裸眼水基鉆井液替換油基鉆井液技術

祝學飛，嚴福壽，舒義勇，孫良國，沈仁東

（川慶鉆探塔里木工程公司，新疆庫爾勒841000）

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裸眼水基鉆井液替換油基鉆井液技術

祝學飛，嚴福壽，舒義勇，孫良國，沈仁東

（川慶鉆探塔里木工程公司，新疆庫爾勒841000）

祝學飛等.裸眼水基鉆井液替換油基鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：56-59.

摘要塔里木油田庫車山前克深區塊“庫姆格列木群”層位巖性屬于復合鹽膏層，該鹽膏層具有壓力系數高、裸眼長、易塑性變形等特點，均用油基鉆井液鉆進。KS603井鉆遇該層位中途完鉆時發生井漏，為避免油基鉆井液在下套管過程中出現惡性井漏，采用欠飽和鹽水鉆井液替換油基鉆井液完成中完作業。施工過程中，在隔離漿中加入高堿比抗鹽鈣降黏劑堿液，利用堿液的稀釋特性與OH-離子對油基鉆井液中Ca2+的中和作用，使隔離漿始終保持較低黏切；因隔離漿中不能加入堵漏材料，在隔離漿之后的第一罐井漿中加入8%堵漏劑，提高井漿的防漏能力，避免替漿過程中發生井漏；為保證鹽膏層井壁穩定，替漿密度為2.39 g/cm3，嚴格控制鉆井液中的Cl-含量不小于1.8×105mg/L,避免鹽晶顆粒過多地溶入鉆井液中，同時使用鹽重結晶抑制劑NTA-2；下套管前進行承壓堵漏作業。鉆井液性能穩定，在中完作業過程中光鉆鋌、單扶、三扶、四扶通井、測鹽層蠕變靜止72 h后四扶通井、下套管、固井作業均一次性成功，井壁穩定、井下安全。

關鍵詞鹽膏層；井漏；欠飽和鹽水鉆井液；油基鉆井液；高密度鉆井液；克深區塊

KS603井2 520～3 680 m井段用油基鉆井液鉆進，鉆頭尺寸為φ431.8 mm，裸眼段長1158 m，井筒內容積多達570 m3，鉆遇層位“庫姆格列木群”，巖性為復合鹽膏層，在三扶通井起鉆過程中發生井漏，漏失密度為2.39 g/cm3的油基鉆井液188.3 m3。為避免油基鉆井液在下套管過程中出現惡性井漏而導致井下復雜與成本過高，采用欠飽和鹽水鉆井液替換油基鉆井液完成中途完鉆作業，而用欠飽和鹽水鉆井液在裸眼替換出油基鉆井液，目前沒有任何先例可以借鑒，替入欠飽和鹽水鉆井液之后的井下風險也不可預計。

1　技術難點與對應措施

1.1相溶性

油基鉆井液與水基鉆井液的組分差別較大，2者混合后由于相容性極差，形成果凍狀、絮凝狀混合物，在替漿過程中2者接觸面產生的高黏效應易引起泥漿泵高泵壓，甚至憋泵而出現復雜情況，在復合鹽膏層復雜井段更易出現卡鉆等事故。

傳統方法是使用2～3 m3油基鉆井液基液或柴油作為隔離液，但使用井次實際效果均不理想。分析油基鉆井液中影響水基鉆井液的主要組分為油相與鈣離子含量[4]，濾液中油相含量為35%～40%，Ca2+含量為6 000～7 000 mg/L，高濃度鈣離子對黏土顆粒雙電層破壞、絮凝引起黏土顆粒聚結形成粗分散，進一步引起欠飽和鹽水鉆井液性能惡化。通過配制低黏度、切力抗鈣隔離漿解決問題，隔離漿中加入高堿比抗鹽鈣降黏劑堿液，利用堿液的稀釋特性與堿液中的OH-離子中和油基鉆井液中的Ca2+，使隔離漿始終保持較低黏度、切力，避免替漿過程中出現泥漿泵高泵壓現象。該井整個替漿過程排量為15～35 L/s、泵壓在5～25 MPa范圍，耗時7.5 h，泵壓平穩，未出現任何泵壓異常。隔離漿與油基鉆井液相溶性實驗見表1。油基鉆井液為現場油基井漿。

表1　隔離漿與油基鉆井液相溶性實驗

由表1可知，隔離漿與油基鉆井液在1∶1、2∶1、1∶2的比例下，流變性與靜切力都在理想范圍內，Ca2+濃度均下降，能滿足泥漿泵泵入要求，滿足施工需要。

1.2井漏

該井前期油基鉆井液中途完鉆作業期間發生井漏，第1次采取橋漿靜止堵漏[1]，濃度為21%，堵漏配方為：6%核桃殼（細）+8%核桃殼（中粗）+ 3% SQD-98（細）+3%SQD-98（中粗）+1%鋸末；第二次采取橋漿靜止堵漏，濃度為26.5%，配方：1.5%核桃殼（粗）+6%核桃殼（細）+8%核桃殼（中粗） + 3% SQD-98（細）+3%SQD-98（中粗）+1%鋸末+ 4% KGD-4。為防止井下復雜與事故，2次堵漏都未進行承壓作業，在替漿作業過程中需解決井漏以及后期中途完鉆作業井漏問題。

在隔離漿中加入2%KGD-1，替漿過程中為防止漏失的發生，在隔離漿之后的第1罐井漿中加入纖維類堵漏材料（2%核桃殼（細）、2%SQD-98（細））與剛性堵漏材料（4%KGD-1），總濃度為8%，既能避免因堵漏劑加在隔離漿中產生高黏度、高切力導致高泵壓的現象，又提高了井漿的防漏能力，該次替漿未發生井漏。后期光鉆鋌、單扶、三扶、四扶通井、測鹽層蠕變靜止72 h后四扶通井均采用低濃度纖維類堵漏漿進行墊底封堵。下套管前進行承壓堵漏作業，堵漏配方為：2%核桃殼（細）+ 2%SQD-98（細）+2%SLD-1+2%KGD-1，總濃度為8%，憋壓5 MPa未漏，滿足下套管條件。

1.3井壁穩定

油基鉆井液主要組分為柴油等，該井油水比達到80∶20，自由水以W/O的形式存在，完全失去活性，鉆開新地層后，由于沒有自由水的存在，地層巖屑吸收不到自由水，所以井壁比較穩定。替入飽和鹽水鉆井液后，由于自由水比例的增加，地層巖性的極性親水特性，使井壁吸水性增強，瞬時失水增加，一是井壁巖性吸水引起水敏性井壁失穩，二是結晶鹽巖溶入井漿形成大肚子，鹽間泥巖失去支撐導致掉塊發生，膏巖吸水膨脹導致縮徑發生，最終導致井壁失穩，造成井下復雜[2]。

1.3.1確定合理的鉆井液密度[6]

從力學角度出發，在滿足井控和井壁穩定的前提下，應盡可能地控制較低的密度，鉆井液液柱壓力與地層壓力平衡是防塌技術中最簡單最有效的技術手段，將鉆井液密度嚴格控制在地層安全密度窗口內。該井鉆進期間密度為2.39 g/cm3，中途完鉆期間密度為2.41g/cm3時發生井漏，且在井深2 590 m、2 628 m處有高壓鹽水層，結合前期鉆進與堵漏情況，確定替漿密度為2.39 g/cm3。

1.3.2強化封堵

從水敏性角度出發，井壁穩定措施之一就是采用力學穩定劑，強化封堵防塌措施。有效控制鉆井液液柱壓力向地層深度傳遞，有效控制鉆井液的高溫高壓濾失量及濾餅的滲透率，加入剛性封堵性材料和可塑性變形材料以增強體系的封堵能力。維護過程中加入膠體瀝青類、乳化石蠟類封堵劑，對井壁進行封堵，同時配合膠液維護，嚴格控制API濾失量與高溫高壓濾失量。

1.4結晶鹽析出

復合鹽膏層中的氯化鈉以結晶鹽形式存在，替換為欠飽和鹽水鉆井液后，由于自由水的增加，在溫度差作用下，下部過飽和鉆井液在環空上返及地面流動過程中，出現鹽重結晶現象[3]，出現堵鉆頭水眼、井徑縮小、 扭矩增大、 憋停頂驅、 發生鹽卡等井下復雜或事故。引入鹽重結晶抑制劑NTA-2，它以金屬有機絡合物為主料，無機絡合物為輔料，經合成工藝制成，通過特定金屬離子的掩蔽作用，改變氯化鈉晶體的形狀，使其由立方體變為樹枝狀、雪花狀。溶入鉆井液后，選擇性地吸附在剛析出的鹽晶表面，使鹽晶體顆粒發生形變，阻止鹽晶顆粒繼續析出，從而降低鉆具摩阻、 鹽結晶卡鉆的可能，降低鉆井風險。加量范圍在0.2%～0.5%，過高則會影響鉆井液流變性。在40%飽和鹽水中加入0.5%NTA-2放置一定時間，觀察其結晶情況，實驗結果見圖1。

圖140%飽和鹽水引入NTA-2前后鉆井液的結晶情況

2　鉆井液配方及性能評價

2.1鉆井液配方

根據地層特性與飽和鹽水鉆井液特性，結合室內實驗，選擇為欠飽和鹽水鉆井液體系，配方如下。

水+1%膨潤土+1.5%NaOH+8%SMP-Ⅲ+3% SPNH+3%SMC+1%Redu1+8%KCl+25%NaCl+3%抗鹽鈣降黏劑+5%抗鹽極壓潤滑劑+2%膠體瀝青+2%乳化石蠟+0.5%NTA-2+重晶石

2.2熱穩定性

欠飽和鹽水鉆井液配制完畢，在10個循環罐中各取1份攪拌均勻后，在100 ℃下分別熱滾24、48、72 h進行熱穩定性實驗，結果見表2。由表2可知，鉆井液熱滾24、48、72 h后，塑性黏度值均上升，但上升趨勢不明顯，分析原因為受鉆井液中鹽含量的影響；動切力值、φ6、φ3、靜切力變化不明顯，濾失量沒有變化，說明鉆井液熱穩定性較好。

表2 鉆井液熱穩定性實驗

2.3抗石膏污染穩定性

在實際鉆井過程中，對鉆井液流變性影響最大的是復合鹽膏層中的石膏，因此對鉆井液抗石膏污染非常有必要，考慮該井處于中途完鉆作業，實驗加量最大值做到1%，實驗結果見表3。由表3可知，石膏加量在0.5%、1%時，熱滾前后塑性黏度、動切力、φ6、φ3、靜切力、濾失量變化不明顯，說明該鉆井液抗石膏污染能力較強。

表3 石膏對鉆井液污染實驗（100 ℃）

3　現場維護處理

1）流變性控制。堅持以預防為主、處理為輔的原則，鉆井液在滿足懸浮重晶石的前提下，盡可能保持低黏度、切力，利于流變性控制。一是控制合理的膨潤土含量（8～12 g/L）；二是所有處理劑配漿時一次性加足，維護時必須配成膠液均勻補充入井，對鉆井液充分護膠；三是黏度、切力升高時，使用低濃度SMP-Ⅲ、SPNH、SMC與高濃度抗鹽鈣降黏劑、NaOH復配維護，對鉆井液進行護膠+降黏處理[6]，及時降低鉆井液黏度切力在合理范圍。

2）鹽含量控制。要求Cl-含量不小于1.8×105mg/L[7]是高壓巨厚鹽膏層安全鉆進的保障。加入井漿的膠液Cl-濃度必須與井漿Cl-濃度等量，按配方加入8%KCl和25%NaCl，防止井下出現鹽溶失去支撐作用而導致非鹽膏地層垮塌掉塊。因高密度鉆井液中自由水含量少，嚴禁直接向井漿加入KCl 和NaCl，同時注意觀察振動篩是否有鹽結晶析出，及時補充0.2%～0.5%的鹽重結晶抑制劑NTA-2。

3）潤滑、防塌、井壁穩定控制。利用處理劑的復配、協同效應，嚴格控制鉆井液的API與高溫高壓濾失量；密切關注井下摩阻情況，及時向井漿補充1%～2%的抗鹽極壓潤滑劑、瀝青類、乳化石蠟類潤滑防塌封堵劑。

替換為欠飽和鹽水鉆井液后，后期中途完鉆作業施工中未發生井漏，光鉆鋌、單扶、三扶、四扶通井、測鹽層蠕變靜止72 h后四扶通井、下套管、固井作業均一次性成功，井壁穩定、井下安全。下入φ365.1mm+φ339.7 mm套管歷時89 h，開泵泵沖5沖，泵壓0.5 MPa頂通靜止鉆井液。

4　結論及認識

1.低黏度切力抗鈣隔離漿能解決欠飽和鹽水鉆井液與油基鉆井液的相溶問題，能避免替漿過程發生泥漿泵高泵壓現象，避免復雜事故的發生。

2.因井漏原因造成需用水基鉆井液替換油基鉆井液的井，在考慮水基與油基相溶性避免泥漿泵高泵壓的同時，在隔離漿中不能加入纖維類堵漏材料，避免因出現高黏度和切力，導致高泵壓而產生復雜。

3.保證鹽膏層井壁穩定，嚴格控制鉆井液中的Cl-含量不小于1.8×105mg/L，避免鹽晶顆粒過多地溶入鉆井液中，同時使用鹽重結晶抑制劑NTA-2，防止鹽重結晶造成復雜與事故。

4. KS603井用飽和鹽水鉆井液替換油基鉆井液后光鉆鋌、單扶、三扶、四扶通井、測鹽層蠕變靜止72 h后四扶通井、下套管、固井作業均一次性成功，開創了在復合鹽膏層431.8 mm大井眼、1158 m長裸眼水基鉆井液替換油基鉆井液的先例。

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Displace Open Hole Full of High Density OBM with WBM

ZHU Xuefei, YAN Fushou, SHU Yiyong, SUN Liangguo, SHEN Rendong
(CCDC Tarim Engineering Company, Korla, Xinjiang 841000)

AbstractThe lithology of the “Kumugeliemu Group” in the Block Keshen (Kuche piedmont structure) of the Tarim Oilfeld is of compound salt and gypsum having high pressure coeffcients. Long open hole drilling and plastic deformation of the formations penetrated made drilling very diffcult. Oil base drilling fuids have long been used in the drilling operation. The well KS603 drilled in this area has experienced mud losses at the end of salt and gypsum drilling. To avoid losses of the expensive oil base drilling fuids during casing running，unsaturated brine muds have been used at the end of the drilling of the salt and gypsum formations. In displacing the oil base mud，a thinner solution with high concentration of alkalis is added into the spacer fuid in an effort to maintain a low viscosity of the spacer through the thinning effect of the alkali solution and the neutralization of calcium in the oil base drilling fuid with OH-. Since lost circulation material (LCM) cannot be added directly into the spacer，the frst pit of mud displaced into the hole will be treated with 8% of LCM to avoid losses of the mud. To maintain the borehole stability of the salt and gypsum formations，the displacing mud will be weighted to 2.39 g/cm3, and the chloride maintained at no less than 1.8×105mg/L to avoid the dissolution of formation salts. NTA-2 is used in the displacing mud to avoid salts from recrystallizing. Before running the casing strings, the compressive capacity of the weak points along the borehole is increased with LCMs to avoid mud losses during casing running. The properties of the displacing fuids have been proved stable by feld operations. Wiper trips using drill strings with no centralizers，one centralizer，three centralizers，or four centralizers have been performed without a hitch. After 72 hours of waiting for logging the creeping of the salt and gypsum formations，a wiper trip with four-centralizer drill string，the casing running，and the well cementing have all been done right the frst time. The borehole wall has remained stable during the operation，with no downhole troubles occurred.

Key wordsSalt and gypsum formations； Mud loss； Unsaturated brine drilling fuid； Oil base drilling fuid； High density drilling fuid；Block Keshen

中圖分類號：TE254.3

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5620（2016）03-0056-04

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.011

第一作者簡介：祝學飛，工程師，1983年生，主要從事鉆井液技術研究工作。E-mail：253183111@qq.com。

收稿日期（2016-2-9；HGF=1603F9；編輯付玥穎）