窄安全密度窗口鉆井液封堵技術在躍滿區塊的應用

2017-06-19 18:34:31仇盛南郝惠軍曹靖瑜劉學齡解洪祥

石油地質與工程 2017年3期

程智，仇盛南，郝惠軍，曹靖瑜，劉學齡，解洪祥

(1．中國石油渤海鉆探工程技術研究院，天津 300452；2.中國石化華北油田第一采油廠)

程智1，仇盛南2，郝惠軍1，曹靖瑜1，劉學齡1，解洪祥1

(1．中國石油渤海鉆探工程技術研究院，天津 300452；2.中國石化華北油田第一采油廠)

塔里木油田躍滿區塊鉆井二開裸眼段長達5 500 m，鉆遇多套地層，安全密度窗口僅為0.01～0.02 g/cm3,鉆井過程中，滲透性漏失與井壁失穩現象嚴重。為有效解決這些問題，針對躍滿區塊不同地層，優選出隨鉆堵漏劑、超細碳酸鈣、納米封堵劑等封堵材料,通過評價鉆井液的高溫高壓濾失量、高溫高壓滲透失水、高溫高壓砂床濾失量、高溫高壓砂床滲透失水以及正反向巖心驅替等性能，得到強封堵配方，并在躍滿3-3井鉆井液體系中復配使用,鉆井過程中未發生明顯漏失。該技術的應用為解決躍滿區塊滲透性漏失、井壁失穩等技術難題提供了一種新方法。

躍滿地區;鉆井液；滲透性漏失;安全密度窗口

躍滿區塊位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起西斜坡哈拉哈塘鼻狀隆起南翼。該區塊目的層為奧陶系一間房，設計井深普遍為7 100～7 300 m，三開井深結構，自上而下鉆遇地層巖性見表1。

表1 躍滿區塊地層巖性

1 鉆井液技術難點

1.1 鉆井液安全密度窗口窄

躍滿區塊主要以氯化鉀聚磺鉆井液為主，鉆遇的三疊系以棕紅色層狀泥巖為主，鉆井液密度低于1.24 g/cm3時,易引起井壁垮塌，二疊系-石炭系地層薄弱，存在少量凝灰巖玄武巖，鉆井液密度高于1.26 g/cm3時容易引發漏失。因此鉆井液安全密度窗口僅為0.02 g/cm3。

1.2 裸眼段長漏失嚴重

躍滿區塊二開裸眼段長達5 500 m左右，有大套砂巖，滲透性漏失嚴重,躍滿區塊已完鉆井平均漏失速度高達4 m3/h。現有的隨鉆封堵劑雖可緩解砂巖滲透性漏失，但卻無法解決長裸眼井段砂巖孔隙、泥巖微裂縫同時存在情況下造成的漏失問題。

現場處理此類事故的思路主要是降低排量，降低鉆井液密度，配堵漏漿進行靜止堵漏。但是躍滿區塊安全密度窗口窄，一味降低鉆井液密度，在沒有循環壓力的情況下，勢必會引起井壁失穩、卡鉆等復雜情況的發生。因此，要解決以上難題，必須提高鉆井液封堵性,其作用是：一方面，可以在近井壁地帶形成致密的封堵層，緩解鉆井液滲透性漏失，阻止鉆井液中自由水向地層深部傳遞，預防井壁垮塌；另一方面，致密的封堵層可以提高地層承壓能力，擴大鉆井液安全密度窗口，保證鉆井液密度有足夠的調整空間，避免復雜情況的發生。

2 鉆井液工藝

2.1 封堵工藝

研究表明，硬脆性泥頁巖中，0.59～4.68 μm的孔喉，雖然只占孔喉總數的5%，但是其對滲透率的貢獻卻占97%，解決這部分孔喉的漏失問題是解決整個漏失問題的關鍵[1-7]。躍滿區塊二開裸眼段長，鉆遇地層孔隙度、滲透率分布廣泛。常用聚磺鉆井液封堵性不強，鉆井液中封堵顆粒單一且沒有有序級配，缺乏納米級封堵材料，無法在井壁形成致密的封堵層，從而無法阻止鉆井液向井壁深處滲透，導致該區塊二開長裸眼井段滲透性漏失嚴重并與井壁失穩同時存在。

根據“四球相接原理”與“三分之一架橋”[8]理論，結合中躍滿區塊地層平均孔道半徑，要求鉆井液中存在具有一定強度與合理粒徑分布的固相顆粒。現有氯化鉀聚磺鉆井液體系中主要的封堵顆粒為膨潤土、超細碳酸鈣(3000目)、乳化瀝青等，隨鉆堵漏劑中值粒徑(D50)見表2。

表2 封堵材料中值粒徑

2.2 封堵劑優選

3%膨潤土+0.3%Na2CO3+0.6%HMP-21+2%SMP-3+2%SPNH+2%THJN+1%PAC-LV+7%KCL+重晶石

由表3可以看出，乳化瀝青類處理劑可以降低鉆井液高溫高壓濾失量，但是在砂床與正反向驅替實驗中封堵性能不佳；納米封堵劑雖然可以提高驅替實驗中驅替平衡壓力，但是無法在砂床條件下形成有效封堵；隨鉆堵漏劑與單封在砂床實驗表現優異，但會提高鉆井液高溫高壓濾失量，對致密的人造巖心也沒有封堵作用。

表3 封堵劑優選實驗

2.3 封堵劑復配實驗

根據以上實驗，以各種封堵劑作用效果為基礎進行復配，調節各種封堵劑的加量，以優選出一套強封堵聚磺鉆井液體系，結果見表4。由表4可以看出，采用不同封堵材料復配后的鉆井液，封堵性均有明顯增強， 4#配方能保證鉆井液高溫高壓濾失量、高溫高壓滲透失水、高溫高壓砂床濾失量、高溫高壓砂床滲透失水均處于較低數值，且正反向巖心驅替實驗需要的驅替壓力較高，能滿足躍滿區塊鉆井液封堵性要求。

表4 封堵劑復配實驗

3 躍滿3-3井應用情況

3.1 白堊系-侏羅系應用情況

躍滿3-3井二開上部(1 500～3 000 m)采用常規聚合物鉆井液體系，進入侏羅系后開始轉為聚磺鉆井液。該井白堊系、侏羅系地層以砂巖為主，層厚在1 000 m左右，井深約為4 000 m。現場施工中，進入白堊系、侏羅系地層后，鉆井液滲透性漏失開始加劇，漏失速度由原來的無明顯漏失上升至1～3 m3/h，與臨井相當。針對這一情況，在聚磺鉆井液中一次性加入1%隨鉆堵漏劑與2%乳化瀝青，其余封堵材料在膠液中以4%的濃度定期補充，使白堊系、侏羅系滲透性漏失下降至1 m3/h左右，與鄰井相比，白堊系-侏羅系鉆井液損失量減少約60%，有效節約了鉆井液成本。

3.2 三疊系、二疊系應用情況

躍滿3-3井，三疊系、二疊系、石炭系厚度為1 500 m左右。其中三疊系地層以紅色泥巖為主，易出現井壁垮塌；二疊系、石炭系以灰色、紅色泥巖為主，夾雜少量玄武巖，下部為砂泥巖互層，漏失嚴重。裸眼段長達4 000 m，單純提高隨鉆堵漏劑加量，既不能有效應對泥巖的滲透性漏失，也不利于長裸眼段安全鉆進。為提高長裸眼段地層承壓能力，對泥頁巖微裂縫進行有效封堵，解決長裸眼砂泥巖滲透性漏失難題，在隨鉆堵漏劑的基礎上加入2%超細碳酸鈣與1%納米封堵劑PNP，滲透性漏失速度由原來的3～4 m3/h下降至1～2 m3/h，三疊系未出現鄰井出現的大量掉塊引起起下鉆不暢情況。與鄰井相比，二疊系未出現明顯漏失情況，極大地減少了該井的復雜事故時間，縮短了鉆井周期。

3.3 志留系應用情況

志留系層厚850 m，以瀝青質砂巖與層狀泥巖為主，易出現井壁失穩的現象,臨井電測時多次出現電測遇阻現象，造成反復通井劃眼，耽誤鉆井周期。本井在前期使用鉆井液的基礎上，加入1%納米封堵劑+2%超細碳酸鈣+2%乳化瀝青，加入前后泥漿性能未見明顯變化，地質卡層順利完成，未出現鄰井出現的電測遇阻現象。

4 結論

(1)單一封堵劑無法解決躍滿區塊鉆井過程中的漏失與井壁失穩等問題。乳化瀝青類封堵劑可以降低鉆井液高溫高壓濾失量，對躍滿區塊泥巖有穩定井壁作用，但是在砂床與正反向驅替實驗中封堵性能不佳；納米封堵劑雖然可以提高驅替實驗中驅替平衡壓力，但是無法解決白堊系-侏羅系大套砂巖滲透性漏失難題；隨鉆堵漏劑與單封在砂床實驗表現優異，但是對于泥頁巖微裂縫沒有明顯效果，甚至會增加鉆井液高溫高壓失水。

(2)在躍滿區塊鉆井過程中，聚磺鉆井液中加入2%隨鉆堵漏劑、2%超細碳酸鈣、1%納米封堵劑、2%乳化瀝青復配使用，可以有效提高鉆井液封堵效果，提高地層承壓能力，為解決躍滿區塊長裸眼段漏失問題，提供了一種新方法。

[1] 侯冰，陳勉，盧虎，等.庫車山前下第三系漏失原因分析及堵漏方法[J]. 石油鉆采工藝，2009,31(4):40-44.

[2] 鄭力會，張明偉.封堵技術基礎理論回顧與展望[J]. 石油鉆采工藝，2012,34(5)：1-9.

[3] 葛紅江，劉永利.虧空漏失地層封堵材料研究與應用[J]. 石油鉆采工藝，2010，32(6)：93-96.

[4] 趙峰,唐洪明,孟英峰.微觀地質特征對硬脆性泥頁巖井壁穩定性影響與對策研究[J].鉆采工藝，2007,30(6)：16-18.

[5] 劉振生，張琳婷，郭建華.塔里木盆地層序地層學[J].中南大學學報，2012，43(7)：2683-2690.

[6] 蔣小瓊，郭建華，管宏林.塔里木盆地二疊系沉積特征[J].油氣地質與采收率，2003,10(2)：14-16.

[7] 金曉輝，閆相賓，張哨楠，等.塔里木盆地志留系成藏條件與勘探方向探討[J].西安石油大學學報，2006,3(2)：13-16.

[8] ABRAMS A . Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion[J]. JPT,1977,29(3)：586-593.

[9] 王緒美，解洪祥，趙福祥.鉆井液用新型無熒光納米處理劑PNP的研究[J].鉆井液與完井液,2014,31(6)：13-16.

[10] 徐同臺,盧淑琴,何瑞兵.鉆井液用封堵劑的評價方法及影響因素[J].鉆井液與完井液，2009，26(2)：60-62.

編輯：岑志勇