準(zhǔn)中征沙村區(qū)塊定向防塌鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，秦濤，司賢群，王寶田，何興華

（中國(guó)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(yíng)　257064）

準(zhǔn)中征沙村區(qū)塊定向防塌鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，秦濤，司賢群，王寶田，何興華

（中國(guó)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(yíng)257064）

征沙村區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，直井施工中井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，完井時(shí)效長(zhǎng)。為保證定向鉆完井成功率，根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)情況及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析，確定了鉆井液體系優(yōu)選思路。在優(yōu)選主要處理劑的基礎(chǔ)上，研發(fā)了鋁胺抑制防塌鉆井液體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系具有較強(qiáng)的抑制性及封堵性，油層保護(hù)性能好。該體系在征沙村區(qū)塊征1-斜3井和征1-斜5井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，通過(guò)輔助相應(yīng)的鉆井液現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理工藝，施工中井壁穩(wěn)定，潤(rùn)滑防卡、油層保護(hù)效果好，鉆井時(shí)效和完井時(shí)效明顯提高，達(dá)到了優(yōu)快鉆井的目的。

井壁失穩(wěn)；鋁胺；強(qiáng)抑制；強(qiáng)封堵；油層保護(hù)；準(zhǔn)噶爾盆地

征沙村區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)莫古隆起，油藏位于白堊系吐谷魯群和侏羅系三工河組，石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 734×104t，勘探開(kāi)發(fā)前景廣闊。由于地層巖性復(fù)雜，直井施工中井壁坍塌嚴(yán)重，井徑擴(kuò)大率在40%以上，特別是完井作業(yè)過(guò)程中電測(cè)遇阻時(shí)有發(fā)生，必須多次通井，導(dǎo)致完井作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)，嚴(yán)重阻礙該區(qū)塊的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。為擴(kuò)大泄油面積，提高油氣采收率，該區(qū)塊決定采用定向井方式進(jìn)行施工。為解決定向施工中的井壁失穩(wěn)、電測(cè)遇阻問(wèn)題及減小鉆井液對(duì)低滲儲(chǔ)層的損害，通過(guò)處理劑優(yōu)選，研發(fā)了鋁胺抑制防塌鉆井液體系，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

1　技術(shù)難點(diǎn)

征沙村區(qū)塊地層自上而下發(fā)育第四系，古近系—新近系，白堊系上統(tǒng)東溝組、下統(tǒng)吐谷魯群，侏羅系西山窯組、三工河組和八道灣組。從地層巖性特點(diǎn)及井身結(jié)構(gòu)看，施工中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)如下：

1）吐谷魯群以泥巖和砂巖為主。泥巖發(fā)育較厚，黏土礦物含量高，水敏性強(qiáng)，極易水化膨脹縮徑。砂巖滲透性強(qiáng)，易形成虛厚泥餅，造成起鉆“拔活塞”、嚴(yán)重遇卡及下鉆遇阻劃眼。前期施工中阻卡嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)多次拉劃井壁后，井眼阻卡顯示依然明顯。

2）侏羅系地層壓力高［1］，發(fā)育泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤層及煤線，局部泥煤互層。煤巖抗壓、抗拉強(qiáng)度弱，脆性大，膠結(jié)性差，受到鉆井液沖刷與鉆具撞擊時(shí)易坍塌［2］；泥巖和碳質(zhì)泥巖較硬，易發(fā)生硬脆性及應(yīng)力性垮塌；泥煤互層中，煤層坍塌易導(dǎo)致其上的泥巖垮塌，進(jìn)而造成坍塌的惡性循環(huán)。

3）三開(kāi)裸眼段長(zhǎng)2 500 m，自4 200 m左右開(kāi)始定向施工，定向井段由于上井壁懸空，斜井段井壁穩(wěn)定難度大。該井段鉆完井周期長(zhǎng)，裸眼段被鉆井液浸泡時(shí)間長(zhǎng)，多次起下鉆導(dǎo)致鉆具嚴(yán)重碰撞井壁和鉆井液對(duì)井筒的抽吸、激動(dòng)壓力增大，進(jìn)一步加劇了井壁不穩(wěn)定性。

4）定向施工中，鉆具與井壁接觸面積大，施工中摩阻和扭矩大，易導(dǎo)致傳壓不暢，形成“拖壓”現(xiàn)象，鉆井液潤(rùn)滑與防卡難度大。

5）巖心物性實(shí)測(cè)分析結(jié)果表明，征沙村區(qū)塊儲(chǔ)層屬于低孔低滲地層，少量濾液侵入即會(huì)大幅增加孔隙間的毛細(xì)管力，導(dǎo)致油層滲透率的降低，造成儲(chǔ)層嚴(yán)重污染［3-4］，因此油層保護(hù)的難度大。

2　優(yōu)選思路

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)長(zhǎng)裸眼井、深井及定向井鉆井液使用情況［5-11］，結(jié)合鄰近區(qū)塊鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)，針對(duì)征沙村區(qū)塊地層巖性特點(diǎn)及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)行了鉆井液體系優(yōu)選，以保證定向施工中井壁穩(wěn)定、井眼潤(rùn)滑與儲(chǔ)層保護(hù)。鉆井液體系優(yōu)選思路如下：

1）抑制性好。鉆井液能夠抑制上部大段泥巖、泥煤互層及儲(chǔ)層中泥巖的水化分散，穩(wěn)定井壁，并有效保護(hù)儲(chǔ)層。

2）封堵性強(qiáng)。鉆井液封堵效率高，能夠?qū)Σ煌睆?、不同形狀的孔隙及裂縫進(jìn)行封堵；封堵強(qiáng)度高，能夠形成嚴(yán)密封堵層，隔絕壓力傳遞，在起下鉆等負(fù)壓環(huán)境下仍然起到有效的封堵作用。

3）流變性好。鉆井液具有適當(dāng)?shù)酿ざ群颓辛?，能夠懸浮攜帶巖屑，防止形成巖屑床；環(huán)空壓耗低，防止激動(dòng)壓力對(duì)井壁穩(wěn)定的損害。

4）潤(rùn)滑性好。優(yōu)選潤(rùn)滑效果好的潤(rùn)滑劑，提高體系的潤(rùn)滑性，降低施工中鉆具與地層及套管產(chǎn)生的摩擦，進(jìn)而降低摩阻和扭矩，防止產(chǎn)生“拖壓”現(xiàn)象。

5）儲(chǔ)層保護(hù)能力強(qiáng)。鉆井液能夠改變儲(chǔ)層巖石表面的潤(rùn)濕性質(zhì)，降低濾液的表面張力，防止毛細(xì)管效應(yīng)，保護(hù)低孔低滲儲(chǔ)層免受損害。

3　體系研究

3.1主要處理劑優(yōu)選

根據(jù)鉆井液體系優(yōu)選思路，優(yōu)選胺基聚醇和聚合醇作為抑制劑。胺基聚醇能夠鑲嵌在黏土晶層間，抑制黏土水化，并且胺基聚醇水解后產(chǎn)生的正電荷能夠吸附在黏土上，進(jìn)一步增強(qiáng)抑制性［12］。聚合醇固有的“濁點(diǎn)效應(yīng)”，使得聚合醇在高溫下（高于濁點(diǎn)溫度）從體系中析出［13］，黏附在鉆具和井壁上，封堵巖石孔隙；低溫下（低于濁點(diǎn)溫度）吸附在黏土顆粒表面，防止泥頁(yè)巖水化，穩(wěn)定井壁。因此，胺基聚醇和聚合醇復(fù)配使用，能夠確保鉆井液體系的抑制性。

優(yōu)選鋁絡(luò)合物、滲透成膜處理劑、低熒光瀝青和超細(xì)碳酸鈣作為防塌劑。鋁絡(luò)合物隨鉆井液濾液進(jìn)入地層后，在地層低pH值（5～6）環(huán)境下能夠和地層巖石發(fā)生化學(xué)膠結(jié)，增強(qiáng)對(duì)地層的封堵強(qiáng)度［14］。滲透成膜處理劑可彈性變形，能夠封堵不同直徑、不同形狀的孔隙及微細(xì)裂縫，提高對(duì)地層的封堵效率［15］。低熒光瀝青和超細(xì)碳酸鈣復(fù)配使用，通過(guò)“軟化點(diǎn)”機(jī)理封堵地層。

優(yōu)選憎水憎油性較強(qiáng)的防水鎖劑加入該體系。防水鎖劑能夠改變巖石表面的潤(rùn)濕性質(zhì)，降低鉆井液濾液的表面張力，防止泥巖水化和水鎖損害的發(fā)生，使得濾液在孔喉兩端壓差作用下，容易被返排入井底，從而恢復(fù)油氣流通道，保護(hù)油氣層［16］。

3.2鉆井液體系配方

（3.0%～5.0%）膨潤(rùn)土+（0.3%～0.5%）聚丙烯酸鉀KPAM+（0.5%～1.0%）胺基聚醇+（1.0%～2.0%）鋁基聚合物抑制劑+（2.0%～3.0%）聚合醇+（2.0%～3.0%）抗高溫抗鹽防塌降失水劑+（2.0%～3.0%）SMP-1+（2.0%～3.0%）低熒光磺化瀝青+（2.0%～3.0%）超細(xì)碳酸鈣+（0.5%～1.0%）滲透成膜處理劑+（3.0%～5.0%）白油潤(rùn)滑劑+（0.5%～0.8%）防水鎖劑。

4　性能評(píng)價(jià)

4.1抑制性能

通過(guò)巖心膨脹和巖屑回收率實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了鋁胺抑制防塌鉆井液體系的抑制性。該體系的8 h巖心膨脹高度為0.62 mm，遠(yuǎn)小于巖心在常規(guī)聚磺防塌鉆井液中的膨脹高度（2.45 mm），并且?guī)r屑回收率為96.5%，遠(yuǎn)高于常規(guī)聚磺防塌鉆井液的回收率（74.0%）；因此，鋁胺抑制防塌鉆井液體系的抑制性強(qiáng)，能夠抑制泥頁(yè)巖的水化膨脹，保持井壁穩(wěn)定。

4.2封堵性能

采用中壓和高溫高壓砂床濾失儀評(píng)價(jià)了該體系的封堵性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。和常規(guī)聚磺防塌鉆井液相比，優(yōu)選的鋁胺抑制防塌鉆井液在中壓下侵入砂床較淺，并且在高溫高壓下濾失量低，說(shuō)明鋁胺抑制防塌鉆井液具有較強(qiáng)的封堵性。

表1　封堵性能評(píng)價(jià)

4.3潤(rùn)滑性能

鋁胺抑制防塌鉆井液的泥餅黏附系數(shù)為0.04，極壓潤(rùn)滑系數(shù)為0.10，均比油基鉆井液（0.03，0.06）略高，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常規(guī)聚磺防塌鉆井液（0.12，0.34），能夠滿足定向井鉆井施工的要求。

4.4抗黏土污染性能

按照配方配制鋁胺抑制防塌鉆井液體系作為基漿，分別加入不同量的黏土，在150℃下老化16 h，然后測(cè)量鉆井液的流變性，結(jié)果見(jiàn)表2。8%的黏土侵入后，鋁胺抑制防塌鉆井液體系依然具有良好的流變性，說(shuō)明該體系抗黏土污染能力強(qiáng)，同時(shí)抑制性也強(qiáng)。

表2　抗黏土污染性能評(píng)價(jià)

4.5油層保護(hù)性能

采用氣測(cè)滲透率分別為0.1×10-3～40.0×10-3μm2的人造巖心模擬儲(chǔ)層，進(jìn)行油層損害程度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。巖樣污染壓力為3.5 MPa，污染溫度為120℃（油層溫度為117.5℃），污染時(shí)間為2 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

雖然巖心的原始滲透率不同，但是鋁胺抑制防塌鉆井液的封堵率高達(dá)92.00%以上，說(shuō)明該體系能夠封堵不同直徑、不同形狀的孔隙和裂縫。和常規(guī)聚磺防塌鉆井液相比，該體系的滲透率恢復(fù)值也很高，說(shuō)明油層保護(hù)性能好。

表3　油層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

鋁胺抑制防塌鉆井液體系在征沙村區(qū)塊征1-斜3井和征1-斜5井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。2口井都采用三開(kāi)制井身結(jié)構(gòu)。征1-斜3井設(shè)計(jì)井深4 845 m，三開(kāi)φ215.9 mm鉆頭自井深2 523 m開(kāi)始鉆進(jìn)，4 200 m開(kāi)始定向，鉆至4 900 m完鉆，最大井斜角30°；征1-斜5井設(shè)計(jì)井深4930 m，三開(kāi)φ215.9 mm鉆頭自井深2 462 m開(kāi)始鉆進(jìn)，4 100 m開(kāi)始定向，鉆至4 972 m完鉆，最大井斜角32°。三開(kāi)井段鉆井液性能見(jiàn)表4。

5.1主要施工工藝

1）鉆井液密度控制在設(shè)計(jì)下限，造斜后密度提高至設(shè)計(jì)上限，依靠鉆井液液柱徑向支撐以平衡地層坍塌壓力，防止井壁垮塌［4］。

2）鉆至吐谷魯群之前，加足胺基聚醇和聚合醇，提高鉆井液濾液的抑制性，防止黏土礦物水化膨脹。

3）使用鋁絡(luò)合物、滲透成膜處理劑和瀝青防塌劑，輔助超細(xì)碳酸鈣，封堵地層微裂縫和孔隙，增強(qiáng)體系的封堵防塌能力。

4）使用抗高溫抗鹽防塌降失水劑和SMP-1，控制鉆井液的中壓和高溫高壓濾失量，降低鉆井液濾液向地層的滲透［4］，防止泥頁(yè)巖水化膨脹。

表4　三開(kāi)井段鉆井液性能

5）定向前，加入白油潤(rùn)滑劑和聚合醇，增強(qiáng)體系的潤(rùn)滑性，控制摩阻系數(shù)小于0.06，降低施工中產(chǎn)生的摩阻和扭矩。

6）進(jìn)入儲(chǔ)層前，加入防水鎖劑，補(bǔ)充降失水劑、抑制劑和防塌劑，使鉆井液在井壁上形成屏蔽暫堵帶，防止儲(chǔ)層損害。

7）合理使用固控設(shè)備，振動(dòng)篩篩布使用120目，除泥器和除砂器使用率達(dá)到100%，定期開(kāi)動(dòng)離心機(jī)，及時(shí)清除有害固相［4］。

8）執(zhí)行短起下鉆措施，及時(shí)修整井壁及破壞井底巖屑滯留層；控制起下鉆速度，減小激動(dòng)壓力。

5.2應(yīng)用效果

1）低密度下井壁穩(wěn)定。施工中鉆井液密度較周?chē)本停@進(jìn)過(guò)程中井壁穩(wěn)定，起下鉆暢通無(wú)阻。

2）潤(rùn)滑防卡性能好。斜井段無(wú)巖屑床形成，施工中摩阻和扭矩低，定向過(guò)程中傳壓順暢，無(wú)“拖壓”現(xiàn)象。

3）井身質(zhì)量好，井徑規(guī)則。征1-斜3井平均井徑擴(kuò)大率為8.96%，征1-斜5井平均井徑擴(kuò)大率為9.02%。

4）電測(cè)成功率高。征1-斜3井電測(cè)成功率100%，征1-斜5井通井1次，完成全部測(cè)井項(xiàng)目，電測(cè)成功率較鄰井明顯提高。

5）鉆完井時(shí)效明顯提高。與區(qū)塊其他井（直井）相比，鉆井時(shí)效和完井時(shí)效提高（見(jiàn)表5），達(dá)到了優(yōu)快鉆井的目的。

6）油氣層保護(hù)效果好。征1-斜3井完井試油后，日穩(wěn)產(chǎn)油4.5 t，獲得了良好的工業(yè)油流［4］。

表5　征沙村區(qū)塊鉆完井時(shí)效對(duì)比

6　結(jié)論

1）鋁胺抑制防塌鉆井液抑制性強(qiáng)，封堵性好，適應(yīng)了征沙村區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，滿足了工程施工需求，解決了吐谷魯群大段軟泥巖水化膨脹導(dǎo)致縮徑卡鉆和侏羅系井壁失穩(wěn)的問(wèn)題，特別是完井電測(cè)遇阻耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的難題。

2）通過(guò)使用屏蔽暫堵技術(shù)和防水鎖技術(shù)，降低鉆井液體系的表面張力，達(dá)到了保護(hù)儲(chǔ)層的效果，進(jìn)一步證明了征沙村區(qū)塊良好的勘探開(kāi)發(fā)前景。

3）該區(qū)塊吐古魯群含大段軟泥巖，水敏性強(qiáng)，必須保證胺基聚醇的加量在1%，才能有效抑制軟泥巖的水化膨脹，同時(shí)調(diào)整好鉆井液體系的流變性，以避免復(fù)雜事故的發(fā)生。

4）侏羅系地層壓力高，應(yīng)力性垮塌嚴(yán)重。保證井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵是鉆井液抑制性和封堵性強(qiáng)，前提是鉆井液密度合理，基礎(chǔ)是鉆井液流變性好。

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（編輯趙衛(wèi)紅）

Anti-caving drilling fluid for directional well in Zhengshacun Oilfield，middle Junggar Basin

Qiu Chunyang，Qin Tao，Si Xianqun，Wang Baotian，He Xinghua
（Drilling Engineering Technology Corporation，Shengli Petroleum Engineering Co.Ltd.，SINOPEC，Dongying 257064，China）

With complex geologic structure in Zhengshacun Oilfield，middle Block 1，Junggar Basin，borehole wall is seriously instable and completion time is long.In order to drill directional well successfully，the geologic structure and technology difficulty of drilling fluid are analyzed，and an aluminium and amine drilling fluid with anti-caving agent is developed.The drilling fluid has high inhibition，high formation sealing function and good reservoir protection.Applying this drilling fluid in Well Zheng 1-X3 and Well Zheng 1-X5 resulted in good effect.With the maintenance and handling technics onsite，borehole wall was stable during the course of drilling，and the effect of lubricating on anti-sticking and reservoir protection is good.Drilling efficiency and completion are heightened and the goal of optimal and fast drilling is achieved.

borehole wall instability；aluminium and amine；high inhibition；high formation sealing；reservoir protection；Junggar Basin

勝利石油工程有限公司科技項(xiàng)目“準(zhǔn)噶爾盆地鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用”（GKZ1211）

TE254.3

A

10.6056/dkyqt201505026

2015-03-28；改回日期：2015-07-14。

邱春陽(yáng)，男，1978年生，工程師，碩士，2005年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事鉆井液體系研究和技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：drillingwell@163.com。

引用格式：邱春陽(yáng)，秦濤，司賢群，等.準(zhǔn)中征沙村區(qū)塊定向防塌鉆井液技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2015，22（5）：664-667.

Qiu Chunyang，Qin Tao，Si Xianqun，et al.Anti-caving drilling fluid for directional well in Zhengshacun Oilfield，middle Junggar Basin［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（5）：664-667.