奈23井欠飽和鹽水鉆井液技術優化及應用

于 盟

奈23井欠飽和鹽水鉆井液技術優化及應用

于 盟

（中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，遼寧 盤錦 124000）

奈23井位于奈曼凹陷奈10東南塊，在九佛堂組鉆遇鹽巖層，為應對鹽巖層污染鉆井液及鹽膏層蠕動，采用欠鹽水鉆井液體系進行施工。通過室內實驗優化了欠飽和鹽水鉆井液配方，并配套了鹽水堵漏工藝，本井鹽巖層井徑平均擴大率11.88%，全井平均井徑擴大率6.20%，電測一次成功，很好的解決了上部砂巖地層井漏，中部鹽巖縮頸和下部泥巖掉塊形成大肚子井眼導致的多口探井電測遇阻的難題。

欠飽和鹽水鉆井液；鹽巖層；堵漏

開魯地區奈曼凹陷油氣藏資源豐富，是遼河油田重要的油氣戰略接替區，但在鉆井過程中，九佛堂組下段發育鹽巖層，鹽巖段阻卡等復雜事故嚴重制約了鉆井提速。本文分析該區塊鉆井地質難點，通過對奈23井鉆井液技術的優化，解決了上部地層井漏和鹽巖層井眼穩定性等問題。本井的成功應用，對奈曼區塊鹽巖層安全鉆進具有指導意義。

1 地質概況

1.1 奈23井地質分層

表1 奈23井地質分層

1.2 巖芯浸泡實驗

對九佛堂組下段巖鹽進行含鹽量測試和巖心浸泡試驗，其中白色巖心含鹽量99.9%，灰色巖心含鹽量63.3%；主要離子為Na+、K+、Cl-、HCO3-。

取部分含鹽巖心，浸泡在飽和氯化鈉鹽水當中16 h，測試其是否能夠溶解，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 鄰井巖心圖片

圖2 巖心浸泡前

圖3 巖心浸泡中圖

圖4 巖心浸泡后

2 鉆井液主要技術難點

2.1 防漏堵漏

本井上部井段的塊狀砂礫巖膠結性差、滲透性好，九下段含灰泥巖、灰質砂巖存在裂縫，古生界砂巖、安山巖滲透性高，易產生井漏等復雜情況。

2.2 鹽層污染

九下段發育鹽巖層、鹽膏層，對普通鉆井液污染程度大，造成黏切升高，失水增大，無法達到施工要求。

2.3 井徑不規則

鹽溶解、泥巖掉塊生成大肚子井眼，造成井塌、攜巖困難、電測遇阻等復雜情況。

2.4 體系選擇

如采用飽和鹽水體系，雖然可以解決鹽巖段井壁失穩的問題，但其密度大，會導致上部裂縫性地層壓裂性井漏。

3 鹽水鉆井液優化

3.1 欠飽和鹽水鉆井液配方試驗

經室內小型實驗，優選降濾失劑、流型調節劑及抑制劑，確定鹽水鉆井液配方為：0.5%～1%般土漿+0.7%預膠化淀粉+0.4%PAC-LV+1%SPNH+ 2%SMP-II+0.2%~0.3%FA-367+0.25%XC+30%NaCl+1%~3%潤滑劑，室內實驗性能如下：

表2 室內飽和鹽水鉆井液性能

3.2 現場施工工藝優化

按循環周期取樣測定原漿膨潤土含量，如表3，取平均數確定原漿膨潤土含量為：59.48 g/L。

表3 原漿膨潤土含量測定

按照配方比例，循環罐預留20 m3原漿，清洗循環罐后加入清水50 m3，循環均勻后按比例加入預膠化淀粉和PAC-LV，使其充分護膠，黏度達到30～35 s，邊循環邊加鹽至充分溶解，一次性加足SPNH、SMP-II調節失水，XC調節流型。罐面配制鹽水鉆井液性能如下表，罐面循環均勻后，下鉆分段替出井筒泥漿。

表4 罐面配制鹽水鉆井液性能

4 欠飽和鹽水鉆井液應用

4.1 分段鉆井液性能

由于頂替過程中1 083 m處出現漏失，無法承受當前液柱壓力，密度控制在1.18～1.20 g/cm3，隨著井深增加，增加含鹽量，提密度至1.20～1.22 g/cm3。

表5 分段鉆井液性能

4.2 鉆井液性能維護

4.2.1 補充預水化膨潤土漿

隨著井深的增加，現場通過補充預水化般土漿方式補充鉆井液量，膨潤土在較高濃度的鹽水中不能進行充分的水化，晶層間陽離子濃度小于溶液內部，不能形成有效的擴散雙電層，表面水化和滲透水化受到阻礙，電解質的濃度越高，這種阻礙作用越明顯，黏土層面的雙電層示如圖5。

圖5 黏土層面的雙電層示意圖

首先對膨潤土在淡水中進行預水化，并在加鹽之前用適量分散劑進行處理，造漿率顯著提高。這是因為在遇到鹽侵之前，黏土已經進行了充分的水化分散，形成了穩定的雙電層。當遇到鹽后，雙電層受到一定的壓縮，此時膨潤土仍表現出一定的水化性能，從而能有效地起到提高黏度、切力和降濾失的作用。

4.2.2 鹽水鉆井液護膠

對含鹽量較高的鹽水鉆井液的維護應以護膠為主。由于在該類鉆井液中，黏土顆粒不易形成端-端或端-面連接的網架結構，而特別容易發生面-面聚結，變成大顆粒而聚沉，因此需要大量的護膠劑維護其性能，否則在使用中常出現黏度、切力下降和濾失量上升的現象。保持性能穩定對鹽水鉆井液來說是最關鍵的問題，一旦出現以上異常情況，應及時補充護膠材料。

本井主要使用PAC-LV作為護膠材料，現場小型實驗數據如表6。從表6可明顯看出，加入0.4% PAC-LV后，、有明顯的恢復趨勢，值降低到合理范圍。

表6 現場護膠小型試驗

4.3 欠飽和鹽水堵漏

淡水施工時，本井鹽層上部九佛堂組九下段1083 m處發生裂縫性虧空漏失，罐面調整含鹽量至飽和后，頂替過程中液面下降，再次漏失。采用隨鉆堵漏、靜止堵漏、承壓堵漏均無法滿足施工要求，最終全井堵漏劑施工。1#堵漏漿：基漿+5%云母+5%MDF+5%單封+5%承壓；2#堵漏漿：基漿+5%云母+2.5%MDF+5%承壓+5%超細鈣+5%土粉+0.01%XC；3#堵漏漿：基漿+5%云母+2.5%MDF+5%超細鈣+2.5%單封+5%超低滲

4.3.1 降低鉆井液密度

頂替過程發生漏失后，將罐面鉆井液稀釋，密度由1.25 g/cm3降低至1.18 g/cm3~1.20 g/cm3，替出井筒內鉆井液后，開泵過程仍有漏失。

4.3.2 靜止堵漏

按1#配比配20 m3堵漏泥漿封740~1 140 m處靜止堵漏，起鉆至700 m開泵施加壓力，鉆井液擠入地層3 m3后液面穩定，起鉆靜止，下鉆到底后開泵沖刷井壁發生漏失。

4.3.3 承壓堵漏

按2#和3#配比配20 m3堵漏泥漿封800~1 120 m，起鉆至800 m處關井，活動開泵憋壓，壓力升高至0.4 MPa穩壓20 min，擠入泥漿4 m3。靜止后下鉆開泵，仍有漏失。

4.3.4 全井堵漏

承壓堵漏無法滿足施工要求，仍有漏失發生。最終采取全井15%含量堵漏材料施工。

現場常用纖維狀、薄片狀堵漏劑，通過擠入地層孔洞中、平鋪在地層表面起封堵作用，吸水后發生膨脹作用，增強封堵效果。但在鹽水體系中，水的活性受到抑制，堵漏材料處于卷曲狀態，無法完全伸展膨脹，堵漏效果受到嚴重影響。只能在井壁上形成假泥餅，一旦重新循環鉆井液，假泥餅被沖掉，就起不到堵漏作用。

4.4 欠飽和鹽水鉆井液應用效果評價

相較鄰井淡水鉆井液體系，鹽水體系抑制性強，井壁穩定性高，井眼規則且井徑擴大率低。鹽巖層井徑平均擴大率11.88%，全井平均井徑擴大率6.20%，電測一次成功，很好的解決了泥巖掉塊形成大肚子井眼導致的多口探井電測遇阻的難題，成功地避免了鹽膏層、鹽巖層溶解和蠕動造成的卡鉆。

表7 鹽巖層實測井徑

5 結 論

氯離子含量控制90 000～120 000 mg/L即可較好地抵抗該地層鹽巖層的溶解，避免井徑擴大；欠飽和鹽水鉆井液礦化度高，抑制性強，井壁穩定性好，井眼規則，井徑擴大率低，可較好地抵制鹽巖層、鹽膏層的溶解與蠕動，預防泥巖掉塊；欠飽和鹽水體系性能穩定，為預防黏土變成大顆粒而聚沉，需加入護膠材料，保持性能穩定；鹽水體系堵漏效果受限，堵漏劑用量增大，堵漏方法欠缺。

［1］肖金裕，周華安，孫俊，等.玉東7-4-2井鉆井液技術優化及應用[J].鉆井液與完井液.2019，36（3）:321-324.

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［4］鄢捷年.鉆井液工藝學[M].東營：中國石油大學出版社，2001.

Optimization and Application of Undersaturated Brine Drilling Fluid Technology for Nai 23 Well

（CNPC Greatwall Drilling Company Drilling Fluids Branch, Liaoning Panjin 124010, China）

Nai 23 well is located in the southeast block of Nai 10 in Naiman Sag. The salt rock formation was drilled in the Jiufotang formation. In order to cope with the drilling fluid contamination and salt paste layer creeping in the salt rock formation, the under-saline drilling fluid system was used for construction. The formulation of undersaturated brine drilling fluid was optimized by laboratory experiments, and the salt water plugging process was matched. The average diameter expansion rate of the well salt rock formation was 11.88%, and the average well diameter expansion rate of the whole well was 6.20%. The electrical test was successfully finished once, and the problems of circulation loss,hole shrinkage and wellbore collapse was well solved.

undersaturated brine drilling fluid; salt rock formation; plugging

2019-10-17

于盟（1986-），男，工程師，碩士，遼寧省盤錦市人，2010年畢業于東北石油大學應用化學專業，研究方向：從事鉆井液現場技術管理工作。

TE254.3

A

1004-0935（2020）01-0109-04