川東北地區(qū)鉆井液技術與實踐

張旭廣 王長勤(中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 濮陽 457001)

川東北地區(qū)鉆井液技術與實踐

張旭廣 王長勤(中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 濮陽 457001)

川東北地區(qū)遼闊，蘊藏著豐富的天然氣資源，是天然氣重點勘探區(qū)域。地質構造十分復雜，陸相地層砂礫巖、砂泥巖、泥巖、頁巖、煤巖互層頻繁，地層易吸水膨脹，井壁坍塌嚴重；多壓力層系共存，裂縫發(fā)育好，漏失頻發(fā)；存在鹽膏層，極易對鉆井液性能造成污染；鉆井液密度高，性能的穩(wěn)定性難以控制，因此在鉆井施工過程中，塌、漏、噴、卡、污染等各種復雜情況頻繁出現(xiàn)。針對川東北地區(qū)鉆井液施工難點，選擇合理的防塌、防漏、防污染等鉆井液工藝，優(yōu)化鉆井液體系，采用鉀鹽-雙聚磺化防塌鉆井液體系，較好滿足了鉆井施工的需要，現(xiàn)場應用取得了良好的效果。

防塌;防漏;防污染;鉀鹽-雙聚磺化防塌鉆井液

1 地層特點與鉆井液技術難點

1.1 井壁失穩(wěn)

陸相地層易吸水膨脹，井壁坍塌嚴重。侏羅紀上、下沙溪廟組、自流井組地層不穩(wěn)定，砂泥巖夾泥頁巖，極易水化剝蝕掉塊，局部垮塌。須家河組和嘉陵江組夾有多段煤層、灰黑色碳質泥巖容易垮塌。

1.2 裂縫性漏失

陸相地層溶洞、裂縫發(fā)育較好，上部地層存在較大溶洞，極易發(fā)生惡性漏失。下部地層多層壓力層系共存，實鉆過程中為平衡下部高壓層，在打開下部高壓層前，提高鉆井液密度，導致上部低壓層段發(fā)生壓裂性或誘導性井漏。

1.3 酸性氣體污染

地層中含有大量CO2、H2S等酸性氣體，酸根離子CO32-、HCO3-嚴重污染鉆井液，破壞鉆井液性能穩(wěn)定性，流變性變差。

1.4 氣轉液井壁失穩(wěn)

川東北地區(qū)氣體鉆進大大提高了鉆井速度，在氣體鉆進完成后需轉化為鉆井液鉆進，由于陸相地層的不穩(wěn)定性，在轉化后地層易發(fā)生坍塌、井漏，導致起下鉆遇阻，大段劃眼等復雜情況，甚至引起卡鉆事故，最終導致填井側鉆，嚴重影響鉆井速度。

2 對鉆井液的技術要求

針對該區(qū)域地層特點和施工要求，因此對鉆井液有以下幾個方面的要求：

①良好的封堵造壁防塌能力；

②控制合理的鉆井液密度平衡地層壓力，保持井壁穩(wěn)定；

③良好的抗膏鹽污染能力；

④良好的高溫穩(wěn)定性，API失水小于4mL，HTHP濾失量小于12mL；

⑤控制膨潤土含量在30～40g/l；

⑥保持pH在11以上，防止H2S污染鉆井液。

3 鉆井液技術措施

3.1 防塌技術

①控制鉆井液密度，平衡地層流體壓力。

②提高鉆井液造壁能力。通過加入瀝青、超細目碳酸鈣等處理劑，改善泥餅質量，提高造壁能力，以高強封固防塌為主，增強破碎地層之間的連接力，實現(xiàn)井壁穩(wěn)定。

③控制較低的鉆井液濾失量。通過加入HP、PL、聚胺、聚合醇等降濾失劑和抑制劑，減少濾液進入地層，減輕對地層穩(wěn)定性的影響。

④控制較好的流變性，減輕對地層沖刷。通過加入PL、DS-302、NH4-HPAN處理劑，使鉆井液具有低波動壓力，較弱的剪切沖蝕作用，提高井壁的穩(wěn)定性，預防井塌。

⑤精細化操作，控制起下鉆速度，減少機械作用對井眼穩(wěn)定的影響。

3.2 防漏技術

①井漏的預防：保持合理的鉆井液密度，在確保井下安全的前提下，鉆井中保持較低的鉆井液密度，減小液柱壓力。

②井漏的處理：上部地層導眼鉆進期間發(fā)生漏失，采用清水強鉆，能有效地防止污染周邊稻田，加強環(huán)境保護。

鉆進中發(fā)生漏失，漏速小于3m3/h，采用加入隨鉆堵漏劑和瀝青類封堵材料進行隨鉆堵漏；漏速大于3m3/h的滲漏或微裂縫漏失，采用加入復合型堵漏劑、隨堵、瀝青類、剛性堵漏劑等處理劑復合堵漏技術；惡性漏失，采用高濃度的堵漏漿（復合型堵漏劑、隨堵、瀝青類、核桃殼、剛性堵漏劑、迪塞爾、水泥及特殊堵漏工藝）堵漏。

3.3 防酸根污染技術

①加強鉆井液中Ca2+、CO32-、HCO3-和OH-的濃度監(jiān)測，根據(jù)離子的濃度監(jiān)測情況，隨時對鉆井液進行處理；

②根據(jù)實際需要提高鉆井液密度，平衡地層流體壓力，盡可能減少CO2進入鉆井液中；

③保持鉆井液中始終有適量的石灰。CaO在生成CaCO3的同事不斷消耗CO32-和HCO3-，來預防CO2侵入所帶來的鉆井液性能惡化；

④始終保持PH值大于10，在這種情況下，CaO能夠迅速而有效地溶解釋放Ca+，控制HCO3-的含量。

3.4 防鹽膏污染技術

在海相地層雷口坡組和嘉陵江組存在大段鹽膏層，嚴格控制膨潤土含量在20～25g/l，使鉆井液保持良好的流變性，在進入鹽高層前加入足量的護膠劑，調高鉆井液的抗污染能力，同時使用合適的鉆井液密度。

3.5 氣轉液鉆井液防塌技術

①嚴格按照設計和配方要求，配制好頂替將，合理調整好鉆井液性能，防止井漏、井塌。

②替漿時，簡化鉆具結構，采用光鉆桿替漿。首先混入部分頂替漿，小排量、低返速循環(huán)，逐步全部替換。

③替漿后循環(huán)2～3周后，及時進行通井作業(yè)，破壞頂替漿初期形成的虛厚泥餅。

④若發(fā)生井塌或井漏，及時調整鉆井液性能，加大抑制劑、瀝青類、防塌等處理劑，確保井下安全。

4 現(xiàn)場施工情況

4.1 焦頁5井堵漏技術

（1）難點：由于處于褶皺交匯帶附近，由于受不同方向強烈構造應力作用，使斷層發(fā)育、地層破碎嚴重，井漏極為突出。

（2）井漏技術對策

焦頁5井自開鉆以來，全井施工中共發(fā)生25次井漏，其中失返性漏失18次。

高濃度堵漏漿靜止堵漏

鉆進至井深1357.00m時發(fā)生漏失，漏速4.38m3/h。

堵漏漿配方為：隨鉆堵漏劑6%t+超細碳酸鈣3%+復合堵漏劑4%+蚌殼粉3%+核桃殼5%。

堵漏經過：下鉆到底開泵，泵入堵漏漿10m3，堵漏成功。

橋漿擠堵承壓堵漏

鉆進至井深2511.60m發(fā)生井漏，漏速79.2m3/h.

堵漏經過：下鉆到底單泵循環(huán)替漿，泵入濃度為21%的堵漏漿80 m3(FCR-2、云母、核桃殼、FD-4、FD-2、FT-1、石棉、剛性堵漏劑)，起鉆至井深1117.48m承壓堵漏，堵漏成功。

雙漿堵漏

鉆至井深3011.14m和3013.5m時發(fā)生漏失。

堵漏經過：下鉆至井深1090.00m，打水泥+26%橋漿15m3，水泥堵漏之后起鉆至井深2711m時關井蹩壓，繼續(xù)起鉆，下常規(guī)鉆具至井深1123.9m侯凝，下鉆至井深2830m探到水泥塞，鉆完水泥塞未漏失，堵漏成功。

4.2 丁頁4井防塌、抗污染技術

（1）難點：含多段碳質泥巖和煤層，易發(fā)生坍塌；含鹽膏層，易污染；長興組、飛仙關組溶孔發(fā)育，高含酸性氣體，易酸根污染。

（2）鉆井液技術對策

本井鉆井液體系根據(jù)鄰井的地層特點，采用鉀鹽-雙聚陽離子防塌聚磺鉆井液體系?，F(xiàn)場應用配方為：5%KCl+5%NV-1+3%FT-1+1%PL+3%QS-2+0.2%NaOH+0.5%DS-301+1%HP+ 2%NH4-HPAN+0.3%聚胺+1%聚合醇+3%SCL+5%SMP-2+5% PMC+5%FCR-2。該體系具有抑制性強，包被能力好，鉆井液流變性好的特點，同時具有一定的抗溫能力，較強的抗鹽膏污染能力，較好的滿足井下施工要求。

（3）鉆井液維護處理技術措施

①重點維持鉆井液中抑制性聚合物DS-301、聚胺、聚合醇和封堵防塌材料SCL、FT-1、QS-2的含量，提高鉆井液的抑制能力和封堵防塌能力。

②補充HP、PL、PAV-LV控制鉆井液的API濾失量，API濾失量始終控制在2ml以下，減少濾液滲入地層，保持井壁穩(wěn)定。

③鉆進至2900m轉換為鉀鹽-雙聚陽離子防塌聚磺鉆井液體系，加入5%SMP-3、5%PMC磺化材料，控制HTHP濾失量8ml，保持井壁穩(wěn)定，提高鉆井液高溫穩(wěn)定性和流變性。

④定期補充油SCL、FT-1改善泥餅質量，使泥餅致密并具有較好的韌性、潤滑性，降低濾失量，保持井壁穩(wěn)定。

（4）鉀鹽-雙聚陽離子防塌聚磺鉆井液體系應用效果評價

在鉆進期間，使用該體系，性能穩(wěn)定，氣轉液后，井下正常，井壁穩(wěn)定；在密度提高至1.75g/cm3后，保持了良好的流變性；HTHP濾失量穩(wěn)定，小于10ml；電測和下套管作業(yè)順利，圓滿完成了鉆探任務，現(xiàn)場應用取得了明顯的效果。

5 結語

⑴根據(jù)本區(qū)域所鉆井地層特點，選用強抑制、強封堵、強包被、低失水的鉀鹽-雙聚陽離子防塌聚磺鉆井液體系，該體系具有低固相、強抑制、強抗膏鹽巖污染能力，較低的濾失量、薄而韌的泥餅、優(yōu)良的造壁性和潤滑性，以及良好的流變性和防塌、防漏能力，保證安全快速鉆進。

⑵通過加入聚胺和聚合醇等防塌抑制劑，能提高鉆井液抑制能力、防塌能力、改善泥餅質量，很好地解決了井下地層的坍塌膨脹問題。

⑶針對井漏問題，以“預防為主、防堵結合”的原則為前提，優(yōu)化堵漏劑配方，采用不同粒徑堵漏劑復配等方式，進一步提高防漏堵漏工藝。

⑷通過優(yōu)選鉆井液體系、高效處理劑和控制較低的膨潤土含量，提高高密度鉆井液穩(wěn)定性，控制好流變性。

張旭廣（1983-）男，漢族，山東菏澤人，助理工程師，主要從事鉆井液工作。