陳強(qiáng),雷志永

(中海油服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

高密度復(fù)合鹽水鉆井液體系在伊拉克Missan油田鹽膏層中的應(yīng)用

陳強(qiáng),雷志永

(中海油服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

為解決伊拉克Missan油田復(fù)雜鹽膏層蠕動(dòng)、鹽重結(jié)晶、鉆具阻卡、井漏、高壓鹽水層溢流等復(fù)雜問(wèn)題，優(yōu)選了密度高達(dá)2.2～2.35g/cm3的復(fù)合鹽水鉆井液，在伊拉克Missan油田800m巨厚鹽膏層中成功應(yīng)用。該鉆井液性能穩(wěn)定，懸浮性強(qiáng)，易于維護(hù)，具有良好的流變性，能有效抑制鹽、石膏的溶解和泥頁(yè)巖分散、膨脹，并且有很強(qiáng)的抗鹽侵、抗膏侵、抗鉆屑污染能力，充分滿(mǎn)足了該區(qū)塊鹽膏層井段地層特性和安全鉆井對(duì)鉆井液技術(shù)的要求，并取得該地區(qū)鹽膏層鉆井100%成功率的應(yīng)用效果，為解決巨厚復(fù)雜鹽膏層鉆進(jìn)及順利完成伊拉克項(xiàng)目提供了關(guān)鍵性技術(shù)保障。

鹽膏層；抗鹽；抗鈣；抗污染；抑制性；伊拉克Missan油田；高密度鉆井液；復(fù)合鹽水鉆井液

伊拉克Missan油田所鉆的23口井是該地區(qū)施工難度較大的開(kāi)發(fā)井，這是由于該地區(qū)鹽膏層具有塑性變形及蠕變縮徑、鹽溶后井壁垮塌等特征，易造成鉆井液流變性難以控制；同時(shí)，由于地層中含有大量造漿性強(qiáng)的軟質(zhì)泥巖及高壓鹽水層，要求鉆井液具有良好的抗污染能力[1]。國(guó)外鉆井液公司曾在Missan周邊地區(qū)鉆過(guò)多口探井，這些井曾多次出現(xiàn)性能失控、卡鉆、井漏以及高壓鹽水層溢流等井下復(fù)雜情況。甚至出現(xiàn)像AG-4井因鹽膏層蠕變縮徑引起的卡鉆報(bào)廢[2]。筆者優(yōu)選了密度高達(dá)2.2～2.35g/cm3的復(fù)合鹽水鉆井液，在伊拉克Missan油田800m巨厚鹽膏層中成功應(yīng)用，為解決巨厚復(fù)雜鹽膏層鉆進(jìn)及順利完成伊拉克項(xiàng)目提供了關(guān)鍵性技術(shù)保障。

1 Missan油田鹽膏層鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)

Missan油田群位于伊拉克東南部，該區(qū)塊存在巨厚復(fù)雜鹽膏層且存在多個(gè)高壓鹽水層，壓力因數(shù)高，地層破裂壓力因數(shù)2.40，所需鉆井液密度高，高密度鉆井液抗污染能力及流變性控制難度大，鉆井過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，容易造成井下復(fù)雜事故。

1.1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

高密度水基鉆井液體系由于固相含量大，自由水量少，體系所能承載的固相侵入很小等特點(diǎn)，維護(hù)其流變性的穩(wěn)定性相對(duì)低密度鉆井液比較困難，特別是在鉆進(jìn)大段的膏巖層時(shí)，大量石膏溶解，污染鉆井液，造成鉆井液失水增大，影響井壁穩(wěn)定；塑性泥巖極容易造漿，高密度鉆井液黏度很難控制，國(guó)外公司所鉆井出現(xiàn)過(guò)鉆井液黏度升高至140s，開(kāi)泵困難，影響作業(yè)。因此鉆井液的抗鹽、抗鈣、抗土相能力要強(qiáng)，避免因鉆屑的污染導(dǎo)致鉆井液性能惡化。同時(shí)，鉆井液要具備較強(qiáng)的抑制性，能夠抑制鹽、石膏的溶解，以避免鹽粒作為膠結(jié)物時(shí)，由于鉆井液對(duì)鹽類(lèi)溶解度的抑制性不夠而溶解，會(huì)引起井徑的擴(kuò)大導(dǎo)致井壁垮塌，而且鹽巖地層容易出現(xiàn)鹽重結(jié)晶現(xiàn)象，易造成卡鉆[3～14]。

1.2 鉆遇鹽膏層風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大

伊拉克Missan地區(qū)Fauqi、Abu、Buzurgan共3個(gè)區(qū)塊鹽膏層含塑性泥巖、鹽膏層等塑性地層，存在縮徑、蠕動(dòng)、卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)外公司所鉆井在起鉆阻卡處理過(guò)程中出現(xiàn)井漏、卡套管等井下復(fù)雜情況。3個(gè)區(qū)塊普遍存在高壓鹽水層，容易發(fā)生溢流污染鉆井液，而且密度窗口窄，高密度作業(yè)存在很大的井漏風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)外公司所鉆井在處理過(guò)程中發(fā)生溢流，提密度后引起井漏等復(fù)雜情況。分析Missan油田群的井史可知，采取低密度鉆井液易出現(xiàn)縮徑、鹽水侵，而提高鉆井液密度則增加了井漏的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)發(fā)生鹽水侵時(shí)，先井涌，壓井時(shí)井漏，再卡鉆，遭遇該類(lèi)事故鉆井工程報(bào)廢率高達(dá)50%，巨厚的鹽膏層井段?9in套管口袋設(shè)計(jì)只有10cm左右，若套管下不到位，直接影響下一開(kāi)作業(yè)，這對(duì)井壁提出了更高的挑戰(zhàn)。

2 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)及應(yīng)用效果

高密度復(fù)合鹽鉆井液體系在伊拉克Missan油田的3個(gè)區(qū)塊共23口井中得到成功應(yīng)用?，F(xiàn)以AGCS-XX井為例，介紹其現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)及應(yīng)用效果。

AGCS-XX井為中海油在Missan油田Abu地區(qū)的一口探井，該井四開(kāi)(井深2109～2905m)存在800m鹽膏層，使用高密度復(fù)合鹽飽和鹽水鉆井液鉆進(jìn)，該鉆井液體系對(duì)膏泥巖具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，抗石膏侵、鹽侵能力強(qiáng)，有效抑制了軟泥巖的分散造漿，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)處理簡(jiǎn)單，開(kāi)泵循環(huán)通暢，安全快速鉆穿Lower Fars層，為鉆開(kāi)Asmari油層打下良好的基礎(chǔ)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液關(guān)鍵技術(shù)措施

2)嚴(yán)格控制鉆井液密度對(duì)鹽膏層井壁穩(wěn)定至關(guān)重要。鉆進(jìn)中及時(shí)監(jiān)測(cè)鉆井液密度，不可猛提猛降密度，隨著井深增加，以補(bǔ)充高比重漿液的方式均勻、緩慢地提高密度，使其不僅能夠平衡地層壓力，又不致于壓漏地層，避免因密度引起井下復(fù)雜情況。

3)在鉆遇鹽巖之前，補(bǔ)充2%NaCl，必須保證鉆井液是飽和的，防止鹽巖的溶解導(dǎo)致鉆井液性能的變化及井徑的擴(kuò)大；同時(shí)加入鹽重結(jié)晶抑制劑，防止因?yàn)榫追党龅你@井液因?yàn)闇囟冉档褪沟名}重結(jié)晶導(dǎo)致的卡鉆。

4)維持鉆井液黏度在50～60s，濾失量小于5mL。當(dāng)黏度繼續(xù)上升時(shí)，加入預(yù)水化稀膠液護(hù)膠劑，以控制鉆井液流變性。

5)維持鉆井液在合理的pH值范圍內(nèi)，以便更好地控制鉆井液流變性能；在Missan油田應(yīng)用過(guò)程中，控制鉆井液pH=8～9之間的弱堿性環(huán)境時(shí)，鉆井液流變性容易控制，鉆井液環(huán)境雖為弱堿性環(huán)境，但由于體系為飽和鹽水體系，對(duì)鉆井液中材料的保護(hù)和體系的穩(wěn)定具有一定的維護(hù)作用。

6)充分利用固控設(shè)備，保證振動(dòng)篩、除砂器和除泥器100%的利用率。盡量用細(xì)目數(shù)篩布清除粗顆粒重晶石及固相，保持井漿的干凈，利用除泥器清除鉆進(jìn)中泥巖的侵入，因?yàn)槊芏雀哌_(dá)2.3g/cm3的鉆井液固相含量高，泥巖的侵入對(duì)鉆井液性能的影響最大，故需利用好除泥器清楚鉆進(jìn)中泥巖的污染，維持井漿中固相含量≤ 30kg/m3以?xún)?nèi)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

高密度復(fù)合鹽飽和鹽水鉆井液配方：淡水+0.2%～0.4%Na2CO3+0.3%～0.5%NaOH+0.2%～0.4%HI-VIS+0.1%～0.3%瓜爾膠XC+0.1%～0.3%增黏劑PAC-HV+0.3%～0.6%聚陰離子纖維素PAC-LV+1.5%～2.5%磺甲基酚醛樹(shù)脂SMP-I+1.5%～2.5%褐煤樹(shù)脂SPNH+1%～2%磺化栲膠SMT+1.5%～3%瀝青+飽和復(fù)合鹽+0.1%～0.2%鹽重結(jié)晶抑制劑+1%～2%重晶石RHY。在鉆進(jìn)鹽膏層的過(guò)程中，鉆井液各項(xiàng)性能穩(wěn)定，對(duì)膏泥巖地層具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，抗石膏侵、鹽侵能力強(qiáng)，有效抑制了軟泥巖的分散造漿，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)處理簡(jiǎn)單，開(kāi)泵循環(huán)通暢，達(dá)到了安全快速鉆進(jìn)的目的。

2.2.1 良好的流變性

在AGCS-XX井的現(xiàn)場(chǎng)使用中，該體系表現(xiàn)出了良好的流變性和流動(dòng)性，如圖1、2所示。密度在2.20～2.30g /cm3的情況下，漏斗黏度始終能維持在45～60s之間；塑性黏度能維持在50mPa·s左右，但動(dòng)切力可以維持在5～14 Pa左右，而且六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀值分別維持在5～14和2～6，鉆井液切力低，初切力和終切力分別維持在2～7Pa和5～18Pa。鉆井液剪切稀釋性強(qiáng)，靜止3d后，開(kāi)泵，返出的鉆井液沒(méi)有因?yàn)殪o止時(shí)間長(zhǎng)而變稠，減少了起下鉆壓力激動(dòng)。

圖1 鉆井液鉆井時(shí)漏斗黏度及密度變化曲線(xiàn)

圖2 鉆井液鉆井時(shí)塑性黏度與動(dòng)切力變化曲線(xiàn)

2.2.2 抑制性強(qiáng)

該鉆井液體系使用復(fù)合鹽，大大降低鉆井液活度，抑制性進(jìn)一步提高。AGCS-XX井鹽膏層段不僅含有大量石膏，而且?jiàn)A有較多的灰色和褐色軟泥巖，造漿性強(qiáng)；該層段鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液性能基本無(wú)變化，返出巖屑基本保持著鉆頭切削下來(lái)的形狀，PDC鉆頭齒印清晰可見(jiàn)，棱角分明(圖 3)，說(shuō)明鉆井液有極強(qiáng)的抑制性，有效抑制了石膏及軟泥巖鉆屑在鉆井液中水化分散而造成鉆井液性能惡化。圖 4為返出的齒痕規(guī)則的鹽巖，由其形狀及齒痕可以看出，鹽巖形狀規(guī)則，齒痕明顯，鉆井液已經(jīng)達(dá)到飽和，其對(duì)鹽巖有較強(qiáng)的抑制性。

圖3 返出膏泥巖、膏巖保持鉆頭切削的齒痕

圖4 返出的鹽巖保持鉆頭切削齒痕

2.2.3 抗鹽、抗鈣、抗污染能力強(qiáng)

鉆井液在鉆遇鹽層之前，提前加至飽和，以抑制鹽巖的溶解導(dǎo)致井眼擴(kuò)大。鉆進(jìn)中Ca2+質(zhì)量濃度最高達(dá)2040mg/L，C1-質(zhì)量濃度最高達(dá)182000mg/L。將現(xiàn)場(chǎng)密度2.28g/cm3的井漿，分別加入Lower Fars層返出的石膏和劣質(zhì)泥巖，于60℃下測(cè)定其性能。由表1試驗(yàn)結(jié)果可以看出，該體系在石膏、劣質(zhì)泥巖污染后，鉆井液性能依然穩(wěn)定。該體系可以有效抑制泥巖、膏巖的水化分散引起的鉆井液性能失控，有利于鉆井液性能的維護(hù)和井壁的穩(wěn)定。

表1 HIBDRILL鉆井液抗污染能力評(píng)價(jià)

注：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動(dòng)切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀值；τi為初切力；τf為終切力；VAPI為API失水量。

2.2.4 懸浮攜砂性強(qiáng)

由于鉆井液密度高，加之高溫天氣，考慮到泥漿泵的負(fù)荷，AGCS-XX井在鉆進(jìn)過(guò)程中維持排量在2200～2400L/min，否則泵壓過(guò)高。但在低排量下鉆井液懸浮性依然很強(qiáng)，返砂效果很好。當(dāng)鉆井液在井下長(zhǎng)時(shí)間靜置時(shí)，仍然很均勻，井眼清洗效果明顯，無(wú)砂橋和砂床形成，起下鉆暢通，電測(cè)及下套管未發(fā)生遇阻現(xiàn)象，有效降低了起下鉆、下套管以及固井過(guò)程中井漏的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.5 熱穩(wěn)定性強(qiáng)

取現(xiàn)場(chǎng)密度2.28g/cm3的井漿，分別在常溫和水浴鍋里80℃溫度條件下，靜止1、3d時(shí)間，均未發(fā)生沉降現(xiàn)象，說(shuō)明具有較好的熱穩(wěn)定性。良好的穩(wěn)定性保證鉆井液在高密度下有良好的流態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間靜止井筒鉆井液無(wú)密度差，這大大減小了鹽膏層縮徑及井漏的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.6 井眼狀況良好

圖5 AGCS-XX井?12in鹽膏層井段井徑曲線(xiàn)

3 結(jié)論

1)高密度復(fù)合鹽水鉆井液體系具有優(yōu)良的流變性能，性能穩(wěn)定，抗污染能力強(qiáng)，維護(hù)處理簡(jiǎn)單，減少了鉆井液維護(hù)處理的時(shí)間，降低了鉆井液成本與鉆井工程的綜合成本。

2)高密度復(fù)合鹽水鉆井液能有效抑制鹽、石膏的溶解和泥頁(yè)巖水化分散、膨脹，并且有很強(qiáng)的抗鹽侵、抗膏侵、抗泥巖污染能力，可以使體系在鉆遇鹽膏層時(shí)保持其穩(wěn)定性能而安全鉆過(guò)，作業(yè)中維護(hù)簡(jiǎn)單，井壁穩(wěn)定，解決了大段泥巖、軟泥巖、石膏和鹽層等復(fù)雜地層的鉆進(jìn)問(wèn)題。

3)高密度復(fù)合鹽飽和鹽水鉆井液體系適合伊拉克Missan油田群的鉆井作業(yè)，成功應(yīng)用于Missan油田23口井，并取得100%成功率的應(yīng)用效果，說(shuō)明該鉆井液在復(fù)雜巖性鉆探方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為解決巨厚復(fù)雜鹽膏層鉆進(jìn)提供了一套有效的鉆井液技術(shù)手段。

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[編輯] 帥群

2016-09-10

陳強(qiáng)(1984-)，男，工程師，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究工作，chenqiang12@cosl.com.cn。

TE254

A

1673-1409(2017)15-0051-05

[引著格式]陳強(qiáng),雷志永.高密度復(fù)合鹽水鉆井液體系在伊拉克Missan油田鹽膏層中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(15):51～55.