鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井過程中配套鉆井液技術(shù)應(yīng)用研究

吳國(guó)邦,胡 超，劉 偉，盧青峰

(1.江蘇蘇鹽井神股份有限公司,江蘇 淮安 223200；2.江蘇國(guó)能石油天然氣有限公司,江蘇 淮安 223200；3.江蘇省制鹽工業(yè)研究所,江蘇 淮安 223200)

1 前言

鉆井是建立地面與地下鹽穴之間聯(lián)系的中間過程，是儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)改造必不可少的重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量的保障直接影響著后續(xù)工作的速度與水平。鉆井液作為鉆井施工中的“血液”，在優(yōu)快鉆井技術(shù)中將起到重要作用。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于枯竭油氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井液開發(fā)做出了大量技術(shù)研究及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用，但針對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井液技術(shù)應(yīng)用研究較少。油田鉆探在穿越鹽膏層時(shí)，一般選擇采用高密度飽和鹽水鉆井液[1-2]，鉆開塔河油田巴楚組鹽膏層時(shí)泥漿密度高達(dá)1.65 g/cm3～1.70 g/cm3，鹽膏層埋深在5 000 m左右。而鹽穴式儲(chǔ)氣庫(kù)井深度一般均不超過2 000 m，地層的承壓能力也低，承受不了大量高密度的鉆井液。傳統(tǒng)井礦鹽開采連通井一般要使用欠飽和鹽水或飽和鹽水鉆井液，鉆井時(shí)一般大都是存在著井眼溶蝕程度較嚴(yán)重，井徑擴(kuò)大率相對(duì)過高以及較易發(fā)生如卡鉆、斷鉆具等井下復(fù)雜事故，其井身質(zhì)量達(dá)不到儲(chǔ)氣庫(kù)井的要求[3]。為此，以江蘇省淮安市某鹽礦為例，分析其地質(zhì)工程概況和鉆進(jìn)過程難點(diǎn)，進(jìn)行鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井過程中配套的鉆井液技術(shù)應(yīng)用研究。

2 地質(zhì)工程概況

2.1 地層情況

該鹽礦地層自下而上劃分依次為白堊系上統(tǒng)浦口組(K2P)、新近系中上統(tǒng)鹽城組(Ny)和第四系東臺(tái)組系統(tǒng)(Qd)。上部地層巖性組分特征為粘土、粉質(zhì)粘土巖和灰?guī)r夾鈣質(zhì)細(xì)礫砂巖，地層結(jié)構(gòu)松軟且較易侵蝕出現(xiàn)滲漏、粘土遇水容易造漿；下部地層巖性及其組成特征為鹽巖、泥巖、粉砂巖，局部含硬石膏，地層結(jié)構(gòu)致密易發(fā)生卡鉆，巖鹽層易產(chǎn)生溶蝕和擴(kuò)徑開裂及坍塌。白堊系上統(tǒng)浦口組二段(K2P2)部分地層為主力鹽礦層，埋深約1 900 m，鹽層厚度大、品位適中，是建造儲(chǔ)氣庫(kù)目的層段。

該鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)典型的井身結(jié)構(gòu)見表1。

表1 淮安市某鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)典型的井身結(jié)構(gòu)

2.2 鉆井工程難點(diǎn)分析

該鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井時(shí)需要著重考慮以下問題來保證安全鉆進(jìn)：

(1)表層的粘土層存在井口塌陷的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

(2)東臺(tái)組、鹽城組地層成巖性差，有含水層，易滲漏坍塌；浦三段上部泥巖造漿嚴(yán)重。

(3)鹽城組與浦三段不整合接觸，易漏失與地層失穩(wěn)。

(4)浦三段中含有少量的石膏，而石膏中的鈣離子礦物質(zhì)等將會(huì)導(dǎo)致鉆井液污染，石膏或其他含著大量石膏顆粒的軟泥巖體在井內(nèi)長(zhǎng)期受到的鉆井液液柱壓力，不能得到正常的平衡及地層巖石結(jié)構(gòu)本身可能受到的其它各種橫向應(yīng)力的影響時(shí)，會(huì)向井內(nèi)運(yùn)移而垮塌。

(5)鹽巖層受地下鉆井液溶蝕作用存在擴(kuò)徑質(zhì)變現(xiàn)象，夾覆在鹽巖層孔隙間的薄層泥巖、粉砂巖等不溶物質(zhì)還存在發(fā)生蠕變、縮徑開裂及發(fā)生垮塌災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

3 鉆井液技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 分段鉆井液方案(表2)

表2 淮安市某鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)分段鉆井液方案

依據(jù)我國(guó)油田鉆井經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)上述地層特點(diǎn)及鉆井工程施工中的難點(diǎn)，鉆井時(shí)多采用分段鉆井液方案[4]：一開井段必須采用對(duì)井眼凈化防護(hù)能力極好的高分子聚合物鉆井液，防止上部地層漏失及水化膨脹現(xiàn)象；二開階段均采用飽和鹽水鉆井液，防止含鹽巖層的溶蝕、擴(kuò)徑開裂及巖層蠕變，鉆井液密度在1.30 g/cm3～1.35 g/cm3；三開鉆穿腔體前置換成飽和鹵水，防止鹽層被溶蝕變質(zhì)及污染鹵水。

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

(1)導(dǎo)管(Φ660.4 mm井眼，0 m～27.66 m)。

開鉆前要在循環(huán)罐槽內(nèi)加水配制膨潤(rùn)土漿60 m3，粘度40 S～50 S，膨潤(rùn)土加量為5 t，純堿加量約300 kg，充分預(yù)水化后進(jìn)行打?qū)Ч茏鳂I(yè)。由于鉆井井眼尺寸較大，隨鉆井眼加入一定量的提粘劑也將使鉆井液具有較為良好穩(wěn)定的懸浮能力及攜帶輸送能力，同時(shí)還使鉆進(jìn)井泥漿排量能夠穩(wěn)定達(dá)到50 L/s，確保了巖屑返出。

(2)一開(Φ444.5 mm井眼，27.66 m～502 m)。

一開前配制鉆井液總量100 m3，鉆井液配制：膨潤(rùn)土40 kg/m3～60 kg/m3+NaOH 2 kg/m3～3 kg/m3+0.2%～0.3% IND30+1%～1.5% KHF；調(diào)整好鉆井液的性能狀態(tài)后方可再鉆一開。由于東臺(tái)組、鹽城組上部的地層成巖性結(jié)構(gòu)較差，膠結(jié)疏松，易發(fā)生滲漏裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致地層破碎垮塌，鉆進(jìn)及操作時(shí)需妥善配合使用優(yōu)質(zhì)的超細(xì)微顆粒碳酸鈣砂石隨鉆進(jìn)行堵漏，保持良好且穩(wěn)定、均勻的懸浮和攜帶能力，確保井壁性能的穩(wěn)定。因鹽城組的中下部地層與浦口組三段的上部地層中都含有易造漿粘土，鉆進(jìn)與施工活動(dòng)中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，注意控制鉆井液性能的變化，加足抑制包被劑PMHA-n抑制其造漿，通過采取措施及時(shí)增加補(bǔ)充膠液和補(bǔ)充水化處理后的膨潤(rùn)土，以確保鉆井液量充足及滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能的精度要求。

(3)二開(Φ311.2 mm井眼，502 m～1 887 m)。

二開前處理好鉆塞時(shí)的水泥侵，配制飽和鹽水鉆井液，加入1%～1.5% KHF+0.2%～0.5% DRF+PAC-HV，控制鉆井液的API失水在5 mL以內(nèi)，保持粘度45 S左右，并適時(shí)加入氯化鈉保持Cl-濃度1.8×105mg/L以上。

為維持鉆井液性能穩(wěn)定，鉆進(jìn)浦三段地層時(shí)將濃度為1%～2%的聚合物膠液隨鉆均勻加入，保持鉆井液低粘切，防止鉆屑粘貼井壁造成縮徑現(xiàn)象發(fā)生。進(jìn)入鹽層前，及時(shí)加入1%無熒光防塌劑、0.3%～0.5%抗鹽降濾失劑增粘劑，改善泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)封堵造壁能力；進(jìn)入鹽層后的鉆井液檢驗(yàn)技術(shù)重點(diǎn)是為確保井下液體Cl-平均濃度保持在1.8×105mg/L以上，每井班需對(duì)其鉆井液介質(zhì)中的平均Cl-含量值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在有需要時(shí)及時(shí)補(bǔ)充氯化鈉。同時(shí)還要加入抗鹽結(jié)晶劑來防止因鹽液的重結(jié)晶現(xiàn)象而發(fā)生的井下復(fù)雜腐蝕情況。定向鉆進(jìn)時(shí)，逐漸補(bǔ)充液體潤(rùn)滑劑，提高鉆井液潤(rùn)滑性，防止托壓及粘卡事故的發(fā)生。二開中完后通過雙扶通井、大排量循環(huán)鉆井液、稠漿封井等措施保證測(cè)井、下生產(chǎn)套管、固井順利進(jìn)行。

(4)三開(Φ215.9 mm井眼，1 887 m～1 951 m)。

三開鉆塞時(shí)，做好抗鈣、除鈣沉淀處理，以適當(dāng)降低掃塞施工過程中存在的鈣離子的污染。鉆穿腔頂前20 m，全井筒置換飽和鹵水，鉆穿腔頂進(jìn)入腔體后發(fā)生漏失，向井筒內(nèi)補(bǔ)充飽和鹵水，維持井壁穩(wěn)定。

3.3 鉆井液參數(shù)

該鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)施工鉆井液性能見表3，三開上部鉆井液性能同二開，鉆穿腔體前20 m置換為飽和鹵水。

表3 淮安市某鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)施工鉆井液性能

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

完成淮安市某鹽礦地下儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目建設(shè)的鉆井施工設(shè)計(jì)時(shí)，采用了分段鉆井液技術(shù)，有效解決了井眼未凈化、井徑異常、井壁失穩(wěn)等地質(zhì)問題，未導(dǎo)致任何一種井下施工復(fù)雜技術(shù)情況和事故的發(fā)生。

上部地層采用聚合物鉆井液，隨鉆添加封堵劑,有效緩解地層滲漏問題；加足抑制包被劑的PMHA-n控制了地層造漿，控制濾失量為<8 mL，至施工完成時(shí)鉆井液粘度的改變范圍不大，起吊下鉆作業(yè)基本順利。說明了聚合物鉆井液體系和該鹽礦地層特性配伍性比較好,適應(yīng)了鉆井和建造工程的要求。

二開使用飽和濃鹽水聚合物鉆井液，根據(jù)聚合物鉆井液自身性能要求適時(shí)定量補(bǔ)充氯化鈉、提粘劑、潤(rùn)滑劑等，整個(gè)工程二開鉆井及三開鉆井均施工順利，起吊下鉆正常、無卡阻。

分段式鉆井液體系配合合理有效的鉆井和施工工藝，實(shí)現(xiàn)了高速、高效、質(zhì)優(yōu)的鉆井施工，鉆井液原材料、處理劑等費(fèi)用只占到鉆井生產(chǎn)工程總費(fèi)用的4.5%，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

6 結(jié)論

1)針對(duì)一開松軟巖層,通過使用特制的高粘切、制力更強(qiáng)的高分子聚合物鉆井液，就可以實(shí)現(xiàn)更為經(jīng)濟(jì)高效的控制上部巖層中產(chǎn)生的粘土造漿現(xiàn)象；針對(duì)二開含鹽層系，通過使用飽和鹽水聚合物鉆井液，確保鉆井液平均Cl-濃度>1.8×105 mg/L，從而有效避免了鹽層溶解，同時(shí)確保鹽水層段不會(huì)溶蝕擴(kuò)徑、塌陷。

2)針對(duì)淮安市某鹽礦鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔鉆井工程，應(yīng)用分段鉆井液技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)施工一切順利，證明該技術(shù)在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井過程中是可靠的。此次所形成的鉆井液體系對(duì)井礦鹽鉆井造腔提供了良好的指導(dǎo)意義。

3)鉆井液性能維護(hù)是鉆成規(guī)則井眼的關(guān)鍵，施工過程中，要嚴(yán)格按照要求測(cè)量鉆井液性能，適時(shí)調(diào)整膠液量、添加處理劑等方式維護(hù)好鉆井液性能。