曹彥杰

【摘 要】蘇37-49井是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)設(shè)計(jì)最深的一口評(píng)價(jià)井，設(shè)計(jì)井深3300m，完鉆井深3580m。該井裸眼井段長(zhǎng)，井底溫度高，地層傾角大，煤層易發(fā)生井漏，泥巖井段易坍塌，鉆井完井難度大。施工中采取新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系，有效解決了上述難題。介紹了蘇37-49井的施工情況，提出了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議。

【關(guān)鍵詞】硅氟高溫降粘劑；鉆井液體系；技術(shù)措施；蘇37-49井

0.前言

蘇37-49井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市新巴爾虎左旗銅缽廟鄉(xiāng)北北西24.5km處，構(gòu)造位置：海拉爾盆地貝爾湖坳陷烏爾遜凹陷蘇仁諾爾構(gòu)造帶蘇八號(hào)構(gòu)造群蘇八-6號(hào)構(gòu)造上。烏爾遜凹陷位于貝爾湖坳陷的北部，是貝爾湖坳陷的一個(gè)負(fù)向二級(jí)構(gòu)造單元。烏爾遜凹陷北部圍繞烏北次洼由北向南共分為四個(gè)構(gòu)造帶，分別為黃旗廟構(gòu)造帶、蘇仁諾爾構(gòu)造帶、烏北次洼帶和銅缽廟構(gòu)造帶。蘇仁諾爾構(gòu)造帶是由近東西向的蘇仁諾爾斷裂及其伴生的次級(jí)斷裂形成一系列斷塊圈閉所構(gòu)成的。蘇八構(gòu)造群發(fā)育在蘇仁諾爾斷裂南側(cè)，由9個(gè)四級(jí)構(gòu)造組成，本井即位于蘇八-6號(hào)構(gòu)造上。

蘇37-49井是一口評(píng)價(jià)井，完鉆井深3580m，目前是海拉爾地區(qū)鉆探最深的井。鉆探目的：探索烏北地區(qū)基巖含油氣情況，進(jìn)一步了解蘇仁諾爾構(gòu)造帶的含油氣性，擴(kuò)大蘇仁諾爾構(gòu)造帶的含油氣面積，分析蘇仁諾爾構(gòu)造帶油氣分布規(guī)律。蘇37-49井目的層位：基底，兼探大二段、南屯組、銅缽廟組。完鉆原則：鉆入基底150m無(wú)油氣顯示完鉆。

1.蘇37-49井地層及施工基本情況

蘇37-49井有中原鉆井一公司塔海項(xiàng)目45709隊(duì)承鉆。鉆井周期87天，建井周期113天。蘇37-49井完鉆井深3580米，井身結(jié)構(gòu)Φ311.1mm鉆頭×717.15米+Φ215.9mm鉆頭×3580米，完鉆層位布達(dá)特群。取芯進(jìn)尺24.38米，巖心長(zhǎng)度22.58米，取芯收獲率92.62%。全井安全無(wú)事故，電測(cè)、聲幅一次成功，采用雙級(jí)固井，固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。

蘇37-49井伊敏組和大漠拐河組地層夾有黑色煤層，容易發(fā)生縮徑、坍塌、井漏；南屯組和銅缽廟組地層傾向、傾角大，是海拉爾地區(qū)井壁最不穩(wěn)定的地層，經(jīng)常發(fā)生井塌及井壁周期性失穩(wěn)；基底巖性為灰、灰黑色凝灰質(zhì)泥巖與灰、深灰色碎裂砂巖、沉凝灰?guī)r互層，鉆時(shí)慢、浸泡周期長(zhǎng)，容易發(fā)生井塌。地層地溫梯度大，井底溫度達(dá)到145.3℃，抗溫也是重點(diǎn)之難點(diǎn)。地質(zhì)分層及巖性見(jiàn)表1。

表1 地質(zhì)分層及巖性

針對(duì)該井地層及施工情況，必須使用強(qiáng)抑制性抗高溫鉆井液體系。通過(guò)優(yōu)選鉆井液體系，決定采用新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系，該體系是在原硅氟鉆井液體系及聚磺鉆井液體系基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的結(jié)合，使之具有抑制性強(qiáng)，易于維護(hù)，抗溫穩(wěn)定性強(qiáng)、防塌效果好等特點(diǎn)，有效解決了井壁坍塌、掉塊嚴(yán)重的現(xiàn)象，保證了井下安全，提高了鉆進(jìn)速度和井身質(zhì)量，對(duì)于儲(chǔ)集層段的防塌作用較為明顯，滿(mǎn)足了井下安全和優(yōu)快鉆井、保護(hù)油氣層的需要。

2.硅氟聚磺防塌鉆井液體系的特點(diǎn)

硅氟聚磺防塌鉆井液體系是以硅氟為主要處理劑，并協(xié)同聚合物大分子、磺化材料而構(gòu)建的一套水基鉆井液體系，該體系可顯著提高鉆井液的工作性能，有利于保護(hù)儲(chǔ)層和環(huán)境。硅氟高溫降粘劑核心成分是有機(jī)硅和有機(jī)氟通過(guò)特定的化學(xué)反應(yīng)形成共聚物，因其中特有的硅-氟穩(wěn)定化合健使其共聚物具有優(yōu)異的抗高溫降粘性能。硅氟高溫降粘劑是一種無(wú)毒、無(wú)污染的綠色環(huán)保型新產(chǎn)品。硅氟高溫降粘劑在泥漿中有超強(qiáng)的稀釋降粘能力，突出的特點(diǎn)是抗高溫能力強(qiáng)，可達(dá)260℃?？果}、抗鈣性能優(yōu)異，抗粘土侵蝕能力好，土容量高，作用持久。對(duì)鉆井液體系有分散、潤(rùn)滑、消泡等作用，高溫降粘效果遠(yuǎn)優(yōu)于鐵鉻鹽，并能有效地抑制頁(yè)巖水化，改善鉆井液的造壁功能。在鉆井液密度1.5g/cm3時(shí)仍有良好的穩(wěn)定性，鉆井液維護(hù)處理期可長(zhǎng)達(dá)7天以上；且凝膠強(qiáng)度低，降低了切力，大大提高了鉆井效率。

2.1作用機(jī)理及特點(diǎn)

硅氟高溫降粘劑是一類(lèi)非離子表面活性劑，水融性強(qiáng)，常溫下為粘稠狀黑色液體，無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕性，-15℃時(shí)仍然具有良好的流動(dòng)性。通過(guò)對(duì)硅氟高溫降粘劑的濁點(diǎn)效應(yīng)、吸附量、界面活性和有機(jī)大分子處理劑之間的相互作用分析，硅氟高溫降粘劑改善鉆井液性能有以下特點(diǎn)：

⑴硅氟高溫降粘劑與聚磺鉆井液體系具有很好的相容性。

⑵硅氟高溫降粘劑能改善聚磺鉆井液體系的熱穩(wěn)定性，能將聚磺鉆井液體系抗高溫極限提高20℃以上。

⑶硅氟高溫降粘劑的熒光級(jí)別低，有利于識(shí)別和發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)層，生物毒性低，滿(mǎn)足環(huán)保要求。

2.2技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表2）

表2 硅氟高溫降粘劑技術(shù)指標(biāo)

3.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

硅氟聚磺防塌鉆井液體系，和普通硅氟鉆井液體系相比，在原先聚合物的絮凝、防塌、剪切稀釋的基礎(chǔ)上，加進(jìn)了抑制粘土分散的硅-氟穩(wěn)定化合健，它能進(jìn)入粘土晶層間，靠靜電作用吸引晶層，抑制粘土和頁(yè)巖的膨脹水化作用，改善井眼穩(wěn)定性。另外，硅氟聚磺防塌鉆井液有非常好的穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間靜止其性能無(wú)大的變化，改善了泥餅質(zhì)量，保護(hù)了油氣層，進(jìn)而降低鉆井液成本。硅氟聚磺防塌鉆井液在配制時(shí)對(duì)基漿的坂土不敏感，坂含較低時(shí)，鉆井液性能容易控制，坂含較高時(shí)，性能也不難控制。在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化前，在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出定量方案。

3.1硅氟用量的選擇

根據(jù)以往在海拉爾地區(qū)打井的經(jīng)驗(yàn)，如果硅氟的加量過(guò)高或過(guò)低，就會(huì)使鉆井液體系不穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化處理復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度增大。通過(guò)室內(nèi)對(duì)幾口井井漿轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)，確定硅氟含量在2～3%時(shí)鉆井液性能較容易處理，性能也比較穩(wěn)定。經(jīng)室內(nèi)頁(yè)巖回收率試驗(yàn)可知，不加入聚磺類(lèi)藥品時(shí)該體系抑制巖屑分散能力也較強(qiáng)，但加入聚磺類(lèi)藥品后抑制效果更好。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 頁(yè)巖回收率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2坂土含量的選擇

在轉(zhuǎn)化硅氟聚磺防塌鉆井液時(shí)，采用老井漿直接轉(zhuǎn)化的方法即省時(shí)省力又簡(jiǎn)便。在室內(nèi)試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，老井漿中的坂含一般都在65g/l以上，直接轉(zhuǎn)化后鉆井液性能難處理，粘、切較高。因此，采用配膠液加入、留大部分老井漿的辦法，降低體系中的坂含。但要注意坂含不能過(guò)低，否則粘、切偏低，不利于井眼清潔。通過(guò)試驗(yàn)，我們認(rèn)為將轉(zhuǎn)化后鉆井液中的坂含確定在30～45g/l的范圍內(nèi)最好。

3.3配方的確定

轉(zhuǎn)化鉆井液時(shí)，我們依據(jù)處理劑與儲(chǔ)層礦物及地層水的配伍性?xún)?yōu)選了一些處理劑進(jìn)行了試驗(yàn)，最終確定了膠液的配方：

5%膨潤(rùn)土漿（或井漿+清水）+0.2～0.4%高聚物降失水劑+4～5%有機(jī)硅腐植酸鉀+1%PAMS-900+2%陽(yáng)離子褐煤+2～3%硅氟高溫降粘劑，用NaOH調(diào)pH值為10左右。如果轉(zhuǎn)化時(shí)井深超過(guò)2800m，加入2～3%磺化類(lèi)抗高溫處理劑。

3.4熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

將室內(nèi)按配方配制好的硅氟聚磺防塌鉆井液在不同溫度下滾動(dòng)16h后，在70℃下測(cè)得其鉆井液性能，結(jié)果見(jiàn)表4。

結(jié)果表明，硅氟聚磺防塌鉆井液具有良好的高溫穩(wěn)定性。

3.5潤(rùn)滑性試驗(yàn)

利用極壓潤(rùn)滑儀對(duì)硅氟聚磺鉆井液潤(rùn)滑性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，清水、清水+2%聚磺類(lèi)藥品、清水+2%硅氟+2%聚磺類(lèi)藥品。它們的潤(rùn)滑系數(shù)分別為 0.354、0.156和0.065。由此可知，2%硅氟水溶液的潤(rùn)滑系數(shù)降低幅度50%以上，硅氟高溫降粘劑能大幅度降低摩阻系數(shù)。這說(shuō)明硅氟高溫降粘劑特性對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑減阻起著重要的作用。

4.硅氟聚磺防塌鉆井液體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在蘇37-49井進(jìn)行了新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系的應(yīng)用，取得了成功。

4.1現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1.1現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化前，首先要測(cè)定原井漿MBT含量，根據(jù)MBT含量的高低確定膠液量。配膠液時(shí)，按室內(nèi)配方順序先加入高聚物、降失水材料及抗高溫處理劑，攪拌均勻后與預(yù)留井漿混合、循環(huán)，之后按循環(huán)總鉆井液量一次性加入2～3%的硅氟，調(diào)整好鉆井液性能。

4.1.2現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)

補(bǔ)充膠液時(shí)，應(yīng)按新漿體積的2～3%補(bǔ)充硅氟及陽(yáng)離子褐煤，保證硅氟的含量在2%以上方能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，可根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中，井下鉆具的摩阻變化情況及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑劑加量，同時(shí)硅氟具有較強(qiáng)的抑制防塌作用，與有機(jī)硅腐植酸鉀、褐煤樹(shù)脂及PAMS-900等防塌抑制劑配伍，對(duì)粘土的水化膨脹有較強(qiáng)地抑制作用，因此鉆井液性能比較穩(wěn)定，波動(dòng)較小，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能易于維護(hù)。

4.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

本井一開(kāi)采用坂土漿鉆井液體系，二開(kāi)針對(duì)地層巖性、粘土礦物理化學(xué)特性、地層壓力系數(shù)、壓力梯度和井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及參考鄰井實(shí)鉆資料，本井鉆井液工作著力解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

⑴二開(kāi)井段從1650m開(kāi)始多次降斜，特別是在2900米時(shí)井斜增至5.90°。鉆井液應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑防卡性能，特別是具有良好的高溫穩(wěn)定性。

⑵南屯組及下部地層泥巖易剝落掉塊坍塌，鉆井液性能不僅要滿(mǎn)足一般的攜砂能力，在井壁掉塊坍塌時(shí)及時(shí)將坍塌物帶回地面，還要具有較強(qiáng)地防塌抑制性能，穩(wěn)定井壁，減少坍塌掉塊，確保井下正常。

⑶本井為滾動(dòng)評(píng)價(jià)井，預(yù)計(jì)的地層壓力系數(shù)難免有出入，鉆井液設(shè)計(jì)最大密度1.15g/cm3，下部鉆井施工中應(yīng)嚴(yán)格控制好密度，在保證近平衡鉆井的前提下，防止出現(xiàn)油氣侵及井噴情況的發(fā)生，確保鉆井安全。

針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題，決定在二開(kāi)轉(zhuǎn)化為硅氟聚磺防塌鉆井液體系，加入4%有機(jī)硅腐植酸鉀、3%硅氟高溫降粘劑、2%褐煤樹(shù)脂、1%PAMS-900、2%陽(yáng)離子褐煤及1%LV-CMC，在井深2800米后加入2%PSP、2%褐煤樹(shù)脂使鉆井液具有良好的抑制防塌能力、保證井壁穩(wěn)定，減小井徑擴(kuò)大率，同時(shí)可以提高鉆井液潤(rùn)滑性、降低鉆井液的濾失量，滿(mǎn)足了鉆井工程及地質(zhì)的要求，在施工中鉆進(jìn)、電測(cè)都非常順利，并保證了油層套管的順利下入。

該井在鉆進(jìn)至井深2770m時(shí)，鉆井液中出現(xiàn)大量氣泡，鉆井液密度略變，漏斗粘度升高，切力大，K值高，分析原因是地層氣體CO2侵入，經(jīng)請(qǐng)示后將鉆井液密度提高至1.18g/cm3，加入生石灰后，鉆井液恢復(fù)正常，直至完井未再出現(xiàn)氣侵現(xiàn)象。蘇37-49井各段鉆井液性能見(jiàn)表5。

表5 蘇37-49井鉆井液性能表

在鉆井過(guò)程中，嚴(yán)格按配方和鉆井液性能要求補(bǔ)充加足各種處理劑，確保性能穩(wěn)定，保持硅氟含量不低于2%，并定期補(bǔ)充PAMS-900、有機(jī)硅腐植酸鉀、陽(yáng)離子褐煤膠液，增加鉆井液的潤(rùn)滑防塌能力，用PSP、褐煤樹(shù)脂等磺化類(lèi)處理劑控制鉆井液HTHP濾失量，并增強(qiáng)鉆井液的抗溫能力，同時(shí)配合工程措施，確保井下安全。鉆至井深3580m（斜深）順利完鉆，完井電測(cè)、下套管順利，平均機(jī)械鉆速3.16m/h，平均取芯收獲率92.62%。

5.綜合效益評(píng)價(jià)

通過(guò)蘇37-49井的成功應(yīng)用表明，硅氟聚磺防塌鉆井液體系良好的抑制性使井漿性能便于維護(hù)，流變性好；優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性使達(dá)到穩(wěn)定的性能，保證了井下的安全；較好的保護(hù)油氣層作用和無(wú)熒光特點(diǎn)，使其在鉆井過(guò)程中易于識(shí)別和發(fā)現(xiàn)油氣層；較強(qiáng)地抑制防塌作用更適合地層膠接性差、成巖性差的區(qū)塊施工，加強(qiáng)了井壁穩(wěn)定性，減少了坍塌掉塊的發(fā)生，保證了井下安全，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)快（下轉(zhuǎn)第220頁(yè)）（上接第318頁(yè)）速鉆井，節(jié)約了鉆井成本，縮短了鉆井周期，綜合效益顯著。

6.對(duì)硅氟聚磺防塌鉆井液體系的認(rèn)識(shí)

⑴硅氟聚磺防塌鉆井液體系具有良好的抑制、防塌、潤(rùn)滑和保護(hù)油氣層作用，能夠提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性，有效抑制泥頁(yè)巖水化膨脹、分散，保證井壁穩(wěn)定，滿(mǎn)足井下安全施工的需要。

⑵新型硅氟聚磺防塌鉆井液體系的作用機(jī)理是硅氟與聚磺產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，是鉆井液體系優(yōu)良性能的保證。

⑶硅氟聚磺防塌鉆井液體系施工必須保持鉆井液中硅氟最適宜的含量，體系一經(jīng)轉(zhuǎn)化，鉆井液性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，高溫穩(wěn)定效果明顯，能有效減少井下復(fù)雜事故，縮短建井周期，提高綜合效益。

⑷硅氟聚磺防塌鉆井液熒光級(jí)別低，不干擾地質(zhì)錄井，可用于探井和評(píng)價(jià)井，并且有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)儲(chǔ)層。

⑸硅氟聚磺防塌鉆井液是在硅氟鉆井液基礎(chǔ)上加入聚磺類(lèi)處理劑，有效地解決了原硅氟鉆井液在海拉爾地區(qū)抗污染能力差的缺現(xiàn)。