防塌鉆井液技術(shù)在厄瓜多爾JE 16 井二開井段的應(yīng)用

蔣振偉，陳 磊，張建斌

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710021；2.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安 710018）

1 JE 16井二開地層特點

1.1 Orteguaza 地層

Orteguaza 地層主要巖性為灰綠色頁巖，中部存在砂巖和薄煤層。該層位頁巖具有片狀結(jié)構(gòu)、易破碎等特點，屬于軟-中硬地層。地層中部泥質(zhì)膠黏的砂巖夾層膠結(jié)疏松，分散性高，造漿性強，易鉆頭泥包。部分含礫石。薄煤層地層較軟，以煤塊為主，部分夾雜黃鐵礦。

1.2 Tiyuyacu 地層

Tiyuyacu 地層頂?shù)撞恐饕獮殡s色泥巖、期間部分夾雜粉砂巖和砂巖、頂部及中部為礫石巖層。其中，泥巖以紅棕色和黃色泥巖為主，可鉆性為軟到中硬，呈不規(guī)則塊狀，無石灰質(zhì)巖體；次棱角到次圓狀顆粒的紅棕色粉砂巖與白色石英砂巖互層，呈不均勻分布；含有燧石結(jié)核的礫石巖顆粒從中到粗，硬度較大，并且分布極不均勻。幾乎每個層段都存在含礫砂巖，易縮徑、坍塌。

1.3 Tena 地層

主要分為以下巖性成分：黑棕色泥巖，硬度為軟到中硬；細到中顆粒紅棕色粉砂巖，硬度為中硬；地層上部及底部存在極細到細石英砂巖，呈次圓狀和次棱角狀。該層易垮塌，造成遇阻、卡鉆等，同樣下套管風(fēng)險高，遇阻頻繁。

1.4 巖性分析

X-射線衍射方法在結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，在黏土礦物研究中，X-射線衍射方法能夠定性、半定量、定量研究各種黏土礦物，而且分析迅速、簡便，并能給出大量的反映黏土礦物各方面特征的信息，因此X-射線衍射是黏土礦物分析的最有效手段之一。X-射線衍射方法分析的JE 區(qū)塊二開地層礦物組分結(jié)果（見表1）。

由表1X-射線衍射試驗結(jié)果可知，JE 區(qū)塊二開層位泥頁巖黏土礦物主要是伊蒙間層和蒙脫石，普遍含高嶺石，伊利石和綠泥石。泥頁巖的黏土礦物縱向變化主要受埋藏深度的影響，以富含伊蒙間層為特征，隨埋藏深度增加，黏土礦物有些變化，這種變化主要表現(xiàn)為蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化。非黏土礦物組分主要有石英、長石、方解石、白云石和菱鐵礦。長石是硅酸鋁，在有水和二氧化碳條件下，硅酸鋁能分解成高嶺土，因此，上部地層易水化膨脹，下部地層硬脆性增加[1]。同時非黏土礦物組成部分石英、長石、白云石、方解石、菱鐵礦和石膏之類礦物，能加劇泥頁巖井壁的機械不穩(wěn)定性，這是由于這些不膨脹的礦物包圍在黏土礦物周圍，造成膨脹壓差，引起井壁不穩(wěn)定[2]。

2 鉆井液技術(shù)難點

（1）因礫石層硬度大，分布不均勻等情況，在進入礫石層后多采取相對保守的鉆進參數(shù)，把鉆壓、排量、鉆具轉(zhuǎn)速等適當(dāng)降低，防止鉆頭過度磨損。即使這樣也不能保證一個鉆頭能鉆穿，有時機械鉆速（ROP）會低于3 m/h（正常平均機械鉆速＞20 m/h），嚴(yán)重影響建井周期。

（2）在鉆穿礫石層后，起下鉆通井、下套管遇阻甚至卡鉆是該段存在的主要問題，因此，解決礫石層遇阻問題成為JE 地區(qū)鉆井液核心技術(shù)。JE 8 井發(fā)生套管遇卡事故，JE 33 井發(fā)生通井卡鉆事故，都是發(fā)生在下礫石層底部。

（3）由于Orteguaza、Tena 等層位都存在軟泥巖，易于水化分散，使井眼內(nèi)泥質(zhì)或固相含量大增，滑動鉆進中易吸附于鉆頭表面造成鉆頭泥包。井壁上形成巖屑床，或泥漿中劣質(zhì)固相不能及時清除導(dǎo)致黏切過高，泥餅粗糙，摩阻大造成滑動托壓。

（4）二開井段采用滿眼鉆具組合，扶正器、螺桿、無磁等尺寸大，如果井壁失穩(wěn)，加上礫石層本身結(jié)構(gòu)松散，易發(fā)生卡鉆事故（見圖1）。

表1 厄瓜多爾JE 區(qū)塊二開地層礦物組分

圖1 JE 地區(qū)井塌掉塊（左：頁巖右：煤層）

3 鉆井液技術(shù)思路

針對二開地層特點，以強化鉆井液體系的防塌封堵能力為重點。根據(jù)國內(nèi)外對頁巖力學(xué)分析的結(jié)果，在大斜度穿越長段頁巖時，維持井壁穩(wěn)定應(yīng)著重立足于控制液相侵入量及侵入深度[3]。針對多種單項鉆井液進行匹配，引入潤濕反轉(zhuǎn)技術(shù)、固相粒度分布調(diào)節(jié)技術(shù)，瞬時失水控制技術(shù)，使鉆井液在發(fā)生濾失時迅速形成致密、柔韌的親油性泥餅，有效填充、封堵鉆開新井眼所形成的微裂縫，短時間內(nèi)即可阻止液相侵入[4]。該體系的基本配方如下：基漿+0.5 %～1 %G 抑制劑+0.3 %～0.5 % 封堵劑+1 %潤滑劑+0.5 %乳化石蠟+CaCO3（見表2）。

取Tena 層位巖屑，碾碎，烘干，備用。然后用智能頁巖膨脹儀測定該烘干巖屑的線性膨脹量，進一步驗證強抑制成膜鉆井液對Tena 泥巖的抑制能力。

從表3 可以看出，Tena 巖屑樣品在清水中的膨脹量為2.2 mm，膨脹率為10.4 %；而在GAP 鉆井液中膨脹量僅有0.22 mm，膨脹率1.6 %，說明該鉆井液抑制性優(yōu)于復(fù)合鹽水鉆井液。

3.1 重視預(yù)防PDC 鉆頭泥包

二開多選用5 刀翼或者6 刀翼的PDC 鉆頭，地層泥巖多，鉆壓大，存在較高的鉆頭泥包風(fēng)險。一旦出現(xiàn)因鉆頭泥包引起的起下鉆，造成非生產(chǎn)時間。在鉆進期間，保持鉆井液性能相對穩(wěn)定，調(diào)整性能盡量以膠液形式補充，緩慢添加聚丙烯酰胺膠液。每打完一柱劃眼時，提高泵的排量和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。

3.2 Tiyuyacu 的防卡潤滑措施

進入礫石層后，開始控制參數(shù)鉆進，降低鉆壓和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，防止PDC 出現(xiàn)掉齒。通過調(diào)整鉆井液中的組分，形成薄、致密、光滑的泥餅，同時加入潤滑劑來實現(xiàn)低摩阻和扭矩。強化四級固控的使用，嚴(yán)格控制有害固相，含砂量小于0.3 %，篩布要求在120～140 目，泥漿要100 %過振動篩。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2019 年11 月14 日9:00 開始組合二開鉆具組合，采用311.15 mm 鉆頭二開鉆進，鉆遇Orteguaza、Tiyuyacu、Tena 層位，于11 月18 日22：00 鉆至2 782.8 m二開完鉆，實現(xiàn)了一趟鉆完鉆的目的。11 月19 日22:00開始下套管，歷時13 h 于11 月20 日11：00 下套管至2 777.6 m，順利固井，二開結(jié)束。

二開鉆井液體系以強化封堵性為重點。針對含有大段易水化造漿活性泥巖和易水化膨脹垮塌頁巖的Orteguaza 地層，一方面通過合理的鉆井液密度，以力學(xué)平衡保證鉆井液液柱壓力大于地層坍塌壓力的技術(shù)措施穩(wěn)定井壁[5]；另一方面加強了鉆井液化學(xué)抑制和物理封堵的性能，將鉆井液API 失水控制到5.5 mL 以內(nèi)，以雙管齊下多元協(xié)同的技術(shù)措施有效克服了泥巖造漿和井壁穩(wěn)定技術(shù)難題。在二開泥巖地層，緩慢往體系補充PHPA 膠液，不但絮凝分散在鉆井液體系中的黏土顆粒以便于固控設(shè)備清除，而且PHPA 聚合物大分子鏈吸附在井壁泥巖表面，K+通過鑲嵌作用進入黏土層間，阻止泥巖水化分散造漿，穩(wěn)定井壁，增強了泥餅的潤滑性，降低摩阻和扭矩，一舉多得。通過以上一系列措施，控制了失水及MBT 含量，降低了地層造漿趨勢，穩(wěn)定了復(fù)雜地層，保證了井眼穩(wěn)定和安全，快速鉆井施工[6]。

表2 GAP 鉆井液體系性能

優(yōu)化措施：

（1）在易造漿、易縮徑地層鉆進時，重點是強化封堵性。重點控制失水量，配PHPA 溶液，定期向體系內(nèi)補充，控制MBT。這一井段的主要工作是保證井下穩(wěn)定和井眼清潔，在Orteguaza 地層鉆時非常快，保證良好的潤滑性保證滑動鉆進。

（2）在Orteguaza 和Tiyuyacu 頁巖層，泥漿中添加不同粒徑碳酸鈣、SMP-1 和G319 降低失水，改善泥餅質(zhì)量，提高鉆井液架橋和防塌能力，防止漏失。Tiyuyacu地層泥巖造漿性強，加大聚合物和清潔劑的加量，增強鉆井液的潤滑性，改善鉆井液流變性。

（3）逐步提高鉆井液黏度和密度，提高鉆井液攜砂能力，從力學(xué)上平衡地層壓力，漏斗黏度維持在35 s～50 s，密度1.20 g/cm3～1.27 g/cm3，維持1.25 g/cm3的密度直到完鉆，完鉆后提密度至1.27 g/cm3，間斷性開離心機，降低體系中的劣質(zhì)固相的含量。

5 結(jié)論

現(xiàn)場施工以控制體系失水和封堵性為重點，很好地完成了二開鉆進、下套管任務(wù)，實現(xiàn)了二開一趟鉆的目標(biāo)。該區(qū)塊二開要鉆穿Orteguaza、Tiyuyacu 和Tena層，頁巖、易水化的紅色泥巖等不穩(wěn)定地層較多。根據(jù)以前經(jīng)驗，繼續(xù)沿用加強封堵性，降低體系失水的鉆井液處理思路。以PAC-LV、G319 和WAS-1 作為主處理劑，搭配使用。在礫石層時，把API 失水降低到5.5 mL以后，形成的泥餅薄而韌，有效封堵礫石層，保證了下套管的順利。

二開提密度充分利用地層造漿的特性，很大程度上減少了石灰石等加重材料的用量，具有良好的借鑒意義。WAS-1 的降失水效果突出。所用全部材料為環(huán)保型材料，符合當(dāng)?shù)卣咭螅沤^了因鉆井液而造成的對熱帶雨林的環(huán)境污染。