趙 暉,王西峰,葉勇剛,魏文生,王光華

(中石化勝利石油工程有限公司 渤海鉆井總公司,山東 東營 257000)

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高密度飽和鹽水鉆井液在勝利油區(qū)的應(yīng)用探討

趙 暉,王西峰,葉勇剛,魏文生,王光華

(中石化勝利石油工程有限公司 渤海鉆井總公司,山東 東營 257000)

利988井是勝利油田繼利深1井、新利深1井、利深101、利深102井之后鉆探鹽下油氣藏的一口重點(diǎn)評價井。針對該區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn),結(jié)合臨井經(jīng)驗(yàn),決定選用高密度飽和鹽水鉆井液。通過配方優(yōu)選和室內(nèi)評價實(shí)驗(yàn),優(yōu)化了鉆井液的轉(zhuǎn)化工藝、處理劑的配伍及加量,現(xiàn)場應(yīng)用時安全鉆穿了復(fù)雜鹽膏層,成功解決了井眼坍塌、縮徑卡鉆等復(fù)雜問題,為同類地層鉆井液的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

氯化鈉;飽和鹽水鉆井液;鹽膏層;高密度;蠕變;鹽卡

利988井位于濟(jì)陽坳陷利津洼陷帶低臺階利988砂體較高部位,在沙四段早期發(fā)育了多個滑塌濁積扇、近岸水下扇和陡坡深水濁積扇,扇體之上發(fā)育有膏鹽層,膏鹽層具有連片分布的特征,封蓋條件良好。由于圍繞產(chǎn)氣中心,這些扇體是深層裂解氣藏最有利的儲集體。目的層是沙四段砂粒巖體,其上發(fā)育膏巖、鹽巖、鹽膏質(zhì)泥巖,鹽膏層塑性變形及以下的高壓鹽水層是比較突出的問題。

1 施工難點(diǎn)

(1)鉆井液抗污染問題突出。利988井沙四段下膏巖層較發(fā)育,且主要為大段沉積。鄰井聚合物防塌鉆井液、聚合醇鉆井液等體系,出現(xiàn)了不同程度的鹽膏侵,導(dǎo)致劃眼、卡鉆等復(fù)雜情況。因此,在鉆遇鹽膏層時,應(yīng)采用抗污染能力強(qiáng)的飽和鹽水鉆井液體系[1-2]。

(2)鉆井液密度高且安全窗口窄。深部鹽巖發(fā)生塑性流動易導(dǎo)致井眼縮徑,鉆井液密度對控制井眼縮徑起著很重要的作用。鹽巖的塑性流動主要受上覆巖層壓力、構(gòu)造應(yīng)力和井下溫度的影響。但密度偏高易發(fā)生井漏,密度過低則易引起塑變。

(3)井壁穩(wěn)定性差。在含鹽泥巖、膏巖地層鉆進(jìn)時,因鹽巖溶解、石膏吸水膨脹和分散,井壁垮塌、井眼縮徑,給鉆井施工及完井作業(yè)帶來困難。勝科1井三開鹽膏層段井徑擴(kuò)大率高[3],部分地方井徑儀器無法測量。因此,鉆井液性能還應(yīng)考慮井壁的穩(wěn)定性。

(4)控制鉆井液中膨潤土含量。轉(zhuǎn)換體系之前控制鉆井液中膨潤土含量并保持好的鉆井液流型以便轉(zhuǎn)鹽成功;轉(zhuǎn)鹽之后由于飽和鹽水鉆井液的抑制能力強(qiáng),合理控制鉆井液中膨潤土含量也是關(guān)鍵。

(5)鉆井液流變性能的控制。密度高且窗口窄,嚴(yán)格控制鉆井液的流型以免粘切過高或過低造成井下復(fù)雜。

(6)護(hù)膠能力。飽和鹽水鉆井液抑制能力強(qiáng)，選擇合理的護(hù)膠劑提高鉆井液的護(hù)膠能力尤為突出。

2 配方優(yōu)選及性能評價

結(jié)合臨井情況及利988井的實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)選用氯化鈉飽和鹽水鉆井液,并對配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)選。取利988井3 950 m的鉆井液進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,所取鉆井液性能為:ρ=2.05 g/cm3;FV=65 s;PV=42 mPa·s;YP=12 Pa;G=5/15 Pa;VAPI=3.0 mL;VHTHP(150 ℃)=11.2 mL。

2.1 配方優(yōu)選

將3 950 m的井漿、鹽和各種處理劑(KFT、NaCl、SMP、磺化瀝青、磺酸鹽降濾失劑、重結(jié)晶抑制劑等)按不同的加量形成幾種配方,高溫老化12 h后檢測其綜合性能[4-6],結(jié)果見表1。

表1 氯化鈉高密度飽和鹽水鉆井液性能對比

從表1結(jié)果可知,配方1高溫高壓濾失量最小,塑性黏度、動切力等指標(biāo)穩(wěn)定,抗鹽能力強(qiáng),說明其綜合性能較好。

2.2 熱穩(wěn)定性能

對各種配方進(jìn)行熱穩(wěn)定性評價(150 ℃下滾動24 h),測其熱穩(wěn)定性能見表2。

通過實(shí)驗(yàn)看出,配方1的塑性黏度50 mPa·s,動切力16 Pa,靜切力8/19 Pa,中壓濾失量2.2 mL,高溫高壓濾失量9.4 mL,pH值9,綜合表1和表2,配方1體現(xiàn)了良好的鉆井液高溫流變性能,能夠適應(yīng)利988井復(fù)雜鹽膏層段的施工。

表2 氯化鈉高密度飽和鹽水鉆井液熱穩(wěn)定性能

2.3 抗污染性能

對配方1進(jìn)行抗污染能力評價,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出, 在加入各種污染物之后,鉆井液性能穩(wěn)定,抗污染能力強(qiáng)。

表3 抗污染實(shí)驗(yàn)鉆井液性能

3 現(xiàn)場應(yīng)用

本井三開考慮到地層特點(diǎn)及欠飽和鹽水鉆井液性能的不穩(wěn)定性,決定三開不提前轉(zhuǎn)換成欠飽和鹽水鉆井液,繼續(xù)使用強(qiáng)抑制聚合物潤滑防塌鉆井液,進(jìn)入鹽膏層之前一次性轉(zhuǎn)換成高密度飽和鹽水鉆井液[7-10]。鉆至3 950 m,起鉆至技套內(nèi)轉(zhuǎn)為高密度飽和鹽水鉆井液體系,滿足井下安全施工的需要。轉(zhuǎn)換前調(diào)整鉆井液的流型,嚴(yán)格控制膨潤土含量在25 g/L之內(nèi),按配方1加入各種處理劑充分循環(huán),調(diào)整好流型后加入氯化鈉,保證鉆井液中Cl-的濃度在180 000 mg/L左右,同時加入重結(jié)晶抑制劑,防止鹽析造成鹽卡。

由于本井鉆井液密度窗口窄，密度高達(dá)2.05 g/cm3方能平衡地層壓力，然密度偏高發(fā)生井漏，密度過低則地層出水并發(fā)生油氣侵，所以轉(zhuǎn)鹽成功后調(diào)整鉆井液的密度達(dá)2.05 g/cm3恢復(fù)鉆進(jìn)，以免造成井下復(fù)雜情況的發(fā)生。4 255 m 后開始進(jìn)入鹽膏層井段,每鉆進(jìn)2～3 m劃眼一次,以避免鹽膏層井段塑性蠕動;為避免鉆遇大段鹽膏層時鉆井液受污染、濾失量增大,加大KFT、SMP的用量,保證鉆井液的中壓失水低于3.0 mL、高溫高壓失水不超過10 mL;鉆進(jìn)過程中加強(qiáng)鉆井液性能的監(jiān)測,保證鉆井液各處理劑的有效含量,Cl-的濃度高于180 000 mg/L;控制鉆井液的流變性,使鉆井液有充分的攜巖能力。施工中配好高濃度的預(yù)水化膨潤土漿，并提前用井漿污染，根據(jù)鉆井液性能變化情況，間歇式混入，防止鉆井液出現(xiàn)濾失量變大，黏切變低，性能惡化的現(xiàn)象；同時根據(jù)施工情況，補(bǔ)充天然高分子等鉆井液處理劑，對鉆井液進(jìn)行護(hù)膠，提高鉆井液的穩(wěn)定性能。利988井三開鉆井液性能見表4。

表4 利988井三開飽和鹽水鉆井液性能

利988井設(shè)計(jì)井深4 500 m,由于實(shí)鉆巖層厚度大純度高,實(shí)際完鉆井深4 705 m,技套下深3 140 m,取心進(jìn)尺14.56 m,巖心收獲率100%,成功鉆穿膏鹽及巖鹽層450 m,是繼勝科1井和利97井之后又鉆遇大段鹽膏層的一口復(fù)雜井,由于技術(shù)措施合理,施工中沒有發(fā)生任何井下復(fù)雜情況。

4 結(jié) 論

(1)大多數(shù)鹽膏層壓力系數(shù)具有不確定性，而鹽膏層的塑性蠕動必須依靠井筒壓力來平衡。所以，在現(xiàn)場施工過程中必須密切觀察鉆井工程參數(shù)的變化，根據(jù)井下情況隨時調(diào)整鉆井液密度，以平衡地層壓力，確保安全鉆井。

(2)通常鹽膏層為異常高壓層,需要平衡地層壓力的鉆井液密度很高,這對飽和鹽水鉆井液的流變性控制提出了更高的要求。利988井巖層壓力系數(shù)大,施工中密度高達(dá)2.05 g/cm3,前期嚴(yán)格控制膨潤土含量(4%以內(nèi))和固相含量,保證高密度下飽和鹽水鉆井液擁有較好的流動性,克服了利97井施工中由于固相含量太高,加入大量稀釋劑效果仍不明顯的情況。

(3)鹽膏層之間夾雜著不同厚度的泥巖段,施工中巖鹽層較純,厚度大,鉆井液必須能有效地抑制泥巖水化和分散,提高防塌能力。

(4)鹽膏層井段的井眼規(guī)則度和擴(kuò)大率難以控制,鉆進(jìn)過程中必須嚴(yán)格控制鉆井液的含鹽量。如果鹽含量過低,地層中的鹽會溶解,從而形成大肚子井眼或嚴(yán)重井塌;如果鹽含量過飽和,則會發(fā)生卡鉆事故。

(5)控制高密度飽和鹽水鉆井液體系中的聚合物和護(hù)膠劑的加量,保證鉆井液具有適當(dāng)?shù)囊合囵ざ燃昂侠淼淖杂伤?為后期鉆井液性能處理和維護(hù)留有充足的調(diào)整空間。

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[責(zé)任編輯] 印樹明

2017-02-20

趙 暉(1984—),男，湖北棗陽人，中石化勝利石油工程有限公司渤海鉆井總公司工程師,主要從事鉆井工程與鉆井液相關(guān)專業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用與研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2017.02.007

TE254.3

A

1673-5935(2017)02- 0025- 03