窄安全密度窗口鉆井液封堵技術(shù)在躍滿區(qū)塊的應(yīng)用

程 智，仇盛南，郝惠軍，曹靖瑜，劉學(xué)齡，解洪祥

(1．中國(guó)石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300452；2.中國(guó)石化華北油田第一采油廠)

窄安全密度窗口鉆井液封堵技術(shù)在躍滿區(qū)塊的應(yīng)用

程 智1，仇盛南2，郝惠軍1，曹靖瑜1，劉學(xué)齡1，解洪祥1

(1．中國(guó)石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300452；2.中國(guó)石化華北油田第一采油廠)

塔里木油田躍滿區(qū)塊鉆井二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)達(dá)5 500 m，鉆遇多套地層，安全密度窗口僅為0.01～0.02 g/cm3,鉆井過(guò)程中，滲透性漏失與井壁失穩(wěn)現(xiàn)象嚴(yán)重。為有效解決這些問(wèn)題，針對(duì)躍滿區(qū)塊不同地層，優(yōu)選出隨鉆堵漏劑、超細(xì)碳酸鈣、納米封堵劑等封堵材料,通過(guò)評(píng)價(jià)鉆井液的高溫高壓濾失量、高溫高壓滲透失水、高溫高壓砂床濾失量、高溫高壓砂床滲透失水以及正反向巖心驅(qū)替等性能，得到強(qiáng)封堵配方，并在躍滿3-3井鉆井液體系中復(fù)配使用,鉆井過(guò)程中未發(fā)生明顯漏失。該技術(shù)的應(yīng)用為解決躍滿區(qū)塊滲透性漏失、井壁失穩(wěn)等技術(shù)難題提供了一種新方法。

躍滿地區(qū);鉆井液；滲透性漏失;安全密度窗口

躍滿區(qū)塊位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起西斜坡哈拉哈塘鼻狀隆起南翼。該區(qū)塊目的層為奧陶系一間房，設(shè)計(jì)井深普遍為7 100～7 300 m，三開(kāi)井深結(jié)構(gòu)，自上而下鉆遇地層巖性見(jiàn)表1。

表1 躍滿區(qū)塊地層巖性

1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1.1 鉆井液安全密度窗口窄

躍滿區(qū)塊主要以氯化鉀聚磺鉆井液為主，鉆遇的三疊系以棕紅色層狀泥巖為主，鉆井液密度低于1.24 g/cm3時(shí),易引起井壁垮塌，二疊系-石炭系地層薄弱，存在少量凝灰?guī)r玄武巖，鉆井液密度高于1.26 g/cm3時(shí)容易引發(fā)漏失。因此鉆井液安全密度窗口僅為0.02 g/cm3。

1.2 裸眼段長(zhǎng)漏失嚴(yán)重

躍滿區(qū)塊二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)達(dá)5 500 m左右，有大套砂巖，滲透性漏失嚴(yán)重,躍滿區(qū)塊已完鉆井平均漏失速度高達(dá)4 m3/h?，F(xiàn)有的隨鉆封堵劑雖可緩解砂巖滲透性漏失，但卻無(wú)法解決長(zhǎng)裸眼井段砂巖孔隙、泥巖微裂縫同時(shí)存在情況下造成的漏失問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)處理此類事故的思路主要是降低排量，降低鉆井液密度，配堵漏漿進(jìn)行靜止堵漏。但是躍滿區(qū)塊安全密度窗口窄，一味降低鉆井液密度，在沒(méi)有循環(huán)壓力的情況下，勢(shì)必會(huì)引起井壁失穩(wěn)、卡鉆等復(fù)雜情況的發(fā)生。因此，要解決以上難題，必須提高鉆井液封堵性,其作用是：一方面，可以在近井壁地帶形成致密的封堵層，緩解鉆井液滲透性漏失，阻止鉆井液中自由水向地層深部傳遞，預(yù)防井壁垮塌；另一方面，致密的封堵層可以提高地層承壓能力，擴(kuò)大鉆井液安全密度窗口，保證鉆井液密度有足夠的調(diào)整空間，避免復(fù)雜情況的發(fā)生。

2 鉆井液工藝

2.1 封堵工藝

研究表明，硬脆性泥頁(yè)巖中，0.59～4.68 μm的孔喉，雖然只占孔喉總數(shù)的5%，但是其對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)卻占97%，解決這部分孔喉的漏失問(wèn)題是解決整個(gè)漏失問(wèn)題的關(guān)鍵[1-7]。躍滿區(qū)塊二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)，鉆遇地層孔隙度、滲透率分布廣泛。常用聚磺鉆井液封堵性不強(qiáng)，鉆井液中封堵顆粒單一且沒(méi)有有序級(jí)配，缺乏納米級(jí)封堵材料，無(wú)法在井壁形成致密的封堵層，從而無(wú)法阻止鉆井液向井壁深處滲透，導(dǎo)致該區(qū)塊二開(kāi)長(zhǎng)裸眼井段滲透性漏失嚴(yán)重并與井壁失穩(wěn)同時(shí)存在。

根據(jù)“四球相接原理”與“三分之一架橋”[8]理論，結(jié)合中躍滿區(qū)塊地層平均孔道半徑，要求鉆井液中存在具有一定強(qiáng)度與合理粒徑分布的固相顆粒。現(xiàn)有氯化鉀聚磺鉆井液體系中主要的封堵顆粒為膨潤(rùn)土、超細(xì)碳酸鈣(3000目)、乳化瀝青等，隨鉆堵漏劑中值粒徑(D50)見(jiàn)表2。

表2 封堵材料中值粒徑

2.2 封堵劑優(yōu)選

3%膨潤(rùn)土+0.3%Na2CO3+0.6%HMP-21+2%SMP-3+2%SPNH+2%THJN+1%PAC-LV+7%KCL+重晶石

由表3可以看出，乳化瀝青類處理劑可以降低鉆井液高溫高壓濾失量，但是在砂床與正反向驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中封堵性能不佳；納米封堵劑雖然可以提高驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中驅(qū)替平衡壓力，但是無(wú)法在砂床條件下形成有效封堵；隨鉆堵漏劑與單封在砂床實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)優(yōu)異，但會(huì)提高鉆井液高溫高壓濾失量，對(duì)致密的人造巖心也沒(méi)有封堵作用。

表3 封堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

2.3 封堵劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，以各種封堵劑作用效果為基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)配，調(diào)節(jié)各種封堵劑的加量，以優(yōu)選出一套強(qiáng)封堵聚磺鉆井液體系，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出，采用不同封堵材料復(fù)配后的鉆井液，封堵性均有明顯增強(qiáng)， 4#配方能保證鉆井液高溫高壓濾失量、高溫高壓滲透失水、高溫高壓砂床濾失量、高溫高壓砂床滲透失水均處于較低數(shù)值，且正反向巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)需要的驅(qū)替壓力較高，能滿足躍滿區(qū)塊鉆井液封堵性要求。

表4 封堵劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)

3 躍滿3-3井應(yīng)用情況

3.1 白堊系-侏羅系應(yīng)用情況

躍滿3-3井二開(kāi)上部(1 500～3 000 m)采用常規(guī)聚合物鉆井液體系，進(jìn)入侏羅系后開(kāi)始轉(zhuǎn)為聚磺鉆井液。該井白堊系、侏羅系地層以砂巖為主，層厚在1 000 m左右，井深約為4 000 m?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，進(jìn)入白堊系、侏羅系地層后，鉆井液滲透性漏失開(kāi)始加劇， 漏失速度由原來(lái)的無(wú)明顯漏失上升至1～3 m3/h，與臨井相當(dāng)。針對(duì)這一情況，在聚磺鉆井液中一次性加入1%隨鉆堵漏劑與2%乳化瀝青，其余封堵材料在膠液中以4%的濃度定期補(bǔ)充，使白堊系、侏羅系滲透性漏失下降至1 m3/h左右，與鄰井相比，白堊系-侏羅系鉆井液損失量減少約60%，有效節(jié)約了鉆井液成本。

3.2 三疊系、二疊系應(yīng)用情況

躍滿3-3井，三疊系、二疊系、石炭系厚度為1 500 m左右。其中三疊系地層以紅色泥巖為主，易出現(xiàn)井壁垮塌；二疊系、石炭系以灰色、紅色泥巖為主，夾雜少量玄武巖，下部為砂泥巖互層，漏失嚴(yán)重。裸眼段長(zhǎng)達(dá)4 000 m，單純提高隨鉆堵漏劑加量，既不能有效應(yīng)對(duì)泥巖的滲透性漏失，也不利于長(zhǎng)裸眼段安全鉆進(jìn)。為提高長(zhǎng)裸眼段地層承壓能力，對(duì)泥頁(yè)巖微裂縫進(jìn)行有效封堵，解決長(zhǎng)裸眼砂泥巖滲透性漏失難題，在隨鉆堵漏劑的基礎(chǔ)上加入2%超細(xì)碳酸鈣與1%納米封堵劑PNP，滲透性漏失速度由原來(lái)的3～4 m3/h下降至1～2 m3/h，三疊系未出現(xiàn)鄰井出現(xiàn)的大量掉塊引起起下鉆不暢情況。與鄰井相比，二疊系未出現(xiàn)明顯漏失情況，極大地減少了該井的復(fù)雜事故時(shí)間，縮短了鉆井周期。

3.3 志留系應(yīng)用情況

志留系層厚850 m，以瀝青質(zhì)砂巖與層狀泥巖為主，易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的現(xiàn)象,臨井電測(cè)時(shí)多次出現(xiàn)電測(cè)遇阻現(xiàn)象，造成反復(fù)通井劃眼，耽誤鉆井周期。本井在前期使用鉆井液的基礎(chǔ)上，加入1%納米封堵劑+2%超細(xì)碳酸鈣+2%乳化瀝青，加入前后泥漿性能未見(jiàn)明顯變化，地質(zhì)卡層順利完成，未出現(xiàn)鄰井出現(xiàn)的電測(cè)遇阻現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)單一封堵劑無(wú)法解決躍滿區(qū)塊鉆井過(guò)程中的漏失與井壁失穩(wěn)等問(wèn)題。乳化瀝青類封堵劑可以降低鉆井液高溫高壓濾失量，對(duì)躍滿區(qū)塊泥巖有穩(wěn)定井壁作用，但是在砂床與正反向驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中封堵性能不佳；納米封堵劑雖然可以提高驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中驅(qū)替平衡壓力，但是無(wú)法解決白堊系-侏羅系大套砂巖滲透性漏失難題；隨鉆堵漏劑與單封在砂床實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)優(yōu)異，但是對(duì)于泥頁(yè)巖微裂縫沒(méi)有明顯效果，甚至?xí)黾鱼@井液高溫高壓失水。

(2)在躍滿區(qū)塊鉆井過(guò)程中，聚磺鉆井液中加入2%隨鉆堵漏劑、2%超細(xì)碳酸鈣、1%納米封堵劑、2%乳化瀝青復(fù)配使用，可以有效提高鉆井液封堵效果，提高地層承壓能力，為解決躍滿區(qū)塊長(zhǎng)裸眼段漏失問(wèn)題，提供了一種新方法。

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編輯：岑志勇

1673-8217(2017)03-0118-03

2016-12-07

程智，碩士，工程師，1985年生，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事渤海鉆探工程技術(shù)研究工作。

中國(guó)石油集團(tuán)公司“地下儲(chǔ)氣庫(kù)重大關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2015E-40)；中國(guó)石油集團(tuán)公司渤海鉆探“兩伊地區(qū)阿瓦茲油田和法奇區(qū)塊堵漏技術(shù)研究”(2016Z66K)。

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