伊朗雅达南部区块水平井钻井液技术

2014-02-10刘海鹏

天然气勘探与开发 2014年2期

刘海鹏

（中国石化集团胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司）

伊朗雅达油田位于伊朗西南部的胡泽斯坦省，已探明石油储量约32亿桶，天然气储量约800×108m3。该油田由中国石化与伊朗国际石油公司共同负责开发，项目分为早期、一期和二期三个阶段进行，现在进行到一期收尾工作。截止目前，从已完成的钻井作业情况看，该油田南部区块邻近伊拉克，地层不同于中部和北部区块，呈现井漏、垮塌、压差卡钻等多种复杂情况。雅达区块二期作业将在南部区块布大量的水平井，如何解决该区块水平井钻进过程中的各项施工难点，成为二期施工的重中之重。本文综合分析了南部区块施工井资料，提出目前南部区块所遇到问题的解决方案，可为该区块二期施工提供参考和帮助。

1 地质工程概况

1.1 地质简介

雅达地层层位从上到下，依次为Aghajari、Gachsaran、Asmari、Pabdeh 、Gurpi、Ilan、Lafan 和 Sarvak。与雅达中部和北部相比，雅达南部地层比较复杂。实钻资料显示，其主要区别在于：①南部区块提前进入Gachsaran地层，需要提前将钻井液密度提至1.30 g/cm3以上；②南部区块Pabdeh地层偏厚，且南部区块实际钻井资料显示，在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak地层，尤其是Pabdeh地层，均有严重漏失，这是中部和北部区块所没有的；③南部区块Sarvak地层低压高渗，容易发生压差卡钻。

1.2 工程简介

南部区块常见井身结构见表1。

2 钻井液技术难点

同雅达中部和北部相比较，雅达南部钻井施工中，钻井液的技术难点表现在如下几个方面：

（1）漏失

该区域钻井过程中，钻井液漏失问题比较突出，在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak地层钻进过程中，均有较为严重的漏失。且漏失层位多，漏点多，漏速大，经常发生井口失返现象。

（2）Gachsaran石膏层

雅达南部的Gachsaran石膏层比中部和北部偏软，对钻井液污染严重，石膏层发生蠕变程度大于中部和北部。

（3）井壁稳定

雅达南部区块Asmari地层底部开始出现页岩，Pabdeh、Gurpi、Lafan地层的大段泥质灰岩和泥页岩水敏性强，井壁垮塌扩径严重，Lafan地层最大井径扩大率达到64.2%。

（4）压差卡钻

S24井在水平段钻进过程中，由于压差导致卡钻5次；S25井进入A点之前，压差卡钻1次。南部区块Sarvak地层低压高渗，容易导致压差卡钻。

3 保证上部地层起下钻畅通的钻井液技术

上部地层主要钻遇Aghajari、Gachsaran地层，地层是以泥岩、泥灰岩为主，夹大量的硬石膏、软石膏，并伴有高压盐水层。大段泥岩段极易水化膨胀、分散，从而导致井眼缩径、钻井液黏切上升，流型变差，进而影响钻井液的洗井能力，容易造成滤饼糊井壁，起下钻遇阻。钻遇石膏层和高压盐水层时，石膏或者高压盐水侵入会污染钻井液，导致滤失量上升，流型变差，影响井眼的清洁净化，容易导致起下钻遇阻。根据以上难点，采用KCl-聚合物钻井液体系，并针对黏度、密度和滤失量的控制做如下三点强化，使得该区块S25井创下了雅达区块最快钻井记录，节约钻井周期5.5天。

3.1 强化黏度上高下低原则

二开开钻时，套管鞋钻进，为了保证套管鞋处安全钻进，采用一开膨润土浆高黏切、小排量钻进。钻进至钻铤出套管鞋后，在上提排量同时，将钻井液迅速转化为KCl-聚合物钻井液体系。转化完成后，要求钻井液黏切尽可能低，马氏漏斗黏度控制在30～35 s之间，充分发挥水马力，达到水力破岩效果。大排量高返速会冲刷井壁，将吸附在井壁上的岩屑冲刷掉，使井壁有一定的扩大率。

实际钻井资料显示，二开阶段，凡是黏切高的井，井眼扩大率小，但滤饼糊井壁严重，起下钻困难。

3.2 强化密度上低下高原则

在Aghajari地层钻进时，为保证起下钻顺畅，将井内返出的钻井液经高效固控设备处理，清除岩屑，控制钻井液中的有害固相。钻井液中的固相含量控制在5%～7%之间，所形成的滤饼非常薄，几乎达到没有滤饼的效果。这样在Aghajari段钻进时，井壁上没有好的滤饼，就可以避免砂岩段因滤饼厚导致缩径阻卡。进入Gachsaran地层后，由于有石膏层和高压盐水层，要求将密度提至1.42 g/cm3。实际施工中，进入Aghajari前30～50 m，工程上短起下钻一次，以保证加重前Aghajari层已钻完的井眼畅通，下钻到底后，在剩余的Aghajari层钻进过程中，先调整基浆性能，再迅速将密度调至1.42 g/cm3，然后调整流型，再进入Aghajari地层钻进，并保持密度不变至二开钻完。

3.3 强调滤失量上宽下窄原则

Aghajari地层钻进中，在“低黏低切低密度”的三低体系下，滤失量窗口要放宽，控制Aghajari段滤失量在20～30 mL之间为宜，以有效提高机械钻速，通过快速渗透使发育欠压实的Aghajari井段岩性达到渗透饱和，再通过短起下钻将井壁上的滤饼刮除；而在进入Gachsaran时，由于密度和固相的大幅度提升，要求滤失量不能太大，而滤失量太小又不能打出很好的井眼扩大率，所以在Gachsaran段钻进，滤失量窗口要放窄，控制滤失量8～10 mL为宜。

4 漏层钻井液技术

边缘区块漏层主要发生在Asmari、Pabdeh、Gurpi和Sarvak层段，以灰岩、泥灰岩为主，夹泥岩、砂岩，漏失严重，严重影响钻井施工。

4.1 漏层处理原则

（1）漏层强钻原则

S25、F10和F11三口井实钻资料显示，Asmari、Pabdeh和Sarvak漏层属于裂缝性漏失，漏层分布没有规律，漏点多，且具有连续性。要求在三开钻进过程中，发生井漏后，在钻井液条件允许的情况下，延缓堵漏施工，可以在钻井液中加入1%-3%的随钻堵漏剂或者直接用堵漏钻井液强行在漏层钻进，尽量拖延至钻穿多个漏点后再进行堵漏施工，避免堵漏完后，钻开新地层又发生井漏。

（2）低密度防漏原则

雅达南部S25井、F10井和F11井实钻资料显示，Asmari、Pabdeh和Sarvak地层均有大段漏层，钻进过程中，同雅达中部和北部相比较，采用低密度钻进，以减少漏失，保证漏层段钻进。

4.2 井漏处理技术

雅达南部区块F10井在三开井段堵漏7次，F11井在三开井段堵漏7次。有了前两口井的钻井资料，S25井三开钻进过程中，合理优化钻井液和钻井各项参数，仅三次堵漏就完成了该井的三开段施工。S25井优化后的具体堵漏处理如下：

（1）Asmari和Pabdeh地层

在Asmari和Pabdeh地层的漏层，以低密度堵漏钻井液强钻为主要施工手段。工程上简化钻具结构，且钻头不装水眼，以保证堵漏材料能够顺利通过钻头水眼；采用低密度钻井液钻开地层，发生井漏后，强行钻进，在全井钻井液中加入堵漏剂，为保证录井取岩屑工作，只有极少量钻井液经过振动筛，以减少堵漏剂流失。

根据漏速控制堵漏剂加量，控制漏速在小于30 m3/h钻进，堵漏钻井液配方为：井浆+1%～6%复合堵漏剂+1%～4%细云母+1%～6%细核桃壳+1%～2.5%粗核桃壳+1%～4%中核桃壳，根据漏速控制合适的堵漏剂浓度。

钻进至Pabdeh层底部后，再进行全井堵漏，全井堵漏时加大堵漏剂浓度，并加入钢性堵漏材料大理石粉，充分起到架桥作用，堵漏浆具体配方为：井浆+8%复合堵漏剂+3%大理石粉+4%粗核桃壳+8%中核桃壳+10%细核桃壳+4%细云母+3%锯末。堵漏材料总浓度为40%。

堵漏成功后，循环处理钻井液，筛干净堵漏剂后，将钻井液密度提至1.25 g/cm3，再用干净井浆对漏失井段做承压实验，确保上部井段无漏失后，再继续钻进。

（2）Sarvak地层

进入Sarvak地层后，在井深2751 m发生漏失，漏速5 m3/h，加入随钻堵漏剂强行钻进，从2751～2780 m井段，漏速5～15 m3/h，间断性漏速突涨，证明该段井下多个漏点。从2780～2800 m，漏速恒定在9.5 m3/h，证明2780 m后，井底再无漏点，决定起钻下光钻杆堵漏。

该段漏层长29 m，地层灰岩裂缝性发育，漏速远小于Asmari和Pabdeh层，以前述堵漏浆配方为基础，适当降低桥堵材料和纤维材料浓度，具体配方为：井浆+6%复合堵漏剂+2%大理石粉+3%粗核桃壳+6%中核桃壳+8%细核桃壳+2%细云母+3%锯末。堵漏材料总浓度为30%。

堵漏成功后，循环处理钻井液，筛干净堵漏剂后，再用干净井浆对漏失井段做承压实验，确保漏层井段无漏失后，再恢复定向钻进。

（3）Sarvak层水平段

钻进至3503 m时，再次发生漏失，漏速1 m3/h。钻进至3523 m后，漏速突增至5 m3/h。至3547 m，漏速在5～8 m3/h之间波动。钻进至3590 m，漏速恒定在5 m3/h，判断3547 m后再无漏点，决定起钻下光钻杆堵漏。

由于该段漏速较2751 m段漏速小，岩性同2751 m段岩性一致，判断同上段漏失性质相同，为微裂缝漏失，堵漏浆配方及施工工艺同上，堵漏一次成功。

从F10井、F11井、和S25井三口井堵漏施工情况看，三开井段钻进首先要储备充足的钻井液量，以保证发生井漏后，有充足的钻井液进行强钻。其次钻进过程中，密度尽可能控制低些，以减少漏失量。最后，堵漏材料加量不能低于30%，F10井和F11井，前期多次配堵漏材料浓度为20%～30%的堵漏浆，无法承压。而S25井，堵漏材料浓度达到30%～40%，每次堵漏均一次成功。

5 防卡钻井液技术

雅达南部区块三开井段Sarvak层位低压高渗，越往南渗透性越强，造成早期S24井卡钻5次，降密度后F11井卡钻1次，S25井卡钻1次。

该区块卡钻原因为压差卡钻，所以，降低密度后如再发生卡钻，具体处理步骤为：①迅速组织清罐；②配制解卡剂，加入柴油20 m3，加入解卡剂JKZ 5 t，搅拌30 min后加入3.5 m3水，然后加重至1.20 g/cm3（井浆密度为1.26 g/cm3），使用前加入4桶快T；③将解卡剂泵入井内，钻杆内预留10 m3，每隔一小时顶替0.5 m3，上下反复活动钻具。

该区块卡钻原因为压差卡钻，结合各井的施工经验，采取以下措施来预防卡钻：

（1）维持合适的钻井液密度

钻井中要维持合理的钻井液密度，防止发生井涌、井漏等井下故障，保证井控安全。但由于极易发生压差卡钻，在保证井下安全的情况下，还要尽可能保持较低的钻井液密度，减小压差。

（2）提高封堵性和润滑性，改善滤饼质量

在低压层井壁和钻具之间形成一层致密的、具有一定硬度的高效润滑保护层，即“高效封堵润滑”。在钻进过程中根据每日钻井液补充情况，确定地层的渗透性，随钻加入超细碳酸钙、非渗透处理剂和沥青类材料封堵地层孔隙，对地层进行有效封堵，减小渗透量，从而减少压差卡钻的风险。加入足量液体润滑剂的同时，再选用不同粒度的石墨粉、玻璃微珠和聚合醇，充分改善滤饼的润滑性能，调整滤饼质量至最佳状态，保证润滑剂能很好地发挥作用，提高钻井液的润滑和防黏卡能力，保证钻进及起下钻过程安全顺利。

（3）提高钻井液高温稳定性

保证钻井液中抗高温材料的含量在2%～3%，控制高温高压滤失量在10 mL以内。

（4）工程方面

要尽量简化钻具组合，减少钻具与井壁的接触面积，同时注意活动钻具，减少钻具与井壁的接触时间。为防止钻屑和有害固相吸附在井壁，尤其是在低压高渗层，每钻进一柱，正划眼和倒划眼3遍，保证井眼顺畅。最大限度地利用钻具把吸附在井壁的虚厚滤饼和有害固相刮掉；并增大排量，冲洗井壁，把井眼清洗干净。

6 井壁稳定处理和预防

雅达区块中部和北部，三开井段主要以灰岩为主，井壁稳定，钻进期间无掉块。雅达南部三开井段存在大量的页岩夹层，实钻资料显示，地层垮塌严重，采用KCl-聚合物钻井液体系，加入足量的KCl抑制页岩水化膨胀，同时加入足量的沥青类防塌剂和聚合醇，以保证井壁稳定。

6.1 井壁失稳机理

（1）化学因素

Sarvak地层中泥页岩以伊蒙混层和伊利石为主，且混层比高，属于极易水化分散、易剥落掉块地层，存在井眼失稳的前提条件。

（2）力学因素

Sarvak构造应力变化大，特别是水平应力方向有较大波动，造成泥页岩的裂缝发育，岩性整体稳定性差。同时，该套地层还存在较高的坍塌压力，而实际使用的钻井液密度又偏低，钻进过程中，井眼周围岩石不能承受来自地层内部和上下的挤压力而发生井塌、掉块。

6.2 具体技术措施

该井段可选用具有较强抑制性、防塌护壁能力强的KCl-聚合物钻井液体系。实践证明K+可有效提高侵入到地层的钻井液滤液的抑制能力，减小泥页岩的水化膨胀作用，提高地层整体强度，达到稳定井壁的目的。

在维护处理措施上，使用高分子聚合物可提高钻井液滤液抑制性，减小滤液渗透压力的传递。磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂的加量应选择在1%～1.5%，以增强钻井液抗温能力。同时在体系中加大沥青类防塌剂TCFD和聚合醇等封堵剂，封堵地层微裂隙，在近井壁带形成致密的内滤饼，阻止滤液侵入地层，并依靠聚合醇中大量的羟基的吸附交联黏结成膜，降低滤失量，提高滤饼韧性，从而起到封固稳定井壁的作用。为预防水敏性泥页岩的垮塌，需不断补充防塌剂浓度高的胶液，维持体系的强抑制性。