F19井瀝青侵及相關井下復雜情況的處理

郭京華，夏柏如，趙增新，卜 海

(1.中國地質大學，北京 100083;2.中石化國際石油勘探開發有限公司，北京 100029)

F19井瀝青侵及相關井下復雜情況的處理

郭京華1，2，夏柏如1，趙增新2，卜 海1

(1.中國地質大學，北京 100083;2.中石化國際石油勘探開發有限公司，北京 100029)

F19井?212.7 mm井眼裸眼段長達2 445 m。與鄰井相比，地層壓力系統發生了明顯的變化，高壓瀝青、鹽水層與多個低壓薄弱層共存，鉆井液安全密度窗口窄。鉆井過程中先后發生了瀝青侵、井漏和鹽水侵等一系列井下復雜情況。稠油瀝青嚴重威脅著鉆井安全，破壞鉆井液流變性能，污染嚴重時鉆井液呈現膠凝狀，無法循環利用。在室內實驗的基礎上，應用混柴油鉆井液預防和處理稠油瀝青侵及問題;同時針對嚴重的井漏，優選出了橋塞堵漏和固結型堵漏2種堵漏漿配方。為保證尾管下到底，從鉆井液、懸掛工具、操作等多方面制訂了具體措施和應急預案。下尾管作業中，盡管多次出現阻卡和失返等異常情況，但由于措施和預案有針對性，可操作性強，最終成功實現尾管“坐底”，擠水泥固井。

瀝青侵;井漏;鹽水侵;井下復雜;處理措施

引言

F19井位于伊朗Y油田，是2011年施工的1口開發生產井，完鉆井深4 447 m。井身結構為四開:一開?444.5 mm井眼，?339.7 mm套管下至351m;二開?311.2 mm井眼，?244.5 mm套管下至1 541 m;三開?212.7 mm井眼，?177.8 mm尾管下深為1408～3986m;四開?149.2 mm井眼，?114.3 mm尾管下深在3 900～4 445 m之間。

F19井?212.7 mm井眼地層巖性以灰巖為主，個別層位存在砂巖或泥巖，鉆井施工中先后遇到了瀝青侵、井漏和鹽水侵問題，下?177.8 mm尾管時多次遇阻和返漿異常。針對這些井下復雜問題，依次進行了分析論述，詳細介紹了處理方法。

1 鉆井復雜情況簡述

與鄰井相比，F19井?212.7 mm井眼在多個層位出現了異常情況，如圖1所示，干瀝青層、稠油瀝青層、漏失層和鹽水層位于同一裸眼，干瀝青的蠕動會導致井眼縮徑，稠油瀝青會破壞鉆井液流變性能，甚至導致鉆井液膠凝，幾乎喪失流動性;漏失地層的存在，意味著鉆井液安全密度窗口窄，增加了處理瀝青侵和鹽水侵的難度;稠油瀝青會污染堵漏漿，并且在稠油瀝青地層也存在漏失通道，增加了堵漏工作難度。復雜的井眼狀況，給下?177.8 mm尾管工作提出了很高的要求，下尾管中途遇阻卡、鉆井液失返等異常情況發生的概率極高，如何將尾管下入預定深度，實施固井并有效封隔地層，將會對F19井的鉆井成功與否起到決定性的作用。

圖1 F19井?212.7mm井眼復雜狀況

2 技術難點

2.1 鉆井液安全密度窗口窄

F19井?212.7 mm井眼裸眼長達2 445 m，存在多個薄弱層，由于瀝青層和鹽水層壓力異常，提高鉆井液密度與防漏之間存在尖銳矛盾，鉆井液安全密度窗口窄。F19井幾次調整鉆井液密度，最高密度值比鄰井高出0.2～0.3 g/cm3(圖2)。

圖2 F19井與鄰井三開井段的鉆井液密度對比曲線

2.2 稠油瀝青破壞鉆井液流變性能

稠油瀝青成分復雜，黏度與溫度呈倒數或負指數關系［1－2］，黏溫關系見下式:

式中:η為表觀黏度，Pa·s，;m、n為常數;T為溫度，℃。

由(1)得出，稠油瀝青侵入井眼，在循環上升的過程中，隨著溫度的降低，黏度會急劇升高。另外，稠油瀝青進入鉆井液后，極性組分易吸附固相顆粒成膜、膠凝鉆井液，破壞其流變性能［3］。

2.3 稠油瀝青危害鉆井工程

稠油瀝青侵入的情況最早見于墨西哥灣深水鉆井，導致多口井填井側鉆。稠油瀝青對鉆井工程的危害主要有:污染鉆井液，造成鉆井液性能惡化;鉆井扭矩突變，頻繁跳鉆，鉆具容易損傷;堵塞井眼環空，起鉆易造成井眼抽汲，下鉆或開泵易憋漏地層，還會導致起下鉆具以及下套管遇阻卡;影響固井水泥環質量;黏附井下定向和測井儀器，造成測井儀器在井下阻卡;黏糊振動篩篩網，造成跑漿，降低固控設備處理能力［4－7］。

3 室內實驗

3.1 消除稠油瀝青污染鉆井液的處理方法

取井口返出的密度為1.35 g/cm3受污染的鉆井液，在室內分別用清水、磺化單寧堿液、柴油處理，然后再加重至密度1.70 g/cm3，測量處理后的流變性能。室內實驗發現，即使加入了乳化劑，污染漿用20%的水或單寧堿液稀釋后性能仍然很差，并且表面會有一層瀝青析出，再加入5%柴油后，流變性能好轉(表1)。

表1 稠油瀝青污染的處理方法對比結果

3.2 堵漏漿配方優選

要有效封堵漏失地層，除需要確定堵漏漿合理的粒徑級配進行架橋和充填漏失通道，還需要利用纖維材料和可變形材料形成的一層低滲透致密隔層，來提高地層承壓能力［8］。室內配制不同的堵漏漿，用API濾失量儀和高溫高壓濾失量儀測定濾失量，分別考察室溫、0.7 MPa壓力和120℃、3.5 MPa壓力下的濾餅厚度與強度，要求濾餅的厚度高，有韌性，強度大［9－11］，據此優選出堵漏漿配方。

(1)橋塞型堵漏漿配方。基漿+3%CaCO3－F+5%Fiber Lock+5%Oyster Shell+3.5%WalnutShell－F+3.5%Walnut－M+3.5%SDL。

(2)固結型堵漏漿配方。基漿+13%Fiber Lock+3%Walnut Shell－F+2%Oyster Shell+1% CaCO3－F+2%CaCO3－C+1%Check Loss+1% Cotton Seed Hull+1%SDL+4%HDL－3。

3.3 瀝青浸泡實驗

取井口返出的硬瀝青和稠油瀝青樣品，用柴油浸泡，觀察樣品在柴油中的軟化或稀釋擴散速度。結果顯示，稠油瀝青在柴油中能很快稀釋擴散，硬瀝青在柴油中軟化擴散的速度雖然明顯要慢些，但是24 h后，也會完全軟化，浸泡48 h后，2種瀝青在柴油中的殘渣幾乎無區別。

4 現場處理技術

4.1 瀝青侵的處理

處理瀝青侵經歷了2個階段。第1階段，井深為3 369～3 577 m，提高鉆井液密度，試圖依靠靜液柱壓力平衡地層壓力處理瀝青侵。第2階段，井深為3 577～3 986 m，采用乳化柴油鉆井液，柴油加量為3%～24%(體積比)，目的是降低稠油瀝青的污染作用，改善鉆井液的流變性能。

4.1.1 提高鉆井液密度

鉆至井深3 369 m，鉆井液性能突然惡化，入口性能:密度為1.38 g/cm3，漏斗黏度為57 s，出口性能:密度為1.12～1.20 g/cm3，漏斗黏度為100～120 s。逐步提高鉆井液密度至1.70 g/cm3。期間多次關井求取地層壓力，立管壓力始終為0，但是瀝青不間斷侵入井眼。鉆井液受稠油瀝青污染后，呈現凝膠狀，流變性能極差，振動篩處跑漿嚴重。換大孔徑篩布，由140目換成60目，鉆井液仍然無法過篩，只得排放掉，需要大量新漿補充循環量。從井深3 369 m鉆進至3 577 m，進尺208 m，共計排放污染鉆井液602 m3。

4.1.2 混柴油鉆井液的應用

井深3 577 m，開始轉換鉆井液，柴油初始加量為3%，保持鉆井液密度1.70 g/cm3。用新配制的柴油鉆井液將井眼內污染嚴重的鉆井液替出，恢復正常鉆進，出口性能:密度為1.70 g/cm3，漏斗黏度為55 s，中壓失水為2.8 mL，pH值為10.5。更換震動篩布，從60目換為140目，震動篩沒有跑漿現象。

混柴油鉆井液應用結果表明，加入柴油是破壞鉆井液中稠油瀝青凝膠結構的有效方法，在一定程度上保證鉆井液能夠循環利用。鉆進過程中，用柴油和水來維護鉆井液，流變性能有一個穩定周期，之后流變性能會急劇惡化，提高柴油含量，流變性能進入到下一個穩定周期。用固相含量測定儀監測鉆井液中的含油量(包括柴油和地層侵入的油相)，現場應用發現，當含油量達到24%時，鉆井液流變性能若再次惡化，依靠提高柴油加量的處理辦法已經失效，必須用新漿置換部分井內老漿，降低鉆井液中稠油瀝青的含量，才能改善流變性能。

4.2 井漏與鹽水侵的處理

井深3 839.65 m，鉆進中發生井漏，漏失速度為34.8 m3/h。泵入橋塞型隨鉆堵漏漿，降低鉆井液密度至1.62～1.65 g/cm3，漏失情況明顯好轉，順利鉆至中完井深3 986 m。提高循環排量洗井，鉆井液進多返少，同時發現鉆井液濾液中氯離子濃度增加了10 000 mg/L，判斷發生鹽水侵，決定先堵漏，后全井提密度至1.70 g/cm3。

用橋塞型堵漏漿，先后對井深3 839.65 m和1 541～3 100 m漏失井段進行了4次堵漏，井眼承壓能力略有提高，提高鉆井液密度至1.70 g/cm3，低排量可以建立循環，用正常循環排量，鉆井液進多返少。堵漏作業過程中發現，關井憋壓后稠油瀝青的侵入量會增多，井口回壓越大，侵入量就越大，表明瀝青地層中有漏失通道，鉆井液對稠油瀝青有替換作用。

用固結型堵漏技術針對瀝青地層進行了堵漏，堵漏漿密度為1.70 g/cm3。具體做法是:下鉆至3 502 m，泵入堵漏漿22.4 m3，起鉆至2 407 m，開泵試循環，排量為1.42 m3/min時有輕微溢流，當循環排量增大到1.58 m3/min時發生漏失，鉆井液密度為1.66 g/cm3，計算循環當量密度為1.69 g/cm3。關井擠壓，累計擠入堵漏漿17.08 m3。侯凝12 h后，小排量循環，全井提高密度到1.72 g/cm3。分段下鉆到底，期間共計返出11 m3純稠油瀝青、14.4 m3鉆井液與稠油瀝青混合漿。循環觀察，排量為0.6 m3/min時返漿正常，高于此排量，漏失速度為8.36 m3/h。停泵觀察，井口液面穩定。

4.3 下尾管技術措施

F19井三開井眼尺寸沒有預留一層套管的空間，而主要目的層在四開?149.2 mm井眼，如果?177.8 mm尾管在瀝青層段阻卡，下不到預定深度，整個井眼就會報廢。雖然面臨井漏、環空堵塞的風險，但是只要尾管能夠下到井底，由于井深3 839.65 m處是一個漏失層，距離井底146 m，強行擠水泥作業后，水泥環高度可以有效分隔地層。為保證尾管下得去，實現“坐底”固井，制訂了如下技術措施。

(1)選用SSX－CFCS型封隔尾管懸掛器，該懸掛器具有注水泥后立即封隔尾管與套管環空的功能。入井前，去除懸掛器的卡瓦，增加環空間隙，降低環空堵塞的風險，也防止中途遇阻，大噸位活動尾管時提前坐掛。

(2)用超細碳酸鈣和隨鉆堵漏劑配制堵漏漿封閉3 500 m至井底段，尾管進入裸眼段后控制下放速度，降低激動壓力對漏失層的影響。若下尾管中途鉆井液失返，小排量開泵，嘗試頂通，如無法建立循環，繼續下尾管。

(3)全井提高鉆井液密度至1.73 g/cm3，預防硬瀝青層的蠕動縮徑。用新配制的含15%柴油的相同密度鉆井液封閉瀝青層及相鄰上部500 m井段，防止鉆井液受稠油瀝青污染后膠凝強度過高，也有利于軟化硬瀝青，防止尾管阻卡。配制40 m3含25%柴油的鉆井液待用，如果尾管在硬瀝青層段遇阻，泵入此鉆井液浸泡，軟化硬瀝青。

(4)中途遇阻，在懸掛器允許的工作噸位內上下活動尾管，嚴禁下壓噸位太大，卡死尾管。

根據以上措施，在井深3 500 m遇阻時間達到24 h，并先后經歷了3次井口返漿異常，甚至完全失返，最終將?177.8 mm尾管“坐底”，并采用“穿鞋戴帽”的方式固井，成功實現了封隔。

5 結論和建議

(1)長裸眼﹑高低壓同層，鉆井液安全密度窗口窄，是造成F19井?212.7 mm井眼井下復雜的主要原因，井眼尺寸小，沒有預留備用套管的空間，給處理工作提出了很高的要求。

(2)稠油瀝青能夠膠凝鉆井液，加入柴油，可以稀釋破壞膠凝結構，提高稠油瀝青容量限，改善流變性能，但柴油也會溶蝕稠油瀝青地層，導致鉆井液中稠油瀝青量持續上升，流變性能周期性變壞。建議加強研究，從改變表面性質方面著手，徹底消除稠油瀝青對鉆井液性能的污染。

(3)承壓堵漏作業導致井眼中稠油瀝青的量增加，顯示鉆井液與稠油瀝青發生了置換。建議加強地質研究工作，研究稠油瀝青地層的分布規律、壓力情況以及稠油瀝青侵入井眼的驅動因素等，指導鉆井生產。

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編輯 張耀星

TE249

A

1006－6535(2012)04－0134－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.04.034

20120130;改回日期:20120214

國家科技重大專項“中東中亞富油氣區復雜地層深井鉆完井技術”(2008ZX05031－004)

郭京華(1971－)，男，高級工程師，1996年畢業于石油大學(華東)應用化學專業，現為中國地質大學(北京)鉆井工程專業在讀博士研究生，從事國外石油鉆探技術研究與管理工作。