鈣基聚磺鉆井液在南頁1井的應用

譚曉峰，陳遠樹，任艷增，張錦

（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

南頁1井是四川盆地川東南構造帶南川斷鼻上實施的第一口頁巖氣預探井，位于重慶市南川區石墻鎮西南方約3.3 km處，設計井深4050 m，實際完鉆井深是4465 m，目的層是下志留統龍馬溪組-上奧陶統五峰組。本井自二開580 m開始使用聚合物防塌鉆井液體系，三開使用鈣基聚磺鉆井液體系完成該井的鉆探任務，共歷時6個月。在目的層首次發現了良好的氣體顯示,并且通過電測顯示實施的井段井徑規則。體現出鈣基聚磺鉆井液體系體系的強抑制性和良好的保護油氣層效果。

南頁1井是一口三開直井，其實際鉆井井身結構為：

導管：Φ660.4 mm ×20 m+Φ508 mm ×19 m；一開：Φ444.5 mm ×435 m+Φ339.7 mm ×435 m；二開：Φ311.1 mm ×2612 m+Φ244.5 mm ×2610 m；三開：Φ 215.9 mm×4465 m。

1 南頁1井鉆井液重點、難點技術措施

1.1 氣體-液體轉換技術措施

氣體鉆井結束后，使用全油基前置液注入井內潤濕干燥的井壁，改變地層親水性，防止替入常規鉆井液后，產生的濾液與地層中的泥巖作用，從而發生分散、剝落，引起井壁失穩問題。

1.1.1 全油基前置液作用機理

該前置液在氣液轉換前注入井內，改變井壁界面為親油特性，為井壁涂上一層保護膜，防止替入常規鉆井液后產生的濾液與地層中的泥頁巖發生水化作用，從而導致井壁失穩。

1.1.2 前置液的基本配方

50%潤濕反轉劑+43%柴油+5%瀝青類封堵劑+2%復合堵漏劑。

1.1.3 氣液轉換鉆井液施工工藝

a)地面配置：在地面按配方配置好轉換鉆井液。前置液需要提前配制，數量為30方。

b)氣液轉換方式采用旋轉噴淋法：上提鉆具至上層套管內，使用原鉆具低排量噴淋前置液，靜停約半小時，讓前置液粘糊在井壁作用；然后以排量30～35 L/s跟注鉆井液至井口。

1.2 井壁失穩的預防和處理

1.2.1 控制適當的鉆井液密度一方面提供有效應力支撐井壁，另一方面有助于快速形成薄泥餅。

1.2.2 嚴格控制鉆井液API失水小于4mL，；同時，加足防塌抑制劑、封堵類材料，滿足對泥巖的有效抑制和封堵增強鉆井液護壁能。

1.2.3 如出現井塌，使用重稠漿舉砂，將井內坍塌塌塊及時帶出。

1.3 防漏堵漏措施

1.3.1 進入漏層前鉆井液密度盡量走下限，降低壓差。同時，在鉆井液中加入單向壓力封閉劑提高地層承壓能力的目的。

1.3.2 如發生微漏時可以采用井漿+隨鉆堵漏劑進行堵漏。

1.3.3 如發生失返性漏失，采用靜止堵漏的方法堵漏。基本配方：井漿+1%細目鈣+2%單向壓力封閉劑+5%復合堵漏劑。

1.4 硫化氫的預防和處理

1.4.1 適當提高鉆井液密度，平衡地層壓力；提高鉆井液pH值至10～11。

1.4.2 在原井漿中加入除硫劑：井漿+2～3%堿式碳酸鋅。

1.5 地層出水的預防和處理

一旦發現地層水污染，采用“一壓、二堵、三放”處理原則進行處理；首先提高鉆井液密度壓死地層水，防止水污染鉆井液。加入封堵劑進行堵水防止水進入。如果大量地層水侵污鉆井液，根據侵污程度適當排放，并加入適量處理劑進行處理。

2 南頁1井鉆井液現場施工工藝

2.1 導管：0.00～20.00，鉆頭尺寸：Φ660.4mm。

采用預水化膨潤土鉆井液稀釋后鉆進。然后下入導管。

2.2 一開（20 m-435 m、空氣鉆進/霧化鉆進）鉆頭尺寸：444.5 mm。

本井一開依據設計采用空氣鉆鉆進。至井深77.70 m開始出水，至井深285.00 m出水量升至70 m3/h。由于地層出水量逐漸增大無法使用空氣鉆井，后將空氣鉆井改為清水充氣鉆井。鉆完一開進尺后，順利下入表層套管。

2.3 二開435 m～2612 m空氣鉆進/霧化鉆進。聚合物防塌鉆井液體系，鉆頭尺寸：Φ311.1 mm。

二開技術難點：所鉆層位存在石膏層、煤層等，難點是鈣侵和煤層的井壁穩定問題。

二開仍采取空氣鉆鉆進。由于鉆遇多個水、漏同層。且常規堵漏方式無法滿足井下情況,采用了6次水泥封堵的方式進行堵漏，至580 m扔無法滿足要求，為滿足井下安全轉換聚合物防塌鉆井液體系。其鉆井液體系配方為：生產水+4%～5%膨潤土+0.1%～0.3%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.1%～0.2%HV-PAC+1%～2%LVCMC+1%～2%環保降濾失劑+2%～3%HF-KYG+2%單向壓力封閉劑+2%～3%鉆井液用防塌劑HFT-201+CaO水溶液。

鉆井液維護與處理：（1）二開上部井段為空氣鉆鉆進，轉換鉆井液前井內掉塊較多，上提下放遇阻，扭矩不穩。考慮井壁沒有泥餅有較大的井壁失穩和漏失風險，因此采用前置液+鉆井液的方式轉換。并嚴格控制循環井漿的中壓濾失量在3 mL以下，有效保證了井壁的穩定性。（2）鑒于上部已經形成的大肚子井眼，氣液轉換后鉆井液性能進行了提高粘切補充搬土含量的調整使鉆井液具有良好的造壁性，保證了井下安全。（3）根據現場鉆井液助劑消耗和鉆井液性能情況進行日常維護。日常維護以膠液形式完成。保證體系中包被劑含量在0.2%以上，防塌劑含量在2%以上。（4）充分利用鉆井液四級固控設備，及時清除鉆井液無用固相。同時在鉆井液中加入CaO以保持鉆井液的清潔度，來達到對鉆井液粘切的控制。（5）為避免地層酸性氣體侵入，對鉆井液進行了調整：一是提高循環井漿的密度由1.30 g/cm3調整至1.37 g/cm3；二是加入片堿提高鉆井液pH值到11；三是補充加入氧化鈣，除去碳酸根及碳酸氫根、降低鉆井液粘切。（6）二開完鉆井深2612 m。電測一次成功，平均井徑擴大率為1.82%。為確保下套管順利施工，大排量循環兩周起鉆下套管。套管順利下深2610.73 m。

2.4 三開2612 m～4465 m鈣基聚磺鉆井液體系鉆頭尺寸Φ215.9 mm。

三開技術難點：所鉆地層以硅質頁巖、碳質頁巖為主。因此，井壁穩定問題是重點。

三開使用鉆井液體系鈣基聚磺鉆井液體系。

其配制方案為：生產水+2%～3%膨潤土+0.1%～0.2%Na2CO3+0.1%～0.3%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+1%～2%LV-CMC+2%～3%SAS+2%～3%SMP-II+2%～3%SMC+2%～3%HFT-201+3%～4%HF-KYG+0.5%特種稀釋劑+CaO水溶液。

三開原設計井深為3980 m，更改設計井深為4050 m，實際完鉆井深4465 m。原計劃取芯進尺40 m實際為97.97 m，增加了57.97 m；完鉆井深由4050 m變為4465 m，加深415 m。

鉆井液維護與處理：（1）三開鉆井液在二開鉆井液基礎上直接轉換，因此，采取補充新膠液和氧化鈣的方式對二開鉆井液進行處理，使其性能達到密度1.35 g/cm3,漏斗粘度45 s，塑性粘度20 mPa.s，動切力5 Pa，初終切1/9 Pa，中壓失水3.3 mL。三開鉆進。（2）根據現場消耗和鉆井液性能對鉆井液進行日常維護，保證循環井漿中的各處理劑含量充足，滿足鉆井液的抑制性能、防塌性能要求。為避免鉆井液性能出現較大波動引起井下復雜情況產生，處理劑嚴格以膠液的形式細水長流按循環周進行補充。（3）三開井段泥巖段長，嚴格控制API濾失量在3mL左右，同時保證防塌劑及磺化瀝青含量充足，提高抑制性，保證泥巖井段穩定。同時，在循環井漿中不斷補充加入CaO以消除地層中酸性氣體影響，并且使粘土始終處于適度分散有利于鉆井液清潔。（4）在鉆進過程中根據鉆井液粘切情況使用稀釋劑，保證鉆井液粘切處于合理范圍；同時，加入1%～2%的潤滑劑保證鉆井液的潤滑性嚴格控制泥餅潤滑系數在0.06。（5）在完成第一次取芯后，鉆井液在起下鉆過程中出現粘切上漲現象。通過取樣檢測發現鉆井液中、HCO3-離子量分別達到1620 mg/L、7198 mg/L，為最大限度的消除、HCO3-對鉆井液性能的影響，定期按需加入了CaO水溶液和0.5%特種稀釋劑，同時提高鉆井液pH值至11，提高了鉆井液的抗污染能力，保證鉆井液性能的穩定。（6）本井三開完鉆井深4465 m，完鉆鉆井液密度1.56 g/cm3，完井電測前大排量循環，工程短起下鉆，探井底無阻卡顯示后起鉆電測。平均井徑擴大率為3.8%。

3 結論

通過鈣基聚磺鉆井液體系在南頁1井的使用，該體系具有以下特點：

3.1 鈣基聚磺鉆井液體系性能穩定，具有良好的流變性能，維護處理簡單；

3.2 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的抑制粘土分散和穩定井壁能力，能很好地解決長段泥巖和硬脆性泥頁巖的井壁穩定問題；

3.3 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的抗污染能力，南頁1井先后鉆遇石膏層、石膏線，酸性氣體層等特殊地層，鉆井液未產生較大波動；

3.4 鈣基聚磺鉆井液體系具有較好的保護儲層能力。鉆井液具有低固相、低分散、低濾失量等特性，最大程度的減少了鉆井液對儲層的損害。