土庫曼斯坦加爾金內什氣田復雜井鉆井液技術

鄧仕奎，陳 鑫，2，高利華，2，楊曉冰，2，李華坤.2

(1中國石油川慶鉆探公司土庫曼斯坦分公司 2中國石油川慶鉆探公司鉆采工程技術研究院)

土庫曼斯坦加爾金內什氣田具有巨厚(450～700 m)、高壓(壓力系數1.98～2.31)鹽膏層，高壓(壓力系數>1.35)、高產量((150～300)×104m3/d)、高含硫(0.8%～4%) “三高”儲層。多個全球知名公司在該氣田因處理井下復雜不成功造成多口井工程報廢項目。川慶鉆探公司憑借10年來在土庫曼斯坦“10+2”鉆井項目和“100億商品天然氣”項目鉆探率100%成功經驗，中標土庫曼天然氣康采恩公司16口井二三四開鉆井液單項技術服務項目，目前技術服務5口井中2口井已成功完鉆。

一、地質概況

地質分層、巖性描述和物化性質見表1所示。16口井一開鉆頭直徑508 mm，井深約500 m；二開鉆頭直徑444.5 mm，井深約3 680 m；三開鉆頭直徑311.2 mm，井深約4 050 m；四開鉆頭直徑215.9 mm，井深約5 000 m。

表1 土庫曼加爾金內什氣田地質分層、巖性描述及物化性質

二、鉆井液技術難點

加爾金內什氣田地層主要特點：①鹽膏層以上大多屬泥頁巖，黏土含量高，孔隙發育，滲透率較高；②巨厚鹽膏層是良好的油氣蓋層,順利鉆穿鹽膏層是鹽下油氣勘探開發技術難點之一[1]。鹽膏層地層壓力大，鉆遇高壓鹽水幾率大；膏層蠕變縮徑、塑性變形、硬石膏吸水膨脹和鹽膏溶蝕污染鉆井液，造成井下安全隱患；③侏羅系目的層漏噴同層，安全窗口窄，極有可能鉆遇“上吐下泄”現象，井控風險高。

結合地質特性和井身結構分析，鉆井液技術難點有：①鹽膏層以上地層井壁吸水膨脹，泥頁巖井壁垮塌和起下鉆阻卡現象，鉆進時極易發生鉆頭泥包；②環空返速低、鉆屑量大，鉆井液攜砂要求高；井壁長時間鉆井液浸泡沖刷穩定要求高；③最高密度2.45 g/cm3鹽膏層鉆井液全重晶石加重流動性、抗溫抗鹽膏污染能力和潤滑防卡能力難以保證；④儲層鉆井液要求具有強抗高溫抗硫化氫污染能力和良好的封堵潤滑能力；⑤儲層施工防漏堵漏，防噴，保證井控安全是重點。

三、鉆井液技術方案

1.不同井段鉆井液體系選擇

針對以上技術難點，選擇不同井段不同鉆井液體系，利用主要處理劑如表2所示。

表2 16口井鉆井項目鉆井液技術方案

2.不同井段鉆井液體系性能參數

2.1 二開鉆井液性能參數

二開井段采用強抑制兩性離子聚合物和聚磺鉆井液體系，配方主要組成：5%～7%膨潤土+0.2%～0.3%FA367/KPAM+0.1%～0.2%XY-27+0.2%～0.3%JT888/PAC-HV+輔助處理劑+重晶石。性能參數要求如表3所示。

表3 二開鉆井液性能參數要求

頁巖膨脹試驗和熱滾回收試驗是宏觀評價泥頁巖井壁穩定性的重要指標[2]。電測井徑結果顯示垮塌層多在2 500～3 200 m井段。故將表3中對應井深的2#、3#的鉆井液制作試驗樣，利用高溫高壓頁巖膨脹儀(型號HTP-2)測試頁巖膨脹率，同時測試頁巖熱滾70℃×16 h回收率；與淡水做比較，考察體系抑制性(結果見表4)。2#樣鉆井液相對淡水16 h膨脹率和膨脹降低率分別為33.95%、66.05%；3#樣鉆井液為41.37%、58.63%。2#、3#樣與淡水相比較，頁巖膨脹緩慢，水化速度低且平穩，說明配方有利于井壁穩定。

由表4結果得知,2#、3#樣頁巖回收率分別為84.3%、80.2%，與淡水1#樣頁巖回收試驗結果12.5%相比,體系抑制性強，防塌防卡性能好。

表4 頁巖熱滾回收試驗結果

2.2 三開鉆井液性能考察

三開井段采用高密度鹽水聚磺鉆井液體系，配方主要組成：2%～3%膨潤土+10%～15%抗鹽鈣抗高溫磺化材料+0.2%～0.5%聚合物護膠劑+0.1%～0.3%稀釋劑+0.1%～0.3%鹽重結晶抑制劑+重晶石。室內試驗主要考察抗高溫抗鹽抗鈣污染能力，試驗結果見表5所示。

2.3 儲層鉆井液性能考察

儲層井段選用抗高溫聚磺封堵鉆井液體系，配方主要組成：4%～5%膨潤土+0.3%～0.5%PAC-HV+5%～8%抗高溫磺化材料+0.2%～0.3%除硫劑+輔助材料+重晶石。

表5 三開鉆井液原漿及熱滾試驗結果(老化條件150℃×16 h)

四、鉆井液現場施工

1.二開井段鉆井液施工

(1)井深2 300 m前以FA-367、XY-27、PAC-HV、JT-888、KPAM等處理劑膠液形式按循環周加入，保持體系強抑制性；井深2 300 m后加入磺化材料膠液提高抗溫性和抗石膏污染能力，以聚合物材料為輔保持體系一定抑制性。

(2)井深1 000～1 500 m時加RH-4鉆頭防泥包劑，以防鉆頭泥包引起起鉆拔活塞等井下復雜及影響鉆井速度。

(3)為提高白堊系地層井壁穩定性，在膠液中加入適量瀝青類防塌劑和細目碳酸鈣，封堵地層泥巖微裂縫降低濾失量，增強體系的防塌能力。

(4)每鉆進200～300 m，用黃原膠及PAC-HV配制30～50 m3稠漿清掃井底一次；并工程配合進行一次短起下鉆。

(5)二開鉆井液維護除去有害固相，用好四級固控設備是關鍵。二開中完作業可適當提高黏切保證井筒清潔和電測下套管順利。

2.三開井段鉆井液施工

(1)保持膨潤土含量10～25 g/L基礎上選擇合理的處理劑濃度和組合搭配以及適當的堿度，抑制由于固相含量高鹽度、黏土顆粒高溫分散和處理劑高溫降解引起鉆井液稠化甚至固化。

(2)“護膠為主、降黏為輔”是高密度鹽水鉆井液維護指導原則[3],適當降低井漿中的膨潤土含量, 以降低其發生各種污染的可能性。高密度飽和鹽水鉆井液由于其密度高、固相含量大, 體系本身所固有的固相容量限已被壓縮至一個很窄的范圍, 一旦進入體系的劣質固相來不及清除, 累積到一定程度若其超過體系固相容量上限時, 各種固相粒子極易連接形成結構, 導致鉆井液的黏度和切力增加, 從而也會以污染形式表現出來[4-6]。

(3)增強抑制性保持抗高溫抗鹽鈣污染能力，適當放大量利用磺化材料鹽水膠液維護和調控高密度鹽水鉆井液各項流變性能。但放大量同時要控制膨潤土含量和磺化材料濃度。膨潤土含量和材料濃度的確定是保證高密度鉆井液具有良好的流變性能的前提[7-9]。

3.儲層鉆井液施工

(1)鉆開儲層前按比例加入PPL、TYRF-1、EX-1、YX，使體系中瀝青、石蠟、惰性細顆粒固相、油溶性暫堵劑合理搭配，提高濾餅質量及韌度，增強潤滑性，預防微裂縫漏失。

(2)進入預告漏層前30～50 m加入3%～6%隨鉆堵漏劑；并儲備40 m2濃度15%～20%的堵漏橋漿。

(3)防止循環壓耗過大造成井漏，預告漏層30～50 m及以下鉆井排量降為24～25 L/s，同時降低鉆井液切力。

(4)鉆進和起下鉆根據實際情況選擇鉆進期間較低的鉆井液密度，靜置時根據短起后效情況適當提高循環漿密度。

(5)采用合適的鉆井液密度1.30～1.50 g/cm3。條件許可情況下推薦使用抗硫旋轉防噴器實施近平衡鉆井，盡可能鉆達目的層井深或鉆過長段漏層，暴露更多漏層，然后進行堵漏。

五、井下復雜處理

1.×264井復雜處理

1.1 高壓鹽水溢流壓井

×264井鉆進至井深3 426 m時，發生高壓鹽水伴隨嚴重氣侵，瞬間溢流量超過20 m3。全井筒鉆井液受高壓鹽水和氣侵污染后失去流動性，大部分鉆井液氣化后密度從2.15 g/cm3降低到1.0 g/cm3以下。為防止出現井漏,高壓鹽水的壓井液密度從2.15 g/cm3逐漸升至2.20～2.35 g/cm3,2.38 g/cm3直至2.40 g/cm3后壓井成功。2017年3月11日18 ∶00恢復正常鉆進。

1.2 鹽膏層井漏堵漏

(1)第1次井漏處理。用密度2.42 g/cm3鉆井液鉆進至井深3 799 m發現井漏失返。隨即停泵觀察，液面不在井口，環空間斷吊罐鉆井液15.0 m3，同時降地面鉆井液密度至2.35 g/cm3。借鑒土庫曼阿姆河典型高難度井復雜處理經驗[10]，堵漏作業首先泥漿泵正注密度2.42 g/cm3、濃度15%的橋漿20.0 m3，同時用壓裂車環空吊灌污水。在泵替鉆井液22.0 m3，壓裂車環空吊灌污水26.4 m3，節流管匯排污出口開始返出污水，建立循環。后繼續泵替密度鉆井液約35.0 m3，將環空污水替出。開井循環，出口見返出，停泵候堵后，液面在井口，井漏解除。

(2)第2次井漏處理。用密度2.40 g/cm3鉆井液鉆進至井深3 808 m發生井漏失返；采用泥漿泵正注密度2.40 g/cm3，濃度15%的橋漿16.0 m3，泵替密度2.40 g/cm335.0 m3后堵漏成功。

(3)第3次井漏處理。下套管至固井井深3 828 m，循環過程中提排量至25 L/s井漏失返，降排量至5 L/s后逐漸建立起循環，后緩慢提排量至15 L/s，平均漏速為25 m3/h，固井前采用15%相同密度堵漏漿20 m3進行循環堵漏，并順利完成固井。

2.×262井儲層溢流斷鉆具復雜處理

該井四開鉆至井深4 410.5 m發生溢流(鉆井液密度1.41 g/cm3,黏度57s),瞬間溢流量達30 m3左右后，關井最大套壓31 MPa；后采取控壓循環排除氣侵鉆井液。在控壓循環時發現井漏，泵入55 m3同密度鉆井液后建立節流循環，立套壓逐漸升高；在壓井過程中由于氫脆作用，鉆具斷裂，落魚為底部鉆具365 m。經反復打撈打撈作業未獲落魚，后決定進行側鉆，目前該井已成功完鉆。

3.×110井鹽膏層井漏處理

該井鉆進至3 822.4 m井漏失返，上提鉆具，起鉆至3 783 m，液面不在井口，環空吊灌清水。(鉆井液密度2.27 g/cm3)；隨即泥漿泵正注密度2.26 g/cm3堵漏鉆井液20 m3全漏失；期間環空注清水17.5 m3；后注入密度為2.22 g/cm3濃度20%堵漏漿20 m3；頂替2.23 g/cm3井漿15 m3，出口見返清水后建立循環液面正常，井漏解除。

六、認識與結論

(1)二開大井眼長裸眼泥頁巖井段井壁穩定和攜砂是關鍵，鉆井液抑制性和封堵防塌性能是基礎。

(2)高密度飽和鹽水鉆井液性能維護的關鍵在流變性；流變性維護是體系抑制性和抗各種高價離子損害和黏土侵的前提；宜采用設計密度上限值鉆進，鹽水溢流壓井成本高流變性控制困難。

(3)儲層孔隙裂縫十分發育，防漏防卡堵漏和保證井控安全是重點。甲方應加強鉆具和井控設施管理，提高井下復雜應急處置能力；鉆井液技術服務應提前做好材料和技術儲備，結合現場實際條件調整鉆井液性能，防止因為設備和管理環節問題造成的井下復雜或事故出現。