邱春陽(yáng)，吳曉文，溫守云，張海青，陳二丁，王寶田

(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營(yíng)257064)

征11井復(fù)雜地層防塌鉆井液技術(shù)

邱春陽(yáng)，吳曉文，溫守云，張海青，陳二丁，王寶田

(中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司，山東東營(yíng)257064)

征11井是準(zhǔn)中1區(qū)塊重點(diǎn)預(yù)探井，完鉆井深4 540 m。下部地層巖性復(fù)雜，吐谷魯群組泥巖水化膨脹性強(qiáng)，易造成起下鉆遇阻;西山窯組煤層發(fā)育，易發(fā)生破碎性垮塌;三工河組泥巖堅(jiān)硬，易造成應(yīng)力性垮塌;三開裸眼段長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間施工作業(yè)易造成井壁失穩(wěn)，鉆井液技術(shù)難度大。通過(guò)優(yōu)選聚胺封堵防塌鉆井液體系，配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理工藝及應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況的技術(shù)措施，順利鉆至目的層，滿足了完井作業(yè)的要求。

征11井;水敏性;煤層;地應(yīng)力;井壁失穩(wěn);聚胺

征11井位于準(zhǔn)噶爾盆地車莫古隆起中部1區(qū)塊，是一口重點(diǎn)預(yù)探井，主探三工河組含油氣情況。該井設(shè)計(jì)井深4 540 m，一開Φ444．5 mm鉆頭鉆深149 m，Φ339．7 mm套管下深148 m;二開Φ311．2 mm鉆頭鉆深2 402 m，Φ244．5 mm套管下深2 401．77 m;三開Φ215．9 mm鉆頭鉆至井深4 540 m完鉆，Φ139．7 mm油層套管下至井深4 535．44 m完井。據(jù)實(shí)鉆資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)塊上部地層鉆進(jìn)順利，偶爾發(fā)生起下鉆遇阻情況，通過(guò)簡(jiǎn)單劃眼都能夠解決。但在下部地層白堊系吐谷魯群組及侏羅系的鉆井過(guò)程中井壁失穩(wěn)情況頻發(fā)，輕者起下鉆、電測(cè)遇阻，嚴(yán)重者卡鉆。下部地層的井壁失穩(wěn)問(wèn)題已經(jīng)成為制約該區(qū)塊勘探速度與開發(fā)質(zhì)量的瓶頸問(wèn)題之一。為提高征11井鉆探成功率，實(shí)現(xiàn)高效、快速鉆進(jìn)，最大可能預(yù)防及減少?gòu)?fù)雜事故的發(fā)生，優(yōu)選了聚胺封堵防塌鉆井液體系，配合相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)處理工藝，順利鉆至目的層。

1　地質(zhì)概況及鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

征11井自上而下鉆遇地層為新近系沙灣組、古近系紫泥泉子組、白堊系東溝組和吐谷魯群組、侏羅系西山窯組和三工河組。下部地層巖性復(fù)雜，地層壓力系數(shù)不同，施工中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)如下:

1)吐谷魯群組上部棕色泥巖水敏性強(qiáng)，吸水后膨脹嚴(yán)重，易導(dǎo)致起下鉆遇阻;粉砂巖吸水后膠結(jié)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致上覆的泥巖因支撐力減弱而垮塌，泥巖的垮塌導(dǎo)致與其互層砂巖發(fā)生坍塌，井壁失穩(wěn)嚴(yán)重。

2)西山窯組煤巖脆性強(qiáng)，強(qiáng)度低，起下鉆過(guò)程中在鉆具的碰撞下容易破碎，造成上覆的泥巖因失去支撐而垮塌;煤層層理、裂縫發(fā)育，微細(xì)裂縫較多，鉆井液濾液易沿層理面、裂縫及微細(xì)裂縫滲入，降低煤層間的膠結(jié)強(qiáng)度，促使煤層垮塌。

3)三工河組地層巖性堅(jiān)硬，不易破碎，如果鉆井液液柱壓力不能平衡地層坍塌壓力，則會(huì)出現(xiàn)掉塊，且掉塊不易破碎，易發(fā)生卡鉆事故。

4)據(jù)研究，準(zhǔn)噶爾盆地中部侏羅系發(fā)育超壓［1］，地應(yīng)力作用強(qiáng)，當(dāng)新的井眼形成后，地應(yīng)力釋放，易發(fā)生應(yīng)力性垮塌。

5)三開裸眼段長(zhǎng)近2 000 m，由于巖石耐磨性強(qiáng)，可鉆性差，導(dǎo)致鉆井施工周期長(zhǎng)，裸眼段在長(zhǎng)時(shí)間浸泡下井壁失穩(wěn)嚴(yán)重。

2　鉆井液體系研究

2．1鉆井液配方

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)煤層［2-4］、深井及超深井［5-8］鉆井液使用情況，結(jié)合鄰井鉆井液施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)征11井地層巖性特點(diǎn)及施工中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)鉆井液體系優(yōu)選，確定使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，基本配方為:

(3．0～5．0)%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)膨潤(rùn)土+(0．2～0．3)%燒堿NaOH+(0．2～0．3)%純堿Na2CO3+(0．2～0．3)%聚丙烯酸鉀KPAM+(2．0～3．0)%抗鹽抗鈣降濾失劑JZC-1+(2．0～3．0)%抗溫抗鹽防塌降濾失劑KFT-2+(2．0～3．0)%磺化酚醛樹脂SMP-1+(2．0～3．0)%井壁穩(wěn)定劑HQ-1+(1．0～2．0)%非滲透處理劑+(0．5～1．5)%胺基聚醇+(2．0～4．0)%超細(xì)碳酸鈣+(2．0～3．0)%白油。

2．2作用機(jī)理

聚胺封堵防塌鉆井液體系是在聚磺鉆井液體系的基礎(chǔ)上引入胺基聚醇和非滲透處理劑而形成的抑制性及封堵能力強(qiáng)的鉆井液體系。由于引入胺基聚醇，體系的抑制性得到增強(qiáng)，原因如下:胺基聚醇含有多個(gè)獨(dú)立的胺基，胺基可充填在黏土顆粒的晶層之間，并把它們束縛在一起，有效地減少粘土的吸水傾向;另外胺基聚醇在體系中顯堿性，并使體系的pH值長(zhǎng)時(shí)間保持在堿性范圍內(nèi)，能夠使鉆井液體系中各個(gè)處理劑的效能得到有效發(fā)揮，因此其抑制作用具有長(zhǎng)效性［9］。非滲透處理劑的引入增強(qiáng)了體系的封堵性能，因?yàn)榉菨B透處理劑能夠在井壁巖石表面形成致密非滲透封堵薄膜，有效封堵不同滲透性地層和微裂縫泥頁(yè)巖地層，穩(wěn)定井壁［10］。

3　性能評(píng)價(jià)

3．1抑制性能評(píng)價(jià)

采用頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)和抑制巖屑分散實(shí)驗(yàn)，對(duì)聚磺防塌鉆井液和聚胺封堵防塌鉆井液的抑制性進(jìn)行了考察，聚磺防塌鉆井液8 h巖心膨脹高度為2．65 mm，巖屑回收率為67．4%;而聚胺封堵防塌鉆井液8 h巖心膨脹高度為1．22 mm，巖屑回收率為90．5%，顯著高于聚磺防塌鉆井液相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，可見聚胺封堵防塌鉆井液抑制性強(qiáng)于聚磺防塌鉆井液，胺基聚醇的引入增強(qiáng)了體系的抑制性，能夠降低泥頁(yè)巖的水化膨脹。

3．2封堵性能評(píng)價(jià)

采用直徑為30～40目的石英砂作為過(guò)濾介質(zhì)，分別加入聚磺防塌鉆井液和聚胺封堵防塌鉆井液，固定后加壓0．69 MPa，評(píng)價(jià)鉆井液的封堵能力。聚磺防塌鉆井液在加壓15 min和60 min后侵入砂床的深度分別為1．2 cm和3．8 cm;而聚胺封堵防塌鉆井液在加壓15 min和60 min后侵入深度分別為

1．1 cm和1．8 cm，二者相差不大，說(shuō)明聚胺封堵防塌鉆井液能夠形成承壓封堵帶，阻止濾液向地層滲透。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

4．1現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

1)開鉆前在套管內(nèi)凈化二開井漿，然后按照配方加入各種處理劑，充分循環(huán)，性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開鉆。

2)鉆井液密度控制在設(shè)計(jì)下限，鉆進(jìn)中根據(jù)返砂情況及地層壓力監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整，保持井壁穩(wěn)定。

3)漏斗粘度控制在45 s左右;西山窯組后，漏斗粘度控制在55 s左右;三工河組漏斗粘度控制在60 s左右，增強(qiáng)鉆井液的護(hù)壁防塌及懸浮攜帶能力。

4)胺基聚醇含量控制在1%，保證聚合物的含量充足，抑制粘土礦物水化及巖屑分散。5)使用井壁穩(wěn)定劑、超細(xì)碳酸鈣和非滲透處理劑，對(duì)地層孔隙及微細(xì)裂縫進(jìn)行封堵。6)中壓濾失量控制在5～8 mL，適當(dāng)沖刷井壁。吐谷魯群組底部中壓濾失量控制在5 mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量控制在10 mL以內(nèi)，防止地層吸水膨脹。

7)保持振動(dòng)篩、除砂器及除泥器運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到100%，并合理使用離心機(jī)，清除鉆井液中的劣質(zhì)固相和低密度固相，凈化鉆井液。

8)電測(cè)前充分循環(huán)鉆井液，配置80 s以上的稠漿凈化井眼。電測(cè)及下套管期間配制潤(rùn)滑稠漿封井，保證電測(cè)及下套管順利。

4．2復(fù)雜情況處理

4．2．1情況介紹

征11井完井電測(cè)遇阻4次，延誤鉆井周期，以第一次遇阻為例進(jìn)行說(shuō)明。電測(cè)儀器下到3 950 m處有顯示，沖到3 980 m遇阻，下鉆通井，在3 980 m處有顯示，下壓4 t后通過(guò)，其它井段順利下入，下鉆至井底沉砂6 m。開泵循環(huán)，上返鉆井液漏斗黏度高，循環(huán)時(shí)帶上來(lái)一些掉塊，從巖性和特征上分析，掉塊分屬不同的地層。循環(huán)同時(shí)，加入處理劑調(diào)整鉆井液性能，調(diào)整完后鉆井液性能如表1。

循環(huán)調(diào)整后，短起25柱，短起正常。起鉆前用0．8 t白油、0．5 t胺基聚醇、0．5 t井壁穩(wěn)定劑HQ-1、0．3 t磺化酚醛樹脂SMP-1、0．2 t土粉和0．5 t塑料小球配30 m3滴流鉆井液封井，封住井底800 m井段。封完井后起鉆，起鉆正常，進(jìn)行第二次測(cè)井。

第二次測(cè)井時(shí)，儀器下到距井底4 m時(shí)遇阻，下鉆通井，開動(dòng)四級(jí)固控設(shè)備，降低鉆井液中的劣質(zhì)固相含量;然后加入稀釋劑，降低鉆井液的粘切。充分循環(huán)，待振動(dòng)篩無(wú)返砂后，配制滴流鉆井液封井。

第三次測(cè)井時(shí)，儀器下至4 450 m遇阻，反復(fù)活動(dòng)后下至井底。起電纜時(shí)遇阻嚴(yán)重，起至4 300 m時(shí)測(cè)井徑電極壞，重新補(bǔ)測(cè)順利。測(cè)井徑結(jié)束后進(jìn)行通井，加入防塌劑，提高鉆井液的粘切，適當(dāng)提高鉆井液密度，增強(qiáng)鉆井液的封堵防塌能力，充分循環(huán)后封井。

第四次測(cè)井時(shí)，第一趟順利，第二趟和第三趟起下電纜有多點(diǎn)遇阻顯示，第四趟測(cè)地層傾角時(shí)，起電纜時(shí)遇卡，反復(fù)活動(dòng)后提出電纜，下鉆通井，加入防塌劑，增強(qiáng)鉆井液的防塌能力;并使用稀釋劑，調(diào)整鉆井液的流變性。充分循環(huán)后，配制滴流鉆井液封井，進(jìn)行第五次電測(cè)，測(cè)井兩趟，成功率100%。

4．2．2測(cè)井遇阻原因分析

1)西山窯組煤層不穩(wěn)定及三工河組泥頁(yè)巖夾層多導(dǎo)致多處井段形成大肚子“糖葫蘆”井眼和“鋸齒形”井眼。循環(huán)時(shí)，掉塊積聚在大肚子處;當(dāng)鉆井液靜止時(shí)，掉塊下沉，造成電測(cè)遇阻。

2)西山窯組和三工河組地應(yīng)力作用強(qiáng)，鉆井液循環(huán)時(shí)的當(dāng)量密度能夠平衡地層應(yīng)力或者略低于地層坍塌壓力，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中掉塊少，井壁穩(wěn)定;鉆井液靜止時(shí)，鉆井液靜密度不能平衡地層應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)掉塊。這一點(diǎn)從后面提高鉆井液密度后滿足測(cè)井要求即可看出。

3)鉆井液長(zhǎng)期和地層泥頁(yè)巖接觸，泥頁(yè)巖吸水后改變了巖石的應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致地層坍塌壓力增加，平衡坍塌壓力所需要的鉆井液密度加大;并且泥頁(yè)巖裸露在鉆井液的時(shí)間越長(zhǎng)，地層坍塌壓力越大，相應(yīng)平衡此坍塌壓力所需要的鉆井液密度就越大，這也就是多次通井井壁依然失穩(wěn)的原因。

5　結(jié)論及建議

1)聚胺封堵防塌鉆井液抑制性好，封堵性強(qiáng)，解決了吐谷魯群組水敏性泥巖垮塌的難題;緩解了西山窯組煤層和三工河組硬脆性泥巖的垮塌。

2)完井時(shí)電測(cè)遇阻，通過(guò)采取合理的鉆井液技術(shù)措施和工程措施，保證了測(cè)井作業(yè)的最終完成。

3)井壁失穩(wěn)根源于力學(xué)失穩(wěn)。井壁穩(wěn)定的前提是合理的鉆井液密度，關(guān)鍵是具有較強(qiáng)的封堵造壁性能，基礎(chǔ)是鉆井液具有良好的流變性。

4)該區(qū)塊侏羅系井壁失穩(wěn)嚴(yán)重，必須加足防塌劑和降濾失劑，增強(qiáng)鉆井液的濾失造壁性能，保證鉆井液能夠?qū)Φ貙舆M(jìn)行嚴(yán)封堵，這樣才能保證井壁穩(wěn)定。

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簡(jiǎn)訊

我校獲批承德市儀器儀表平臺(tái)服務(wù)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)過(guò)前期的調(diào)研、論證，科技處充分準(zhǔn)備，由副校長(zhǎng)于立國(guó)主持申報(bào)的承德儀器儀表產(chǎn)業(yè)群公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目獲得市工信局、財(cái)政局批準(zhǔn)，資助經(jīng)費(fèi)50萬(wàn)元。

Drilling Fluid Technology of Complicated Formation in Zheng 11 Well

QIU Chun-yang，WU Xiao-wen，WEN Shou-yun，ZHANG Hai-qing，CHEN Er-ding，WANG Bao-tian
(Drilling Engineering Technology Corporation，Shengli Petroleum Engineer Co．，LTD，Dongying 257064，Shandong，China)

Zheng 11 well was an important exploration well，and was located in the first oilfield in Junggar Basin．The total depth was 4 540 m．The petrography character was very complicated in down formation in the area．Blockage tripping easily occurred because hydrous disintegration of argillutite in Tuguluqun formation．Crisp collapse often occurred in Xishanyao formation because compressive strength and rupture strength of coal bed was poor．Stress collapse about hard and crisp mudstone occurred usually in Sangonghe formation．The wellbore was very instabile because barefoot interval was long and drilling term was long．The target stratum was drilled after poly-amine formation sealing and anti-caving drilling fluid was used．With the help of onsite drilling fluid maintenance and handling technics，and technology measure of dealing with the complex situation，the demand of drilling operation was met．

Zheng 11 well;water sensitivity;coal bed;ground stress;wellbore instability;polyamine

TE25

B

1008-9446(2015)01-0006-04

2014-11-20

邱春陽(yáng)(1978－)，男，遼寧鐵嶺人，中國(guó)石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司工程師，碩士，主要從事鉆井液體系研究和技術(shù)服務(wù)工作。