玉北地区钻井液技术

2014-12-05刘伟

承德石油高等专科学校学报 2014年6期

刘伟

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司泥浆公司，山东东营 257062)

玉北地区位于塔里木盆地塔克拉玛干沙漠西南边缘，属于麦盖提斜坡构造带，是中国石化西部地区的重点勘探开发区域。采用四开制方式钻进，一开井段采用Φ444.5mm钻头钻进至800～1 000mm，下入Φ339.7 mm套管;二开井段采用Φ331.1 mm钻头开钻，钻进至3 500～3 600 m中完，下入Φ244.5 mm套管;三开井段采用Φ215.9 mm钻头，钻进至井深5 100～5 200 m中完，下入Φ177.8 mm套管，四开井段采用Φ152.4 mm钻头，钻进至井深5 500～5 600 m裸眼完钻。由于该地区古近系膏岩层易蠕变缩径、二叠系火成岩地层易垮塌掉块、奥陶系灰岩地层易漏，导致钻井周期长、机械钻速低、复杂情况多。为了缩短钻井周期，加快勘探开发进度，在分析地层特点及钻井液技术难点的基础上，研究应用了KCl钻井液技术，成功克服了该地区钻井施工的各种难题[1-3］。

1 钻井液技术难点

1)携岩及阻卡问题。一开和二开钻遇地层胶结疏松，欠压实，泥岩易水化膨胀，砂岩易渗漏，造成井眼缩径等复杂情况，大井眼携岩问题和井壁稳定问题是上部地层钻进的关键。同时做好随钻堵漏工作，改善上部地层渗漏并提高地层承压能力，减少复杂情况的发生。

2)高压盐水侵的预防和处理。胜和2井在古近系和二叠系有高压盐水层，玉北1井在古近系有高压盐水层，在相应层位要密切监测钻井液性能，做好高压盐水层的预防和处理工作，防止因盐水侵导致钻井液性能恶化，影响井下安全[4］。

3)泥膏岩的预防和处理。根据地质预测及邻区胜和2井和玉北1井实钻情况，古近系发育泥膏岩、石膏岩和含膏泥岩;石炭系巴楚组有膏质泥岩，易发生泥膏岩缩径。钻至相应井段之前应及时提高钻井液密度，抑制膏岩蠕变缩径，钻进期间，根据钻井液性能及时补充抗盐抗钙处理剂，并在该段加强短起下钻作业[5-6］。

4)井壁稳定和漏失。玉北1井在二叠系开派兹雷克组掉块严重，胜和2井在二叠系发生2次卡钻，因此在三开井段应重点做好井壁稳定，在控制合理的钻井液密度前提下，使用抑制防塌剂与封堵防塌剂相结合，提高井壁稳定能力。玉北1井在石炭系巴楚组发生井漏，钻进时应注意防漏[7-9］。

2 地层特点及钻井液体系选择

一开钻遇第四系西域组，上新统阿图什组，钻遇地层岩性以散砂、含砾砂岩以及粉砂岩为主，成岩性差、胶结疏松，极易发生窜漏和垮塌。钻井液主要以岩屑携带、井壁稳定和防漏为重点。因此一开井段施工采用膨润土聚合物钻井液体系。

二开钻遇新近系和古近系。新近系以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，克孜洛依组下部含膏泥岩，古近系上部为灰白色膏泥岩，石膏岩、含泥石膏夹薄层灰白色含泥质白云岩，底部为灰褐色含膏泥岩，钻进时应注意钻井液污染，防粘卡，因此，二开井段施工采用KCl聚合物钻井液体系和KCl聚磺钻井液体系。

三开主要钻遇二叠系上统沙井子组、中统开派兹雷克组、下统库普库兹满组、下统南闸组、石炭系上统小海子组、下统卡拉沙依组、下统巴楚组，地层岩性复杂，掉块多，易垮塌。因此，三开井段的施工采用KCl聚磺防塌钻井液体系。

四开主要钻遇奥陶系，奥陶系多为浅灰、浅黄灰色含泥质灰岩、泥晶灰岩，该地层具有成岩性好、可钻性差、地层温度高等特点。因此，本井段采用低固相聚磺钻井液体系，既能保证钻井液性能稳定，又能提高钻速。

3 现场钻井液技术

3.1 一开钻井液技术

1)一开前，准备200 m3预水化好的膨润土浆。膨润土浆配方:淡水、0.3% ～0.5%(质量分数，下同)纯碱、0.1% ～0.2%烧碱、5% ～7%膨润土。按配方配好后，充分搅拌均匀，水化24 h。

2)由于上部地层成岩性较差，井眼大，渗透性好，容易有微小裂缝，所以在钻进过程中加入0.2%的非渗透材料LW-7封堵微小裂缝，减小泥浆消耗。

3)大排量循环彻底清洗井眼，起钻前用粘度80～100 s(漏斗粘度)的优质钻井液封住井底和导眼鞋，确保下套管和完井作业顺利。

3.2 二开钻井液技术

1)在一开钻井液基础上转换成KCl聚合物钻井液体系，转换前将钻井液膨润土含量降到30～35 kg/m3。基本配方为:淡水、3% ～4%膨润土、3% ～5%KCl、0.2% ～0.3%聚丙烯酰胺钾盐、0.5% ～1.0%聚丙烯腈铵盐、0.2% ～0.4%聚合物包被剂、1% ～2%超细碳酸钙。

2)新近系泥岩易水化膨胀，砂岩易形成虚厚泥饼，会造成井眼缩径复杂情况。钻井液应采用大、中、小分子聚合物复配，加强钻井液的抑制性能;配合适量润滑剂、清洁剂，改善泥饼质量，并调整、优化钻井液流型，从而解决上部大井眼快速钻进的携岩问题以及阻卡问题。

3)钻进至2 500～3 000 m，逐渐加入磺化类抗温材料，将钻井液体系转换为KCl聚磺钻井液。基本配方为:淡水、3% ～4%膨润土、2% ～3%聚合醇防塌剂、2% ～3%沥青、1.0% ～1.5%聚丙烯腈钾盐、2% ～3%磺化酚醛树脂SMP-2、1% ～2%褐煤树脂、0.5% ～1.0%液体润滑剂。

4)古近系地层含有泥膏岩、石膏岩以及含膏泥岩，该井段钻进期间增强体系抑制性的同时，及时加入重晶石提高钻井液密度，并且增加KCl的加量至8%，减少阻卡等井下复杂情况。

5)由于古近系可能钻遇泥膏岩，钻井液密度将会升高，同一井眼段所需平衡地层的钻井液密度差别大，易造成压差卡钻，因此在新近系砂岩地层钻进期间及时提高钻井液的封堵性。将KCl聚磺钻井液转换为KCl聚磺封堵钻井液，减少渗透性漏失，提高井壁承压能力。基本配方为:淡水、3% ～4%膨润土、5～8%KCl、1.0% ～1.5%K-PAM、2% ～3%磺化酚醛树脂 SMP-2、1% ～2%褐煤树脂、2% ～3%聚合醇防塌剂、0.5% ～1.0%液体润滑剂、2% ～3%沥青、0.3% ～0.5%单向压力屏蔽剂、0.5% ～1%超细碳酸钙。

3.3 三开钻井液技术

3.3.1 钻井液及配方

三开采用抗盐抗高温KCl聚磺防塌钻井液体系。通过室内试验及现场应用确定了基本配方为:3.5% 膨润土、0.2%烧碱、0.4%聚丙烯酸钾、6%KCl、3%聚合醇防塌剂、2%无荧光防塌剂、2%乳化沥青、1.5%聚丙烯腈钾盐、3%磺化酚醛树脂、3%褐煤树脂、1.0%液体润滑剂、2%超细碳酸钙。其性能评价见表1～表3。

表1 KCl聚磺防塌钻井液基本性能及抗温性能

从表1中可以看出，KCl聚磺钻井液密度为1.70 g/cm3时，在120、150、180℃不同温度下滚动不同时间后，钻井液的流变性、滤失造壁性、润滑性均较好，高温高压滤失量较低，表明该钻井液具有较好的抗温性。

表2的实验结果表明，在该钻井液中分别加入5%三级土、5%NaCl和0.5%CaSO4后，性能几乎没有变化，表明该钻井液具有较强的抗污染能力。

表2 KCl聚磺钻井液抗污染性能

表3岩屑滚动回收率实验结果看出，该钻井液具有更强的抑制性。

表3 岩屑滚动回收率实验结果

3.3.2 钻井液维护处理措施

1)二叠系中统火成岩地层易剥落掉块，钻进时注意预防井壁垮塌及井漏。二叠系钻进期间，及时补充防塌剂，防塌剂采用聚合醇、有机硅醇抑制剂与沥青类复配防塌，加大防塌剂加量的同时加入单向压力屏蔽剂等屏蔽暂堵剂，以提高地层承压能力。

2)在做好化学防塌的同时注意物理防塌，结合岩屑返出情况，及时调整钻井液密度。

3)石炭系卡拉沙依组、巴楚组存在油气层段，在进入油气层段前，在钻井液加入0.5% ～1%非渗透处理剂、1% ～2%超细碳酸钙、0.3% ～0.5%单向压力屏蔽剂，对地层进行暂堵，保护油气层。基本配方:3.5%膨润土、0.2%烧碱、0.4%聚丙烯酸钾、6%KCl、3%聚合醇防塌剂、2%无荧光防塌剂、2%乳化沥青、1.5%聚丙烯腈钾盐、3%磺化酚醛树脂、3%褐煤树脂、1.0%液体润滑剂、0.5% ～1%非渗透处理剂、0.3% ～0.5%单向压力屏蔽剂、1% ～2%超细碳酸钙。

4)确保钻井液润滑性能良好，摩阻系数小于0.08，泥饼致密有韧性。