是起化學(xué)作用的活性礦物材料，能與地層孔隙中砂和黏土膠結(jié)，形成骨架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生凝膠，在近井壁地帶形成膠結(jié)，達(dá)到持久承壓穩(wěn)定井壁的目的［3－5］。

4 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

4.1 一開

1)開鉆前準(zhǔn)備足量預(yù)水化膨潤土漿，膨潤土漿水化24 h后方可使用。

2)開鉆前檢查鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、加重系統(tǒng)、固控系統(tǒng)和鉆井液儲備系統(tǒng)，必須滿足鉆井施工需要。

3)鉆進(jìn)時采用聚合物膠液維護(hù)鉆井液性能，膠液配方:井場水 +(0.3%～0.5%)NaOH+0.5%PAM。聚合物含量要充足，保持聚合物有效包被巖屑，防止其分散。

4)鉆進(jìn)中開動四級固控設(shè)備，除去鉆井液中劣質(zhì)固相，有效凈化鉆井液。

5)鉆完表層進(jìn)尺后，充分循環(huán)，配制高黏切封井漿封閉井眼，保證表層套管順利下到底。

4.2 二開

1)上部地層造漿嚴(yán)重，鉆進(jìn)中以聚合物膠液維護(hù)鉆井液性能，膠液配方:井場水+(0.3%～0.4%)NaOH+(0.4%～0.6%)PAM。保持聚合物在鉆井液中有效含量為0.4%，抑制地層造漿，防止巖屑分散在鉆井液中。

2)鉆進(jìn)中不斷補(bǔ)充高含量預(yù)水化膨潤土漿，保證鉆井液的懸浮攜帶能力，有效凈化井眼，防止鉆頭重復(fù)破碎及沉砂卡鉆事故的發(fā)生。

3)上部地層疏松，鉆進(jìn)中及時補(bǔ)充超細(xì)碳酸鈣改善泥餅質(zhì)量，改善鉆井液的封堵能力，提高地層的承壓能力，防止巖屑在井壁上形成虛厚泥餅，避免井漏、縮徑等復(fù)雜情況的發(fā)生。

4)二開井段井眼大，在保證鉆井液懸浮攜帶能力和井眼穩(wěn)定的前提下，開動四級固控設(shè)備，盡量控制鉆井液低黏切、低密度、低固相，降低鉆井液循環(huán)壓耗，提高環(huán)空上返速度。

5)二開上部井段放寬中壓濾失量的控制，下部井段逐漸控制中壓濾失量，中完保持中壓濾失量控制在5 mL，提高機(jī)械鉆速。

6)開鉆時，保持鉆井液以自然密度鉆進(jìn)，有效提高機(jī)械鉆速;東溝組前，密度逐步提高至1.18 g/cm3，利用液柱壓力平衡地層坍塌壓力，穩(wěn)定井壁。

7)上部井段保證排量在40 L/s以上，提高鉆井液環(huán)空上返速度，提高井眼的凈化效率，有效沖刷井壁;下部井段適當(dāng)控制排量，適當(dāng)沖刷井壁。

8)工程上堅持短起下鉆措施，鉆進(jìn)200～300 m或24 h進(jìn)行短程起下鉆，按照2次短起配合1次長起下鉆，刮掉黏附在井壁上的虛厚泥餅，及時修復(fù)井壁，保證起下鉆暢通無阻。

9)鉆完進(jìn)尺后，充分循環(huán)，確定井眼清潔后進(jìn)行短起下鉆，修整新鉆井段。下鉆到底后大排量循環(huán)，并打1個稠塞清洗井眼;配制封井漿80 m3封閉下部1 500～2 521 m井段，保證電測順利，電測封井漿配方:80 m3井漿+2.0%白油潤滑劑+2.0%SMP－1+0.5%鋁絡(luò)合物防塌劑。電測后，下牙輪鉆頭通井，大注入排量循環(huán)2周，然后打一個稠塞清潔井眼。起鉆前，配80 m3封井漿泵入井內(nèi)，確保下套管順利到底。下套管封井漿配方:80 m3井漿 +2.0%白油潤滑劑 +2.0%無水聚合醇 +0.5%JZC －1。

10)套管到底后，開泵循環(huán)過程中補(bǔ)充稀膠液，適當(dāng)調(diào)整鉆井液流變性，以保證固井施工的順利進(jìn)行。

4.3 三開

1)開鉆前，徹底清理各循環(huán)罐和循環(huán)槽;在套管內(nèi)循環(huán)二開井漿，開動四級固控設(shè)備，除去鉆井液中的劣質(zhì)固相和低密度固相，控制膨潤土含量在設(shè)計范圍后，按照配方低限加入各種處理劑，充分循環(huán)，待鉆井液性能符合設(shè)計要求后開鉆。

2)使用聚合物膠液維護(hù)鉆井液性能。膠液配方:井場水 +(0.2%～0.3%)NaOH+0.5%聚丙烯酸鉀KPAM+1.0%鋁絡(luò)合物防塌劑。膠液按照循環(huán)周均勻加入，保持鉆井液流變性穩(wěn)定。

3)胺基硅醇含量控制在0.5%，無水聚合醇含量控制在1.0%，保持鉆井液體系的抑制性，抑制泥頁巖水化膨脹。

4)使用KFT、SMP－II和JZC－1控制鉆井液的濾失量。三開上部井段中壓濾失量控制在6 mL;進(jìn)入吐谷魯群后中壓濾失量控制在5 mL以內(nèi);吐谷魯群底部高溫高壓濾失量控制在12 mL以內(nèi)，減緩泥頁巖的吸水量。

5)保證鋁絡(luò)合物防塌劑含量為0.8%，雙膜承壓處理劑含量為0.5%，低熒光磺化瀝青含量為2.0%，超細(xì)碳酸鈣含量2.0%，保證鉆井液的封堵防塌能力;吐谷魯群底部鋁絡(luò)合物防塌劑、雙膜承壓處理劑、低熒光磺化瀝青和超細(xì)碳酸鈣含量分別提高至 1.0%，1.0%，3.0%和 3.0%，增強(qiáng)體系的防塌能力。

6)鉆進(jìn)中視摩阻和扭矩情況加入白油潤滑劑，配合防塌劑，使鉆井液在井壁上形成堅韌光滑的泥餅，降低施工中產(chǎn)生的摩阻和扭矩，保持起下鉆順暢。

7)開鉆時，鉆井液密度控制在設(shè)計下限，實鉆中根據(jù)振動篩返砂情況適時提高;吐谷魯群底部，鉆井液密度提高至設(shè)計上限，保證鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，防止發(fā)生應(yīng)力性垮塌。

8)合理使用固控設(shè)備。振動篩篩布120目，除砂器和除泥器使用率保證在90%以上，離心機(jī)及時清除鉆井液中的劣質(zhì)固相。

9)三開鉆完進(jìn)尺后充分循環(huán)，進(jìn)行短起下鉆，下鉆至井底后充分循環(huán)，起鉆前泵入70 m3封井漿封閉裸眼段。電測前封井漿配方:井漿+2.0%白油潤滑劑 +1.0%無水聚合醇 +2.0%ZX－6+1.5%塑料小球+2.0%SMP－Ⅱ。電測后下鉆通井，起鉆前泵入70 m3封井漿封閉裸眼段，封井漿配方:井漿 +2.5%ZX －6+2.5%白油潤滑劑+1.5%無水聚合醇+1.5%SMP－Ⅱ。征1－4井各地層鉆井液性能控制見表1。

表1 征1－4井各地層鉆井液性能控制

5 效果和建議

1)鉆井液抑制性強(qiáng)，封堵性好，施工中井壁穩(wěn)定，解決了上部地層水敏泥巖導(dǎo)致的鉆頭泥包及起下鉆阻卡的難題;解決了下部地層砂泥互層所導(dǎo)致的起下鉆及電測遇阻的難題;解決了三工河組硬脆性泥巖應(yīng)力性垮塌的難題。

2)鉆井液懸浮攜帶能力好，解決了二開φ311.2 mm大井眼巖屑的攜帶問題，施工中起下鉆暢通無阻。三開起下鉆順利，平均井徑擴(kuò)大率13.59%，井下略有掉塊，但能及時將掉塊攜帶出井眼，實鉆中摩阻和扭矩低。

3)全井下套管順利，全井電測順利，全井共取心2 筒，取心進(jìn)尺32.58 m，心長30.96 m，平均巖心收獲率95.02%。

4)明顯提高了施工效率。征1－4井鉆井周期 61.46 d，全井機(jī)械鉆速 12.96 m/h，較鄰井(征11井)提高了50%，創(chuàng)造征沙村地區(qū)機(jī)械鉆速新記錄，達(dá)到提速提效的目的。征沙村地區(qū)鉆井時效見表2。

5)上部地層易鉆頭泥包及導(dǎo)致起下鉆阻卡，必須加足大分子聚合物和抑制劑，采用低黏切、低固相及放寬濾失量，工程上保持高排量，保證井眼適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大率，達(dá)到防止復(fù)雜情況發(fā)生及提速提效的目的。

6)三工河組地層硬脆，易發(fā)生應(yīng)力性垮塌及硬脆性垮塌等復(fù)雜情況，保證井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵是形成良好的泥餅，前提是采用合理的鉆井液密度支撐井壁。

表2 征沙村地區(qū)鉆井時效

［1］王洪寶，王慶，孟紅霞，等.聚合醇鉆井液在水平井鉆井中的應(yīng)用［J］.油田化學(xué)，2003，20(3):200 －201.

［2］郭京華，田鳳，張全明，等.鋁絡(luò)合物鉀鹽強(qiáng)抑制性鉆井液的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2004，21(3):23 －24.

［3］左興凱.非滲透鉆井完井液體系的研究與應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2008，36(4):41 －44.

［4］孫金聲，唐繼平，張斌，等.超低滲透鉆井液完井液技術(shù)研究［J］.鉆井液與完井液，2005，22(1):1 －4.

［5］張克勤，劉慶來，楊子超，等.無侵害鉆井液技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望［J］.石油鉆探技術(shù)，2006，34(1):1 －5.