董801井防塌鉆井液技術(shù)

王寶田 周曉軒 邱春陽(yáng)

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng)，257000)

董801井位于新疆維吾爾自治區(qū)阜康市北偏西約40km，構(gòu)造位置屬于準(zhǔn)中阜康凹陷東部斜坡帶。該井為評(píng)價(jià)直井，設(shè)計(jì)井深4600m，完鉆層位為西山窯組，鉆探目的為評(píng)價(jià)董801井區(qū)侏羅系頭屯河組含油氣情況。通過使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，在現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)處理工藝的輔助下，鉆至目的層，完成了鉆探目的和地質(zhì)任務(wù)。

1 地質(zhì)工程概況

董801井位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康凹陷東部斜坡帶，地層自上而下發(fā)育新生界、東溝組、勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組和西山窯組。董801井一開采用Φ444.5mm鉆頭鉆至井深102.26m，下入Φ339.7mm表層套管至井深102.26m；二開采用Φ311.2mm鉆頭鉆至井深2002.00m，下入Φ244.5mm技術(shù)套管至井深2001.01m；三開采用Φ215.9mm鉆頭鉆至井深4550.00m完鉆。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

(1)上部地層壓實(shí)性很差，機(jī)械鉆速快，采用直徑為311.2mm鉆頭產(chǎn)生巖屑的體積大，如果巖屑不能及時(shí)從環(huán)空被攜帶出，易導(dǎo)致起鉆遇阻及下鉆劃眼等復(fù)雜情況。

(2)勝金口組上部棕紅色及紫紅色泥巖易水化膨脹，泥巖吸水后軟化，井眼變小，起下鉆阻卡的復(fù)雜情況時(shí)有發(fā)生，并導(dǎo)致與其互層的粉砂巖因失去支撐而坍塌。

(3)清水河組和頭屯河組地層泥頁(yè)巖硬脆，不易破碎，起下鉆過程中在鉆具等外力撞擊下容易坍塌，并且掉塊不易破碎，容易卡鉆。

(4)西山窯組煤層發(fā)育，煤層脆性強(qiáng)，剛性差，在鉆具等外力撞擊下易造成坍塌；煤層坍塌后，其上支撐的泥巖因失去支撐易坍塌，最終造成井塌的連鎖反應(yīng)。

(5)侏羅系地層壓力系數(shù)大[1]，發(fā)育較強(qiáng)的地層應(yīng)力，井眼被鉆開后，地應(yīng)力突然釋放，造成井壁坍塌。

3 鉆井液體系選擇

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)煤層[2-5]、深井及超深井[6,7]鉆井液使用情況，根據(jù)鄰井鉆井液施工經(jīng)驗(yàn)并針對(duì)地層巖性特征，優(yōu)選了聚胺封堵防塌鉆井液體系。

3.1 鉆井液體系配方

鉆井液體系配方為：3.0%—5.0%膨潤(rùn)土+0.5%—0.8%燒堿+0.5%—1.0%聚丙烯酰胺PAM+1.0%—2.0%聚胺抑制劑+2.0%—3.0%聚合物降濾失劑+3.0%—4.0%抗溫抗鹽鈣降濾失劑+3.0%—5.0%磺甲基酚醛樹脂+2.0%—3.0%聚鋁封堵劑+2.0%—3.0%磺化褐煤樹脂+4.0%—6.0%無(wú)水多元醇+3.0%—5.0%井壁穩(wěn)定劑+2.0%—3.0%硅氟穩(wěn)定劑+1.5%—3.0%雙膜承壓劑+5.0%—6.0%剛性封堵劑+2.0%—4.0%白油潤(rùn)滑劑。

3.2 鉆井液作用機(jī)理

聚胺抑制劑分子能夠與黏土縮聚成牢固的化學(xué)鍵；硅羥基在黏土表面形成疏水層，使得黏土表面的水化作用被阻止或減緩，體系的抑制能力得到增強(qiáng)[8]。雙膜承壓劑能在地層孔隙中形成具有一定強(qiáng)度的屏蔽膜，并能夠與地層孔隙中的砂子和黏土膠結(jié)，阻止濾液的進(jìn)一步侵入地層，達(dá)到持久承壓穩(wěn)定井壁的目的[9,10]。聚合醇具有“濁點(diǎn)效應(yīng)”，能夠封堵巖石孔隙，阻止濾液滲入地層，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定井壁的作用[11]。聚鋁封堵劑在pH值為9時(shí)以液態(tài)存在，當(dāng)其滲入地層后，在溫度、壓力和適當(dāng)?shù)膒H值條件下，與黏土結(jié)合形成具有固結(jié)作用的硅鋁酸鹽不滲透層，阻止濾液的進(jìn)一步侵入。當(dāng)它進(jìn)入頁(yè)巖內(nèi)部后，與地層中多價(jià)陽(yáng)離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，增強(qiáng)其在頁(yè)巖孔喉或微裂縫內(nèi)的井壁穩(wěn)定性[12,13]。

4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)

4.1 二開鉆井液技術(shù)

(1)配制濃度為8.0%的膨潤(rùn)土漿250m3，水化24h后開鉆。上部地層疏松，滲透性強(qiáng)，鉆進(jìn)中不斷補(bǔ)充清水，一則稀釋高濃度膨潤(rùn)土漿，二則保持鉆井液體積充足。

(2)鉆進(jìn)中鉆井液密度保持自然密度，臨近中完前，逐漸提高鉆井液密度，保持鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保持井壁穩(wěn)定。

(3)鉆進(jìn)時(shí)配制膠液維護(hù)鉆井液性能，膠液配方為：0.3%聚丙烯酰胺PAM+0.3%燒堿NaOH。膠液按照循環(huán)周均勻加入，并且定期在膠液中加入0.4%低黏羧甲基纖維素LV-CMC來(lái)維護(hù)鉆井液流變性，保證鉆井液的懸浮攜帶能力。

(4)鉆井液漏斗黏度控制在36s左右，保證鉆井液的低黏度和低切力，保證快速鉆進(jìn)。鄰近中完時(shí)，適當(dāng)提高鉆井液的黏切，提高體系的懸浮攜帶巖屑能力。

(5)使用降濾失劑逐漸控制鉆井液的濾失量；鄰近中完時(shí)，中壓濾失量控制在8.0mL，減緩鉆井液濾液向地層的滲透。

(6)下部地層，適當(dāng)加入白油潤(rùn)滑劑，保證鉆井液體系的潤(rùn)滑性，防止起下鉆遭遇阻卡。

(7)工程上，保證鉆井液排量大于55L/s，保證鉆井液體系的環(huán)空上返速度，以利于提高機(jī)械鉆速，并提高井眼的凈化效率。

(8)全面開動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，振動(dòng)篩、除砂器、除泥器和離心機(jī)使用效率達(dá)到100%，保證劣質(zhì)固相含量減到最低，利于提高機(jī)械鉆速。

(9)中完后，進(jìn)行短起下鉆，充分循環(huán)鉆井液，配制稠漿凈化井眼，待振動(dòng)篩無(wú)返砂后，配制封井漿封井，確保電測(cè)及下套管順利。封井漿配方：8.0%膨潤(rùn)土漿+1.0%低黏聚陰離子纖維素LV-CMC+3.0%白油潤(rùn)滑劑。

4.2 三開鉆井液技術(shù)

(1)開鉆前，在套管內(nèi)循環(huán)鉆井液，開動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備凈化鉆井液。按照配方低限逐漸加入處理劑，循環(huán)鉆井液，待鉆井液性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開鉆。

(2)鉆進(jìn)中鉆井液密度保持在設(shè)計(jì)下限；進(jìn)入頭屯河組時(shí)，提高鉆井液密度到設(shè)計(jì)上限，通過鉆井液液柱壓力平衡地層應(yīng)力，保持井壁穩(wěn)定。

(3)將各種處理劑配成膠液維護(hù)鉆井液流變性，3500m前膠液配方為：0.2%聚丙烯酰胺PAM+1.0%聚鋁封堵劑+1.0%聚胺抑制劑+2%無(wú)水多元醇+3.0%羧甲基磺化酚醛樹脂；3500m后膠液配方：0.2%聚丙烯酰胺PAM+2.0%聚鋁封堵劑+2.0%聚胺抑制劑+4%無(wú)水多元醇+5.0%羧甲基磺化酚醛樹脂。膠液按照循環(huán)周均勻加入，后面補(bǔ)充預(yù)水化重鉆井液，保持鉆井液流變性穩(wěn)定。

(4)鉆井液漏斗黏度控制在40s左右，保持鉆井液合適的黏切，以提高機(jī)械鉆速；呼圖壁組底部，提高鉆井液體系的黏切，提高體系的懸浮攜帶能力。

(5)上部地層(3500m前)保持聚胺抑制劑的含量在1.0%，抑制泥頁(yè)巖的水化膨脹；下部地層鉆進(jìn)中聚胺抑制劑的含量控制在0.5%左右，抑制硬脆性地層泥巖及泥煤互層中泥巖的水化膨脹。

(6)進(jìn)入呼圖壁組，加大抗溫抗鹽鈣降濾失劑和羧甲基磺化酚醛樹脂的含量，降低鉆井液的濾失量，特別是高溫高壓濾失量。

(7)進(jìn)入頭屯河組前，一次性加入0.5%雙膜承壓劑、2.0%井壁穩(wěn)定劑和3.0%剛性封堵劑，對(duì)地層進(jìn)行嚴(yán)密封堵，防止井壁坍塌。

(8)呼圖壁組底部，向鉆井液中加入1.5%白油潤(rùn)滑劑，隨著進(jìn)尺的增加逐漸補(bǔ)充，提高鉆井液體系的潤(rùn)滑性，降低施工中的摩阻和扭矩，防止發(fā)生起下鉆阻卡等復(fù)雜情況。

(9)工程上，在上部地層快速鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行短起下鉆措施，并加強(qiáng)循環(huán)，暢通井眼；頭屯河組后，控制起下鉆速度，防止鉆具碰撞井壁導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

(10)固控設(shè)備使用合理，循環(huán)鉆井液時(shí)，保證開動(dòng)振動(dòng)篩、除砂器和除泥器，間歇開動(dòng)離心機(jī)，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

(11)完鉆后，充分循環(huán)，泵入封井漿封住下部裸眼井段。封井漿配方：井漿+2.0%固體潤(rùn)滑劑+2.0%白油潤(rùn)滑劑+2.0%井壁穩(wěn)定劑+1.5%羧甲基磺化酚醛樹脂。三開鉆井液性能見表1中所示。

表1 三開鉆井液性能控制情況

5 結(jié)論和建議

(1)通過使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，保證了工程的順利鉆進(jìn)；電測(cè)順利，下套管一次到底。

(2)全井機(jī)械鉆速為8.96m/h，達(dá)到了提速提效的目的。準(zhǔn)噶爾盆地中部4區(qū)塊鉆井時(shí)效見表2中所示。

表2 準(zhǔn)中4區(qū)塊鉆井時(shí)效表

(3)清水河組和頭屯河組地層硬脆，并且掉塊不易破碎，必須提前加足降濾失劑和防塌劑，以保證井壁穩(wěn)定。

(4)侏羅系地應(yīng)力發(fā)育，鉆進(jìn)時(shí)可適當(dāng)提高鉆井液密度，保證鉆井液液柱壓力能夠平衡地應(yīng)力，保證井壁穩(wěn)定。