劍閣區(qū)塊大尺寸井眼鉆井液技術(shù)的分析與認(rèn)識(shí)

李沁周（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術(shù)服務(wù)公司，四川 成都 610056）

1 概述

劍探1井、劍閣1井是劍閣區(qū)塊的兩口1字號(hào)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深在7500米以上，鉆探目的是主要探索劍閣地區(qū)茅口組臺(tái)緣帶發(fā)育情況及含油氣性，兼探長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組，為川西北地區(qū)二疊系多層系臺(tái)緣帶勘探打開局面。這兩口風(fēng)險(xiǎn)探井采用有機(jī)鹽聚合物鉆井液在非標(biāo)套管大尺寸井眼鉆井中先后兩次打破中石油Φ444.5mm 井眼井深最深、Φ365.13mm 套管下深最深紀(jì)錄。

2 地質(zhì)工程簡(jiǎn)況

2.1 地質(zhì)特征

劍閣區(qū)塊位于四川盆地川北低平構(gòu)造帶，地處梓潼凹陷、九龍山背斜、柘壩場(chǎng)潛伏構(gòu)造之間，九龍山至中壩構(gòu)造群的東部。位于梓潼凹陷東斜坡，東鄰九龍山構(gòu)造的西南傾沒端西翼。其區(qū)塊中自上而下地層壓力系數(shù)預(yù)測(cè)：劍門關(guān)組～遂寧組為1.0、沙溪廟組～千佛巖組為1.2、白田壩組為1.35、須家河組為2.1、雷口坡組～飛仙關(guān)組為1.7、長(zhǎng)興組為1.60、吳家坪組～棲霞組為2.10。

本區(qū)塊地層氣顯示頻繁，且氣顯示層井漏段也較多，區(qū)域上須家河組、飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組、茅口組、棲霞組等層系可能存在局部異常高壓，且以上地層、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)在鉆進(jìn)過程中需根據(jù)顯示情況及時(shí)調(diào)整鉆井液密度。

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明與優(yōu)缺點(diǎn)分析

隨著勘探開發(fā)井深的不斷拓深，為應(yīng)對(duì)川渝地區(qū)超深井縱向多壓力系統(tǒng)致使井漏、井噴、氣侵等復(fù)雜頻繁的問題，川渝地區(qū)超深探井普遍采用非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)，劍閣區(qū)塊所采用的非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明如下表1所示。

表1 中劍閣區(qū)塊所示非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)地質(zhì)工程必封點(diǎn)原則，用機(jī)械方式封隔縱向多壓力系統(tǒng)中局部高壓易漏地層，有利于安全鉆井；缺點(diǎn)是Φ365.13mm 套管下深過深，下套管時(shí)鉆機(jī)負(fù)荷重，劍探1 井Φ365.13mm 套管重量480噸，劍閣1 井Φ365.13mm 套管重量528 噸，下入難度大，需要采用鉆深8000m以上鉆機(jī)。

2.3 大尺寸井眼鉆進(jìn)中現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)遇到的困難

劍閣區(qū)塊的非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了下部的安全鉆進(jìn)，其上部大尺寸井眼井深往往過長(zhǎng)，例如劍探1 井Φ444.5mm 井眼鉆至井深4154m、劍閣1 井Φ444.5mm 井眼鉆至井深4205m，這種井深結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液技術(shù)應(yīng)用造成了新的困擾，其面臨的問題主要是：1大尺寸井眼裸眼段長(zhǎng)，鉆井液整體循環(huán)維護(hù)量過大，例如劍閣1井Φ444.5mm井眼，裸眼段長(zhǎng)3720m,鉆進(jìn)期間最大循環(huán)量達(dá)750 方以上，如此巨大的井漿循環(huán)維護(hù)量，且Φ 444.5mm井眼裸眼段地層劍門關(guān)組～千佛崖組地層巖性泥質(zhì)含量重，地層造漿性強(qiáng)，造成鉆進(jìn)期間鉆井液容易受到地層巖性污染，且污染后鉆井液因循環(huán)維護(hù)體量過大的原因，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)鉆井液處理難度大；2Φ444.5mm 井眼鉆完后，其Φ365.13mm 套管下深過深，實(shí)鉆中劍探1井Φ365.13mm套管下深4150m套管重量480噸、劍閣1井Φ365.13mm 套管下深4202.16m套管重量528噸，鉆機(jī)負(fù)荷大，就算采用鉆深8000m鉆機(jī)也不具備起套管的功能，更重要的是，下套管過程中井底鉆井液靜止時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)鉆中劍探1 井下Φ365.13mm 套管過程中鉆井液累計(jì)靜止時(shí)間7.4天，如何保證鉆井液井底長(zhǎng)時(shí)間靜置環(huán)境下性能穩(wěn)定、保障套管一次到位是大尺寸井眼鉆井液技術(shù)的難點(diǎn)。

表1：劍閣區(qū)塊非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明

3 大尺寸井眼鉆井液技術(shù)分析

3.1 KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液體系特點(diǎn)[1]

針對(duì)劍閣區(qū)塊大尺寸井眼鉆井液循環(huán)維護(hù)體量大、裸眼段長(zhǎng)、地層巖性造漿性強(qiáng)、鉆進(jìn)期間空氣鉆“氣液轉(zhuǎn)換”后井壁易失穩(wěn)的特點(diǎn)，劍閣區(qū)塊普遍選用KCl-有機(jī)鹽聚合物體系進(jìn)行大尺寸井眼鉆進(jìn)，該體系具有抑制性強(qiáng)、性能穩(wěn)定周期長(zhǎng)、高粘低切、機(jī)械鉆速高的特點(diǎn)。

3.2 鉆井液體系配方

KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液：清水+7～10%KCL+10%有機(jī)鹽+0.5～1%大分子+0.5～1.5%小分子+加重劑

3.3 鉆井液維護(hù)處理措施

劍閣區(qū)塊Φ444.5mm 大尺寸井眼，鉆井液循環(huán)總量在750方左右，針對(duì)區(qū)塊地層特點(diǎn)和鉆井方工程需要，KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液維護(hù)處理措施為：劍閣區(qū)塊Φ444.5mm 大尺寸井眼上半段往往采用空氣鉆進(jìn)行鉆井提速，在安全鉆進(jìn)2500～3000m后需進(jìn)行“氣液轉(zhuǎn)換”，為保障“氣液轉(zhuǎn)換”后井壁穩(wěn)定，需配置一定量的“三低”鉆井液作為轉(zhuǎn)換過程中的前置液；根據(jù)井筒容量與地層壓力系數(shù)，“氣液轉(zhuǎn)換”前配置足量的密度1.40g/cm3的有機(jī)鹽聚合物壓井液；如井下出水或井壁垮塌，威脅到施工安全，根據(jù)工程要求及時(shí)進(jìn)行“氣液轉(zhuǎn)換”；“氣液轉(zhuǎn)換”后使用密度2.30g/cm3 的重漿滾動(dòng)舉砂，并進(jìn)行短起下鉆檢驗(yàn)井眼清潔狀況；強(qiáng)化固控使用，鉆井中保證振動(dòng)篩、除砂器、離心機(jī)連續(xù)使用，有效清除無用固相保障鉆井液清潔；下套管前調(diào)整鉆井液高溫沉降穩(wěn)定性，并且充分循環(huán)洗井，重漿舉砂、稠漿墊底保障下套管過程順利。

3.4 鉆井液沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

靜態(tài)沉降測(cè)試法[2-4]

靜態(tài)沉降測(cè)試是評(píng)價(jià)鉆井液在井筒內(nèi)靜態(tài)條件下沉降趨勢(shì)的方法。將鉆井液加入不銹鋼罐中，在特定溫度下靜態(tài)放置一段時(shí)間后，分別測(cè)量鉆井液液柱上部（游離液體下層）密度ρtop和底部的密度ρbottom。靜態(tài)沉降因子SF 的計(jì)算式如下。

SF 為0.50 時(shí)說明未發(fā)生靜態(tài)沉降，SF 大于0.52 時(shí)說明靜態(tài)沉降穩(wěn)定性較差。該方法利用鉆井液常規(guī)測(cè)試儀器，操作方法簡(jiǎn)單，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。

3.5 下套管前鉆井液沉降穩(wěn)定性調(diào)整實(shí)驗(yàn)

劍閣區(qū)塊大尺寸井眼由于Φ365.13mm套管套管過長(zhǎng)，下套管前往往需要對(duì)鉆井液性能進(jìn)行調(diào)整，提高鉆井液長(zhǎng)時(shí)間靜止環(huán)境下的沉降穩(wěn)定性，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)往往加入降失水劑、高分子提粘劑、磺化處理劑等提高鉆井液的靜態(tài)沉降穩(wěn)定性，劍探1 井、劍閣1 井Φ365.13mm 套管下入前調(diào)整過后的鉆井液沉降穩(wěn)定性如下表2。

表2：Φ365.13mm套管下入前鉆井液沉降穩(wěn)定性測(cè)試

劍探1 井、劍閣1 井下套管前其有機(jī)鹽鉆井液沉降因子SF均小于0.52，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，其鉆井液沉降穩(wěn)定性較好，Φ365.13mm 套管下入過程套管均一次性到位，順利座掛，其先后兩次打破中石油Φ365.13mm套管下深最深紀(jì)錄。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)有機(jī)鹽聚合物鉆井液實(shí)鉆效果

劍探1 井、劍閣1 井在大尺寸井眼鉆井中先后兩次打破中石油Φ444.5毫米井眼井深最深、Φ365.13毫米套管下深最深紀(jì)錄，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆效果表明：①KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液抑制性強(qiáng)，有效抑制了地層中泥頁巖水化造漿，其性能穩(wěn)定周期長(zhǎng)，保障了大尺寸井眼安全、快速鉆進(jìn);②KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液抑制封堵防塌好，有效保障了空氣鉆“氣液轉(zhuǎn)換”后井段井壁穩(wěn)定，井下快速恢復(fù)正常鉆進(jìn)，提高了生產(chǎn)時(shí)效，縮短了鉆井周期;③KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液攜砂性好，高效清潔井眼，其優(yōu)秀的沉降穩(wěn)定性保障了大尺寸井眼套管的順利下入。

4 結(jié)語

（1）隨著勘探井深深度的不斷拓深，非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)通過機(jī)械方式封隔縱向多壓力系統(tǒng)下局部高壓易漏地層，其有效減少了川渝地區(qū)超深井的井下復(fù)雜，縮短了鉆井周期、降低了鉆井成本、提高了鉆井速度，川渝地區(qū)超深井采用非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)規(guī)井身大尺寸井眼結(jié)構(gòu)必將成為一種趨勢(shì)。

（2）KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液體系有效解決了非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中上部大尺寸井眼的井壁失穩(wěn)技術(shù)難題，其長(zhǎng)周期的性能穩(wěn)定，為鉆井提速提效提供了安全保障。

（3）非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)大尺寸井眼鉆進(jìn)中KCl-有機(jī)鹽聚合物鉆井液整體循環(huán)量過大，一旦性能惡化，鉆井液處理難度非常大，因此鉆井液性能穩(wěn)定是日常工作重點(diǎn)，其關(guān)鍵點(diǎn)在于：有機(jī)鹽聚合物鉆井液的強(qiáng)抑制性，有效遏制地層中泥頁巖水化造漿，防止大尺寸井眼紅層造漿對(duì)鉆井液的污染；鉆井液凈化工作，鉆進(jìn)期間需堅(jiān)持使用好所有的固控設(shè)備，不斷清除在鉆井過程中被鉆碎而進(jìn)入鉆井液的鉆屑、砂粒、和劣質(zhì)粘土等有害固相，保持鉆井液的清潔。

（4）非標(biāo)井深結(jié)構(gòu)其Φ365.13mm 套管下深過深，就算采用鉆深8000m鉆機(jī)也不具備起套管的功能，為保障套管一次下入成功，下套管前需通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)調(diào)整鉆井液靜態(tài)沉降穩(wěn)定性，其靜態(tài)沉降穩(wěn)定性滿足靜態(tài)沉降測(cè)試因子SF控制在0.5～0.51，且下套管前充分循環(huán)洗井，重漿舉砂、稠漿墊底保障下套管過程順利。