鹽227－4HF長裸眼長水平井鉆井液技術

李秀靈，郭 輝

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司，山東東營 257064)

鹽227單元位于東營北部陡坡帶陳家莊凸起南側，基底斷裂坡度較陡，沉積地層厚度大，砂礫巖體發育，含油面積1.5 km2，地質儲量270×104t。由于埋藏深，鉆井成本高，常規開發技術效益差，目前鹽227單元沙四4－5砂礫巖體處于探明未動用狀態。為提高本單元儲量動用程度，設計采用長水平段水平井進行開發。鹽227－4HF井是勝利油田在濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡構造帶鹽227井砂礫巖體較高部位長水平段水平井，為油田的一口重要的非常規開發井，目的層為沙四上純上亞段，儲層段砂礫巖體厚度較大，為低孔特低滲透儲層。該井完鉆井深為4 323 m，垂深為3 460 m，最大井斜為81°，水平段長為927.69 m。本文介紹了二開、三開鉆井液技術。

1 鉆井液技術難點

1)穩定井壁、防塌技術。由于二開井眼較大，缺失沙一段，沙河街地層較淺，沙二段僅10 m，沙三中以上地層長時間浸泡，易發生坍塌;三開裸眼段長2 089 m，其中直井段長550 m，主要為硬脆性泥頁巖［1－3］易出現坍塌性掉塊，對井壁造成破壞。沙三下和沙四上純上亞段泥頁巖微裂縫、層理發育極易發生坍塌掉塊，造成起下鉆阻卡、憋泵。該井水平位移大、水平段長，鉆進周期長，沙三段、沙四上上部砂泥互層易垮塌。因此防止井壁坍塌，維護井壁穩定是該井施工的關鍵。

2)潤滑減阻技術。該井斜井段和水平段垂深超過3 000 m，水平段實鉆密度與沙河街組地層壓力當量密度大于0.50 g/cm3，在此高壓差下，鉆井液易形成厚泥餅，加上裸眼段長，極易“托壓”，對鉆井液的潤滑性要求很高。長水平段起下鉆過程中的降摩減阻技術也是該井的難點。

3)井眼凈化技術。井眼大，鉆速快，鉆屑多，攜帶巖屑的難度較大;在大斜度井段和長水平段易形成巖屑床，井眼清潔難度大。

4)耐溫抗污染能力要求高。為提高鉆井速度，減輕對特低滲儲層的傷害，采用欠平衡鉆進，由于液柱壓力難以平衡地層壓力，地層水會污染鉆井液;井底溫度高達138℃，要求鉆井液具有良好抗溫性。

5)特低滲儲層的保護技術。該區塊目的層為特低滲儲層，注重油層保護［4－5］，嚴格控制鉆井液濾失量，減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發生堵塞和水鎖、水敏效應，降低鉆井液對儲層的傷害。

2 現場鉆井液技術

2.1 二開(201～2 302 m)

二開主要鉆遇明化鎮組、館陶組、東營組、沙三中上部地層，其中明化鎮組地層松軟，易發生坍塌卡鉆，東營組地層造漿嚴重，沙河街組缺失沙一段，地層較淺，采用聚合物防塌鉆井液體系，防止井壁坍塌，現場主要采取4項鉆井液技術。

1)控制鉆井液密度。鉆遇沙三中地層后，按照循環周期0.01～0.02 g/cm3的幅度均勻提高井漿密度:從 1.08 g/cm3升至 1.13，1.25，1.40 g/cm3，用 1.40 g/cm3的密度鉆至完鉆。使用固控設備，清除有害固相，控制鉆井液密度自然上升。

2)控制鉆井液流變性、提高封堵性，保證井眼清潔。以0.2%～0.4%PAM、1.5%～2.0%銨鹽復配控制鉆井液流變性。用天然高分子降濾失劑、抗高溫抗鹽降濾失劑、膠乳瀝青、磺酸鹽共聚物和超細碳酸鈣等處理劑，提高鉆井液的封堵防塌性，降低鉆井液濾失量，滿足二開大井眼中懸浮巖屑和清潔井眼的需要。由于本井缺失沙一段，沙二段僅10 m，因此，進入沙河街地層1 475 m前，迅速調整鉆井液性能，鉆井液密度保持在1.15～1.17 g/cm3，黏度保持在 40～55 s，API濾失量控制在5 mL以內。采用膠乳瀝青作為主要封堵劑，并配合使用超細碳酸鈣，封堵井壁，控制鉆井液API濾失量至4 mL以內，直至二開完鉆。

3)體系pH的調控。在鉆遇CO2前，將鉆井液pH控制在8.5～9.0，防止巖屑細分散。鉆遇CO2后，加入KOH，NaOH處理，控制pH在9.0～10.0。

4)固井前處理措施。完鉆后通過短起下鉆保證井眼暢通，充分循環鉆井液后封住下部裸眼段，保證電測及下套管作業順利。

2.2 三開(2 302～4 391 m)

2.2.1 三開直井段(2 302～2 850 m)

該直井段地層主要為硬脆性泥頁巖易出現坍塌性掉塊，對后期施工造成不利因素，是全井施工的重點。采取3項鉆井液技術，直井段采用聚合物膠束封堵防塌鉆井液體系。

1)穩定井壁技術。三開施工前將二開鉆井液在套管內進行預處理，開啟離心機清除劣質固相，土含量控制在60～80 g/L，黏度降至40 s，調整鉆井液性能。依據沙河街組地層的坍塌壓力、破裂壓力和地應力等預測數據和鄰井測試壓力系數確定合理的鉆井液密度，保持地層的力學穩定。加足鋁基聚合物、胺類抑制劑、超細碳酸鈣、膠乳瀝青等處理劑，提高鉆井液的抑制性、封堵性，減少鉆井液中自由水的侵入，通過對地層孔隙的填充和封堵，確保井壁穩定，使泥餅變得光滑、致密。加入部分油性材料，降低失水，嚴格控制濾失量，改善泥餅質量，穩定井壁。

2)防塌、防卡技術。由于三開裸眼段長2 089 m，根據地質預測，通過根據井下實際情況慢慢提高密度，達到支撐井壁的硬性標準。加足抑制劑，提高鉆井液中聚合物含量，增強鉆井液抑制黏土水化膨脹能力。各主要防塌材料按照三開強抑制防塌鉆井液體系補充至上限，慢慢加入超細CaCO3、膠乳瀝青等，并保持其含量達5.0%，改善泥餅質量，封堵泥頁巖裂縫，降低鉆井液高溫失水，進一步提高鉆井液的防塌能力。同時，該井段施工中為大段的泥頁巖，造漿嚴重，糊篩布，加入適量清水，保證泥漿中自由水含量。

3)井眼凈化技術。控制鉆井液黏度在45～55 s，API濾失量≤3.0 mL，高溫高壓濾失量≤12 mL，切力:(5～10)/(10～20)Pa，pH:8.0～8.5。保持鉆井液具有良好的流變性和攜帶巖屑能力，利用固控設備，控制含砂量≤0.3%。

2.2.2 三開斜井段(2 850～3 446 m)

隨著井斜的增大，鉆具受重力的作用，向下井壁整體傾斜，使得鉆具與井壁的摩阻、扭矩均較大。使如何改善泥餅質量，降低鉆柱與井壁間摩阻與扭矩，防止卡鉆事故發生顯得尤為重要。斜井段采取2項鉆井液技術。

1)潤滑減阻、防卡技術。在工程方面，保證定向軌跡平滑，避免狗腿肚的形成。通過固控設備和絮凝包被抑制劑，清除無用固相，調整控制鉆井液的流變性，在二開原漿基礎上，補充大量的護膠劑，充分保證泥漿的穩定性，降低失水，嚴格控制高溫高壓濾失量，改善泥餅質量。在造斜點前200 m，加入乳化劑、原油和固體潤滑劑，進入斜井段后，根據現場施工情況，定期混入原油，提高鉆井液潤滑性能。保證鉆井液在井壁形成薄韌、潤滑性良好的泥餅，為順利造斜創造條件，保證定向鉆進過程中較低的摩阻和復合鉆進過程中較小的扭矩。進行短起下鉆，下鉆到底后，充分循環鉆井液，起鉆前配制漏斗黏度為80 s的封井漿封井，保證動力鉆具能順利下入。

2)防塌、井眼凈化技術。由于該井的斜井段為沙三下和沙四上上部地層，因此控制井壁穩定，防止井壁坍塌是本井段施工成功的關鍵之一。斜井段定向鉆進期間，加足抑制、防塌材料，強化泥餅質量，使體系具有良好的潤滑性能和封堵能力，進一步降低失水。控制鉆井液黏度在50～60 s，密度在 1.20～ 1.25 g/cm3，FLAPI≤3.0 mL，FLHTHP≤10 mL，切力(5～10)Pa/(10～20)Pa，pH:8.0～8.5。使鉆井液在斜井段具有優良的流變性和合理的環空流型，清潔井眼，起下鉆正常，未發生巖屑床形成。

2.2.3 三開水平段(3 446～4 323 m)

該井段為目的層，位于沙四上純上亞段，水平位移長達927.69 m，使用聚合物膠束封堵防塌混油鉆井液。

1)穩定井壁、井眼清潔技術。隨著水平井水平段延長，鉆屑由沿直井的軸向下滑動改為沿斜井的徑向下滑動，鉆屑在下井壁形成巖屑床，巖屑床越厚，與鉆柱的接觸面積越大，從而造成一些復雜事故的發生。井眼清潔是關鍵。首先通過固控設備和絮凝包被抑制劑，清除無用固相。合理控制鉆井液的流變性能，既保證攜巖能力，又防止鉆屑黏附井壁。主要調整鉆井液的稠化系數K值、φ3 讀數，使 K 值控制在 0.5～0.8 Pa·sn，φ3，φ6讀數不能太低，初切力大于2 Pa。制定合理排量，盡量保證鉆井液的環空返速，定期短起下，破壞巖屑床。增加旋轉鉆進時間，減少滑動鉆進時間。同時，本井為大位移水平井，長水平段鉆進周期長，砂礫巖鉆時較慢，沙三段、沙四上上部砂泥互層易垮塌，鉆井液性能調整以維護為主，以膠液的形式定期補充抗高溫降濾失劑、抑制劑、封堵防塌劑，避免大幅改變鉆井液性能導致上部泥頁巖地層垮塌，保證井壁穩定，防止發生井下復雜與事故。鉆入目的層井段后為確保施工安全，每次起鉆前要通過短起下，確定油氣上竄速度在安全范圍內，方可起鉆。電測前凈化井眼，配制潤滑封井漿封井，確保電測順利。

2)潤滑減阻防摩損技術。本井水平位移大、水平段長，鉆進過程中，施工摩阻升高、扭矩增大、脫壓嚴重。因此，需及時了解摩阻和扭矩等的變化情況，鉆井液中原油有效含量不低于12%，鉆進后期加入適量乳化劑使原油的潤滑效果達最佳，保證鉆井液具有良好的潤滑性能，泥餅摩擦系數不大于0.03。該地層磨損鉆頭、鉆具嚴重，必須加強固控設備使用率，定向后振動篩使用180目篩布并適當開啟離心機，嚴格控制鉆井液的含砂量及劣質固相。鉆進后期加入1%～2%固體潤滑劑降低摩阻和扭矩。根據井下情況及時進行短程起下鉆，以破壞巖屑床，清除井內巖屑，降低井眼中的巖屑濃度。

3)抗鹽抗溫技術。井底溫度高，儲層溫度達138℃，地層溫度梯度3.49℃/100 m，控制井漿中膨潤土含量，防止鉆井液高溫變性，定期以膠液的形式補充抗高溫降濾失劑SMP、抑制劑、封堵防塌劑等處理劑，控制 FLAPI≤3.0 mL，FLHTHP≤10 mL，避免大幅改變鉆井液性能導致上部泥頁巖地層垮塌，保證井壁穩定。

4)特低滲地層油層保護技術。該井目的層在沙四上純上亞段，為低孔特低滲透儲層，要注意油層保護。在進入儲層前200 m，加入不同粒徑的超細碳酸鈣、膠乳瀝青等封堵材料，在近形成屏蔽暫堵帶，以胺類抑制劑等處理劑確保濾液有足夠的抑制性，嚴格控制濾失量＜3 mL，含砂量＜0.1%，最大程度上減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發生堵塞和水鎖、水敏效應，最大限度降低鉆井液對儲層的傷害。

3 結論

1)井深超過4 000 m，井底溫度穩定接近或超過140℃時，需防止鉆井液高溫增稠或減稠，注意鉆井液流變性能的變化，及時調整至合適范圍，使鉆井液具有良好的流變性能和攜帶巖屑能力。

2)鉆遇長段泥頁巖地層，根據地質預測和井下實際情況，緩慢提高密度，結合力學支撐，達到穩定井壁穩定的效果。及時調整鉆井液性能，增強鉆井液抑制性和封堵性，降低鉆井液活度，嚴格控制濾失量，減少濾液侵入泥頁巖地層。

3)鉆遇水平位移大，水平段長的地層，及時了解摩阻和扭矩等數據的變化情況，保證鉆井液具有良好的潤滑性能。同時井眼清潔是關鍵，合理控制鉆井液的流變性能，既保證攜巖能力，又防止鉆屑黏附井壁。制定合理排量，盡量保證鉆井液的環空返速在合適范圍內，定期短起下，破壞巖屑床。增加旋轉鉆進時間，減少滑動鉆進時間。加強固控設備使用率，嚴格控制鉆井液的含砂量以及劣質固相。

4)鉆遇低滲、特低滲地層，要主要油層保護，嚴格格控制濾失量，含砂量，最大程度上減少濾液和固相顆粒侵入地層，防止細小孔喉發生堵塞和水鎖、水敏效應，最大限度降低鉆井液對儲層的傷害。

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