劉騰蛟,王英博,肖成才,王禹,尚旺濤,王振旺,馬杰

(1.天津市復(fù)雜條件鉆井液企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300280;2.中石油集團(tuán)渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司,天津 300280;3.大港油田勘探事業(yè)部,天津 300280;4.大港油田石油工程研究院,天津 300280)

千探1井是大港油田“重上千米橋”重大工程所部署的第一口重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井,鉆探目的是預(yù)探千米橋潛山板深4背斜奧陶系亮甲山組、寒武系府君山組含油氣情況,兼探奧陶系上馬家溝組油氣情況。該井完鉆井深6 165.77 m,垂深5 990 m,是千米橋潛山構(gòu)造帶最深井,完鉆井底溫度高達(dá)204 ℃,創(chuàng)大港油田井底最高溫度紀(jì)錄。千探1井下部地層地溫梯度高,三開(kāi)地層易塌、易漏,四開(kāi)地層高含H2S,新勘探地層巖性未知,在滿(mǎn)足井下安全要求的前提下需要兼顧儲(chǔ)層保護(hù)。為解決這些問(wèn)題,通過(guò)優(yōu)選抗溫鉆井液體系,提高鉆井液抗溫封堵能力,優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù),圓滿(mǎn)完成了該井的施工任務(wù),為大港油田深層潛山勘探提供了技術(shù)支撐[1]。

1 工程和地質(zhì)概況

千探1井為四開(kāi)制井身結(jié)構(gòu),最大井斜28.32°。一開(kāi)采用766.4 mm鉆頭鉆至507 m,下入508 mm表層套管;二開(kāi)使用444.5 mm鉆頭鉆至2 280 m,下入339.7 mm套管;三開(kāi)采用311.1 mm鉆頭鉆至4 756 m,下入244.5 mm套管;四開(kāi)使用215.9 mm鉆頭鉆穿青白口系至6 070 m,下入139.7 mm尾管固井。該井自上而下鉆遇地層為平原組(0～480 m)、明化鎮(zhèn)組(480～1 553 m)、館陶組(1 553～1 940 m)、東營(yíng)組(1 940～2 225 m)、沙河街組(2 225～4 085 m)、中生界白堊系(4 085～4 540 m)、奧陶系(4 540～5 070 m)、寒武系(5 070～5 950 m)和青白口系(5 950～5 990 m)。其中沙河街組地層為深灰色泥巖、灰色細(xì)砂巖;中生界白堊系巖性主要灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r及棕紅色泥巖;奧陶系主要是灰?guī)r、白云巖及泥巖;寒武系主要是深灰色含泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰褐色竹葉狀灰?guī)r和紅色泥巖;青白口系以褐灰色白云質(zhì)灰?guī)r、褐灰色灰質(zhì)白云巖為主。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

1)三開(kāi)沙河街組地層泥巖發(fā)育,井壁穩(wěn)定性差,多口鄰井在此井段鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生井壁坍塌、卡鉆等事故復(fù)雜[2]。

2)三開(kāi)沙河街組地層灰色細(xì)砂巖發(fā)育,易發(fā)生滲透性漏失;奧陶系地層局部裂縫發(fā)育,井漏風(fēng)險(xiǎn)大。該區(qū)塊前期施工完成的22口井中,共10口井在沙河街組、奧陶系兩層位發(fā)生了漏失。

3)四開(kāi)井段儲(chǔ)層含氣量大,H2S含量高,密度窗口窄,易發(fā)生氣侵、溢流等復(fù)雜,對(duì)鉆井液的抗污染能力要求較高。

4)四開(kāi)地層預(yù)測(cè)巖性為灰?guī)r,但下部寒武系為新勘探地層,無(wú)相鄰井地質(zhì)資料參照,實(shí)際巖性未知。如果鉆遇泥質(zhì)含量較高的灰?guī)r層或泥巖段,存在較大井壁坍塌風(fēng)險(xiǎn),原設(shè)計(jì)的無(wú)土相鹽水鉆井液體系無(wú)法滿(mǎn)足井下需要。

5)千米橋地區(qū)地溫梯度高。分析鄰井測(cè)溫情況,沙河街組地層溫度在109～127 ℃,奧陶系地層溫度在152～176 ℃,平均地溫梯度為3.43 ℃/100 m,預(yù)測(cè)井底溫度高于200 ℃,呈現(xiàn)異常高溫特點(diǎn),需要鉆井液體系在下部井段具有較好的抗溫能力。

2.2 鉆井液技術(shù)對(duì)策

1)優(yōu)選處理劑提高體系抑制、封堵性能。針對(duì)地層特點(diǎn)通過(guò)復(fù)配封堵材料提高鉆井液封堵能力,使用聚合醇、無(wú)機(jī)鹽復(fù)配提高體系抑制性能,減少地層水化[3]。

2)易漏地層施工中,通過(guò)提前加入各類(lèi)封堵材料提高地層承壓能力,預(yù)防井漏發(fā)生;發(fā)生漏失后,根據(jù)漏速確定堵漏配方和施工措施,降低漏失損失。

3)四開(kāi)井段施工過(guò)程中,保證體系高pH值,配合除硫劑,減少H2S污染對(duì)鉆井液性能的破壞。

4)四開(kāi)井段設(shè)計(jì)為無(wú)固相鹽水鉆井液體系,當(dāng)性能無(wú)法滿(mǎn)足需要時(shí),在其基礎(chǔ)上提高抗溫降濾失劑BZ-KLS-II、BZ-KLS-Ⅲ濃度,直接加入BZ-YFT、BZ-YRH和納米封堵劑轉(zhuǎn)換為具有更強(qiáng)防塌能力的抗高溫?zé)o固相鉆井液體系,該體系配方中無(wú)膨潤(rùn)土、無(wú)固相、無(wú)分散性處理劑,使用無(wú)機(jī)鹽加重,能夠盡可能降低有害固相顆粒堵塞對(duì)目的層傷害,同時(shí)滿(mǎn)足井下安全需要[4]。

5)優(yōu)選抗溫處理劑。根據(jù)不同井段、不同井底溫度,使用能夠滿(mǎn)足井下需要的抗高溫處理劑。

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

結(jié)合千探1井的井深結(jié)構(gòu)、地質(zhì)特點(diǎn)、儲(chǔ)層保護(hù)及渤海灣地區(qū)對(duì)鉆井液環(huán)保性能的要求,該井一開(kāi)采用膨潤(rùn)土體系鉆進(jìn),二開(kāi)應(yīng)用聚合物鉆井液,三開(kāi)易塌地層采用BH-KSM鉀鹽聚合物體系鉆進(jìn),四開(kāi)選擇無(wú)固相鹽水體系,同時(shí)能夠根據(jù)地層實(shí)鉆情況轉(zhuǎn)為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系[5]。

3.1 三開(kāi)井段BH-KSM鉆井液

三開(kāi)井段主要鉆遇泥頁(yè)巖,預(yù)測(cè)開(kāi)次井底最高溫度150 ℃,存在井壁垮塌、卡鉆、漏失等潛在風(fēng)險(xiǎn),要求鉆井液具備良好的抑制防塌、潤(rùn)滑及封堵等功能[6]。三開(kāi)井段采用BH-KSM鉀鹽聚合物鉆井液,在其強(qiáng)抑制性、強(qiáng)抗溫性的基礎(chǔ)上,通過(guò)引入植物纖維類(lèi)封堵劑BZ-DFT,配合復(fù)合碳酸鈣,提高體系廣譜封堵能力,滿(mǎn)足三開(kāi)井段對(duì)鉆井液強(qiáng)封堵、低滲漏的技術(shù)要求?；九浞饺缦?(2%～4%)膨潤(rùn)土漿+(5%～7%)KCl+(0.3%～0.5%)包被劑BZ-BYJ-I+(1.5%～2.5%)抗鹽降濾失劑BZ-KLS-I+(0%～1%)抗溫降濾失劑BZ-KLS-II+(2%～3%)無(wú)熒光防塌劑BZ-YFT+(1.5%～2.5%)抑制潤(rùn)滑劑BZ-YRH+(0.2%～0.3%)提切劑BZ-HXC+(0.8%～2.0%)鉆井液用封堵植物纖維BZ-DFT+(1%～2%)液體潤(rùn)滑劑BZ-RH-1+復(fù)合細(xì)目鈣+片堿+重晶石。

按上述配方配置好鉆井液,在150 ℃下熱滾16 h后,測(cè)其流變性、API濾失量和150 ℃高溫高壓濾失量,結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出,該體系在150 ℃溫度滾動(dòng)后性能穩(wěn)定,流變性良好,濾失量較低,能夠滿(mǎn)足三開(kāi)井段需要。

表1 BH-KSM鉆井液抗溫性能評(píng)價(jià)

3.2 四開(kāi)井段無(wú)固相鉆井液體系

四開(kāi)井段預(yù)測(cè)為灰?guī)r地層,預(yù)計(jì)地層較為穩(wěn)定,不考慮濾失量等性能,設(shè)計(jì)采用無(wú)固相鹽水體系:清水+NaCl+(0.5%～1%)BZ-KLS-II+(0.5%～1%)抗溫降濾失劑BZ-KLS-Ⅲ+燒堿。該體系使用無(wú)機(jī)鹽加重,抗溫降濾失劑BZ-KLS-II、BZ-KLS-Ⅲ維持體系高溫穩(wěn)定性,具有抗高溫、無(wú)膨潤(rùn)土、無(wú)固相、低成本、機(jī)械鉆速高的優(yōu)點(diǎn),可以有效保護(hù)儲(chǔ)層。

在鉆遇泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r地層后能夠直接轉(zhuǎn)換為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系,配方為:水+KCl+NaCl+(3%～5%)BZ-KLS-Ⅱ+(3%～5%)BZ-KLS-Ⅲ+(2%～3%)無(wú)熒光防塌劑BZ-YFT+(2%～3%)抑制潤(rùn)滑劑BZ-YRH+(1%～2%)納米聚酯+(1%～2%)納米改性縮酮?？垢邷?zé)o固相鉆井液體系使用的抗高溫磺酸鹽共聚物降濾失劑BZ-KLS-Ⅱ、BZ-KLS-Ⅲ具有較好的抗溫、抗鹽能力,聚合物在鹽水中能夠維持較高的液相黏度,在高溫條件下可以降低鉆井液濾失量[7-8];納米聚酯、納米改性縮酮中的吸附基團(tuán)能夠吸附在泥頁(yè)巖表面,封堵地層微孔隙、微裂縫,配合無(wú)熒光防塌劑BZ-YFT配合使體系在無(wú)土相的條件下仍具有較好的廣譜封堵能力,聚合醇類(lèi)處理劑BZ-YRH提高了體系的抑制和潤(rùn)滑能力,使體系能夠滿(mǎn)足高溫下泥巖地層的施工要求[4,9]。

取現(xiàn)場(chǎng)無(wú)固相鹽水鉆井液井漿,密度為1.12 g/cm3,在11 000 r/min高攪條件下,按照轉(zhuǎn)型配方加入處理劑并提高密度至1.17 g/cm3,轉(zhuǎn)型為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系,200 ℃進(jìn)行老化16 h,測(cè)其性能,結(jié)果見(jiàn)表2,從表2中可以看出轉(zhuǎn)為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系后,鉆井液流變性、濾失性能良好,抗溫能夠達(dá)到200 ℃,滿(mǎn)足井下高溫環(huán)境施工要求。

表2 四開(kāi)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 三開(kāi)井段鉆井液技術(shù)

本井段(2 280～4 756 m)采用BS-KSM鉆井液體系,鉆遇地層為沙河街組、白堊系和奧陶系,重點(diǎn)維護(hù)措施如下:

1)配漿。開(kāi)鉆前測(cè)量二開(kāi)井漿性能,做到合理留存,配漿搬含控制在20～30 g/L,并在配漿前進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證配方。開(kāi)次開(kāi)鉆前按照小型試驗(yàn)配方配制好滿(mǎn)足三開(kāi)性能要求的BH-KSM鉆井液,新配鉆井液性能:黏度48 s,密度1.31 g/cm3,pH值10,搬含21.38 g/L,固相含量13%,API失水3.2 mL。使用單罐循環(huán)鉆塞,鉆完塞后放掉二開(kāi)老漿,替入新配鉆井液。

2)性能維護(hù)。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意維持鉆井液性能穩(wěn)定,監(jiān)測(cè)好鉀離子含量,確保其含量不低于5%,三開(kāi)上部地層降濾失材劑主要使用BZ-KLS-I,保證濾失量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。鉆進(jìn)過(guò)程中,調(diào)整好鉆井液流變性,減小鉆井液對(duì)井壁的水力沖蝕,保證封堵劑加量,提高井壁穩(wěn)定性。鉆至4 000 m后,隨著井底溫度上升,鉆井液由于搬土含量偏高,體系抗溫能力有限,逐漸出現(xiàn)了黏度上升,濾失量變大的現(xiàn)象。為控制高溫影響,提高膠液中抗高溫降濾失劑BZ-KLS-II加量,并用新漿置換部分鉆井液降低體系搬含,以控制鉆井液流變性。在4 500 m后全井加入1%BZ-KLS-Ⅱ,體系黏度上升,高溫高壓濾失量降至12 mL以?xún)?nèi),以滿(mǎn)足井壁穩(wěn)定需要。鉆至三開(kāi)中完完鉆,鉆井液性能穩(wěn)定,抗溫良好,中完井底溫度143 ℃,鉆井液圓滿(mǎn)地完成了井眼清潔、井壁穩(wěn)定的任務(wù),性能見(jiàn)表3。

表3 三開(kāi)井段鉆井液性能

3)防漏堵漏措施。在沙河街組上部井段鉆進(jìn)時(shí),易發(fā)生滲透性漏失,泥漿消耗量較大,鉆井液中應(yīng)提前加足纖維類(lèi)封堵劑BZ-DFT配合復(fù)合碳酸鈣以提高封堵性能,防止井下漏失。本井在3 100 m時(shí)發(fā)生滲漏,漏失速度1.3 m3/h,因漏速較低,本井采用隨鉆過(guò)堵漏段塞工藝降低鉆井液消耗量,在每班次過(guò)15 m3段塞兩次,配方為:井漿+3%隨鉆堵漏劑BZ-DSA+3%單封。鉆至3 500 m時(shí)漏速降低至0.6 m3/h,鉆至沙河街底部漏失停止。

4)中完措施。針對(duì)沙河街組硬脆性泥巖易掉塊垮塌,采取鉆具下鉆通井至沙河街組底部后,循環(huán)鉆井液清除掉塊后繼續(xù)下鉆通井的措施。針對(duì)裸眼段泥漿量大、白堊系井眼穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn),在封閉漿中加入塑料小球、BZ-KLS-Ⅱ、BZ-YRH、BZ-YFT,分段封閉沙河街組、奧陶系關(guān)鍵井段,2趟電測(cè)、下套管均順利無(wú)阻卡。

4.2 四開(kāi)井段鉆井液技術(shù)

本井段鉆遇奧陶系、寒武系和青白口系,上部地層較為穩(wěn)定,采用無(wú)固相鹽水體系,鉆至5 520 m后鉆遇大段泥巖,體系轉(zhuǎn)為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系,重點(diǎn)維護(hù)措施如下:

1)無(wú)固相鹽水鉆井液維護(hù)。鉆塞后替入無(wú)固相鹽水鉆井液,新配漿密度1.12 g/cm3,黏度30 s,pH值為10。鉆進(jìn)期間,固控設(shè)備全開(kāi),盡可能降低有害固相含量,按配漿配方補(bǔ)充泥漿量,使用無(wú)機(jī)鹽加重,維持密度1.10～1.12 g/cm3,黏度30～35 s,pH值大于9.5,每鉆進(jìn)50 m,使用BZ-KLS-Ⅱ和BZ-KLS-Ⅲ配置黏度為60～70 s稠塞10 m3,清掃井眼。該井段巖性多為灰?guī)r和白云巖,井眼穩(wěn)定,無(wú)需考慮失水等性能,鉆時(shí)慢、巖屑不水化且直徑小,通過(guò)稠塞清掃井眼,即可將巖屑帶出,滿(mǎn)足井眼凈化的要求。

2)體系轉(zhuǎn)化:鉆至5 500 m時(shí),在寒武系張夏組鉆遇大段紫色泥巖,并產(chǎn)生剝落掉片,為防止泥巖垮塌,造成井下復(fù)雜,在5 520 m將密度提至1.17 g/cm3,并將泥漿體系為無(wú)固相抗高溫鉆井液體系,提前做好小型試驗(yàn)后按照配方進(jìn)行體系轉(zhuǎn)型。轉(zhuǎn)型過(guò)程中按循環(huán)周向井漿加入處理劑,加入抗高溫降濾失劑過(guò)程中注意控制加料速度,防止鉆井液粘切上漲過(guò)高。

3)抗高溫?zé)o固相鉆井液維護(hù)。鉆進(jìn)期間按配方配置鉆井液補(bǔ)充消耗,通過(guò)調(diào)整BZ-KLS-Ⅱ和BZ-KLS-Ⅲ的加量來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的粘切,提高其抗溫穩(wěn)定性,當(dāng)高溫高壓濾失量難以控制時(shí),應(yīng)提高納米聚酯、納米改性縮酮的加量,增強(qiáng)體系封堵性能。新配漿中提前加入1%除硫劑,嚴(yán)格監(jiān)測(cè)H2S含量及鉆井液pH值,防止發(fā)生H2S侵導(dǎo)致性能惡化。四開(kāi)體系轉(zhuǎn)化后,鉆井液性能穩(wěn)定,抗溫性能良好,井壁穩(wěn)定,無(wú)坍塌掉塊現(xiàn)象發(fā)生,四開(kāi)全井段鉆井液性能見(jiàn)表4。

表4 四開(kāi)井段鉆井液性能

4)硫化氫污染處理。完井作業(yè)期間,第一次起下鉆到底循環(huán)時(shí),伴隨油氣后效出現(xiàn)了硫化氫污染泥漿現(xiàn)象。關(guān)井節(jié)流循環(huán)中,錄井脫氣器測(cè)得最高260×10-6,便攜式氣體檢測(cè)儀測(cè)得最高57×10-6,漿密度最低降至1.02 g/cm3,pH值降至8.5。開(kāi)始出現(xiàn)硫化氫氣體后,液氣分離器排氣并持續(xù)點(diǎn)火,使分離出的硫化氫氣體燃燒。在節(jié)流循環(huán)后,根據(jù)預(yù)估算出受污染的泥漿量,第一時(shí)間在振動(dòng)篩處按循環(huán)周加入0.5%片堿,將井漿pH值逐漸提至11,在混合漏斗處加入1%堿式碳酸鋅,防止鉆井液第二次循環(huán)到出口時(shí),仍存在硫化氫污染,處理后鉆井液循環(huán)一循環(huán)周,性能恢復(fù)正常。

5)完井措施。四開(kāi)完鉆后進(jìn)行短起下,充分循環(huán)后鉆井液至振動(dòng)篩無(wú)返砂,電測(cè)、打尾管前配置打入封閉漿,封閉5 400～6 070 m井段后起鉆,封閉漿主要以封堵劑BZ-YFT和抗高溫降濾失劑為主,并加入2%堿式碳酸鋅以提高其抗硫化氫污染能力,完井期間共電測(cè)兩次,電纜下井9趟,均未出現(xiàn)異常,封閉漿性能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)期抗溫穩(wěn)定性要求(性能見(jiàn)表5),并最終下入尾管完成固井。電測(cè)結(jié)束后下鉆通井,重新封閉井底,順利下入尾管,完成固井。

表5 四開(kāi)封閉漿抗溫穩(wěn)定性

4.3 應(yīng)用效果

千探1井三開(kāi)井段采用的BH-KSM鉆井液體系,在應(yīng)用過(guò)程中性能良好,井壁穩(wěn)定效果強(qiáng),防漏堵漏措施完善,未發(fā)生惡性漏失,順利鉆穿三開(kāi)地層。四開(kāi)上部井段采用的無(wú)固相鹽水鉆井液體系及其配套鉆井液施工措施能夠滿(mǎn)足灰?guī)r地層的施工要求,鉆遇泥巖后轉(zhuǎn)型為抗高溫?zé)o固相鉆井液體系,體系在高溫環(huán)境下性能穩(wěn)定,返出巖屑均勻、無(wú)掉塊,實(shí)現(xiàn)了四開(kāi)井段的安全快速鉆進(jìn)(圖1)。千探1井鉆井周期104 d,全井段無(wú)事故發(fā)生,四開(kāi)井段平均機(jī)械鉆速5.59 m/h,井徑擴(kuò)大率6.59%,井壁穩(wěn)定效果好,創(chuàng)造了大港油田井底溫度最高、6 000 m以上完成井鉆井周期最短、千米橋潛山構(gòu)造帶井深最深,潛山井段機(jī)速最高等紀(jì)錄。

圖1 千探1井四開(kāi)井段巖屑

5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

1)千探1井三開(kāi)井段使用的BH-KSM體系抗溫性能良好,防塌能力強(qiáng),能夠保證沙河街組地層穩(wěn)定性,配合合理的防漏堵漏措施,實(shí)現(xiàn)了三開(kāi)井段的安全鉆進(jìn)。

2)千探1井四開(kāi)井段使用的無(wú)固相鹽水鉆井液配置簡(jiǎn)單,成本低,儲(chǔ)層保護(hù)能力強(qiáng),以其為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)型的抗高溫?zé)o固相鉆井液,抗溫能力強(qiáng)、封堵性好,能夠兼顧高溫井段儲(chǔ)層保護(hù)和井壁穩(wěn)定的技術(shù)需求。

3)千探1井下部地層使用的三套鉆井液體系能夠滿(mǎn)足所在區(qū)塊不同井段的鉆井液安全、快速施工要求,通過(guò)優(yōu)選鉆井液體系,優(yōu)化配套施工措施,千探1井提速效果明顯,圓滿(mǎn)完成了大港油田深層潛山油氣藏的勘探任務(wù),為其規(guī)?；_(kāi)發(fā)提供了借鑒。