富源201–3X超深定向井鉆井液技術

邱春陽，王其星，楊世鑫，張翔宇

（中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000）

富源201–3X井位于塔里木盆地塔北隆起輪南低凸起南斜坡，是富源201斷裂帶北段的第一口定向井。該井設計斜深7 233.00 m，垂深7 155.00 m，實際完鉆斜深7 181.00 m，垂深7 161.47 m。目的層為一間房組，鉆探目的是建成一定的產能，提高儲量控制程度，落實構造、儲層、流體分布，為油氣藏開發方案的優化調整提供依據。

該區塊地質構造復雜，前期鉆進過程中，使用聚磺防塌鉆井液體系，該體系的抑制性和封堵性弱，致使起下鉆過程中阻卡嚴重，而且給儲層帶來一定損害，鉆井液技術實施難度大。使用鉀胺強抑制防塌鉆井液體系，配合相應的現場維護處理工藝，順利鉆至目的層，試油效果好，達到了優質高效鉆井的目的。

1 地質工程簡況

富源201–3X井所在區塊二疊系及奧陶系斷層發育。地層自上而下發育第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系。富源201–3X井采用三開制井身結構。一開采用φ406.4 mm鉆頭鉆進至井深1 504.5 m，下入φ273.05 mm套管至井深1 504.50 m；二開采用φ241.30 mm鉆頭鉆進，至井深6 820.00 m開始造斜，鉆至井深7 083.00 m中完，下入φ200.03 mm技術套管至井深7 080.89 m；三開采用φ152.40 mm鉆頭鉆進至井深7 181.00 m完鉆，裸眼完井。

2 鉆井液技術難點

（1）上部地層膠結疏松，壓實性差，機械鉆速快，使用φ406.40 mm鉆頭鉆進，產生的巖屑量大。如果鉆井液體系不能及時將巖屑攜帶出井眼，會造成鉆頭重復破碎，降低鉆井時效。

（2）白堊系發育砂巖和泥巖互層。泥巖吸水后膨脹分散，造成縮徑，導致起下鉆阻卡。砂巖滲透性強，吸水后膠結強度低，導致其上覆的泥巖因失去支撐而垮塌，最后造成連鎖垮塌。

（3）二疊系斷層發育，地層破碎，火成巖和凝灰巖硬脆，施工中易發生硬脆性垮塌和破碎性垮塌；地層發育復雜孔隙，施工中容易發生井漏。鄰近的3口井均發生了井漏，平均漏失鉆井液200 m3以上，滯緩勘探與開發進程。

（4）三疊系發育大段泥巖，泥巖地層中膠結物為黏土礦物，黏土礦物吸水后，地層膠結強度降低，在外力作用下容易發生錯動，造成井塌。

（5）二開裸眼段長達5 500.00 m，裸眼段上部地層和下部地層巖性差異大，地層壓力不同，鉆井液維護和處理方式不同。同時，裸眼段長，施工周期長，裸眼段受鉆井液浸泡時間長，井壁穩定難度加大。

（6）奧陶系發育斷層，地層裂縫和孔隙發育，施工中易發生漏失。采用φ152.40 mm鉆頭鉆進，環空間隙小，井底環空壓耗大，加劇了井漏的風險。

3 鉆井液體系

3.1 基本性質

（1）抑制性強。能夠抑制泥頁巖中黏土礦物的水化膨脹及分散，保持地層巖石的原始強度，防止井壁坍塌。

（2）封堵性好。能夠對地層孔隙及裂縫進行封堵，特別是對斷層和破碎帶進行封堵，保持井壁穩定。

（3）潤滑性好。能夠降低定向鉆井過程中產生的摩阻和扭矩，保證起下鉆順暢，防止發生阻卡等復雜情況。

3.2 處理劑的選擇

調研國內超深井[1–6]鉆井液技術，考察國內外先進鉆井液體系[7–12]使用情況。根據鉆井液體系選擇要求，針對富源201–3X井地層巖性特點及鉆井液施工技術難點，選擇胺基聚醇和KCl作為鉆井液體系的抑制劑，鉀胺強抑制防塌鉆井液體系是在胺基高性能鉆井液體系中加入KCl而形成的高效抑制鉆井液體系。KCl 中的 K+水化半徑大小與黏土礦物晶層間距相當，因此，K+可以嵌入黏土礦物的晶層之間，阻止水分子進入晶層[13–14]。胺基聚醇不但能夠嵌入黏土晶層間，還能夠在壓差下進入地層孔隙和微細裂縫，穩定井壁，保護儲層[15–16]。選擇磺化瀝青和超細碳酸鈣作為封堵劑，采用柔性粒子和剛性粒子相結合，能夠有效封堵地層孔隙和微細裂縫，提高井壁穩定效果；選擇白油潤滑劑增強體系的潤滑性，白油潤滑劑由小分子油復配而成，本身運動黏度低，加入后不會隨著溫度降低而導致鉆井液變稠，對鉆井液流變性不會產生太大影響[17–19]。

3.3 配方

優化鉆井液體系配方，最后得出鉀胺強抑制防塌鉆井液體系配方為：（3.0%～5.0%）膨潤土+（0.5%～1.0%）燒堿+（0.3%～0.4%）聚丙烯酸鉀PAM+（0.5%～1.5%）胺基聚醇+（5.0%～10.0%）KCl +（2.0%～4.0%）磺化酚醛樹脂SMP–2+（2.0%～4.0%）磺化褐煤SPNH+（2.0%～5.0%）磺化瀝青+（2.0%～5.0%）超細碳酸鈣+（0.5%～1.5%）抗高溫乳化劑+（3.0%～5.0%）白油潤滑劑。

4 現場鉆井液施工工藝

（1）采用8.0%膨潤土漿開鉆，使用膠液（配方：0.3% NaOH +0.4%KPAM+0.8%胺基聚醇）維護鉆井液性能。至2 600 m左右，加入KCl和聚磺處理劑，Cl-濃度控制為25 000～28 000 g/L，增強鉆井液的抑制能力，防止泥頁巖水化。

（2）上部地層（0～2 000.00 m），鉆井液采用低黏、低切及低固相流型鉆進，輔助工程高排量，適當沖刷井壁，提高機械鉆速。鉆至2 000.00 m深度后，適當提高鉆井液黏度和切力，控制鉆井液流型為層流，在保證懸浮攜帶巖屑的基礎上，合理控制鉆井液流變性，防止產生過大環空壓耗造成井漏。

（3）用磺化酚醛樹脂和褐煤樹脂控制鉆井液濾失量。上部地層放寬鉆井液濾失量的控制，鉆至2 600.00 m時，中壓濾失量逐漸降低至8 mL左右；鉆至井深5 000.00 m后，中壓濾失量控制在5 mL以內，高溫高壓濾失量控制在12 mL以內，可減緩泥頁巖水化。

（4）上部地層鉆進過程中加入超細碳酸鈣，封堵疏松地層。進入二疊系后，一次性加入2%磺化瀝青和3%超細碳酸鈣，使鉆井液能夠在井壁上形成薄而致密的泥餅，封堵地層孔隙和微細裂縫。定期混入預水化膨潤土漿，在保證鉆井液體系流變性穩定的基礎上，提高泥餅質量，提高鉆井液的封堵能力。

（5）鉆進中注意觀察起下鉆摩阻和轉盤扭矩變化情況。當摩阻和扭矩增大時，通過短起下鉆，刮掉粘附在井壁上的虛泥餅，鉆至井深5 000.00 m后，加入1.0%白油潤滑劑；造斜前，一次性加入2.0%白油潤滑劑，并隨著井斜的增大而增加其含量，保證鉆井液體系的潤滑性，降低摩阻和扭矩。

（6）根據地層壓力監測和振動篩返砂情況逐漸提高密度，密度控制在設計下限。到三疊系時，密度逐漸提高至設計上限，依靠鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，防止長裸眼井段垮塌。

（7）合理使用固控設備，四級固控設備使用率達到100%。鉆至井深2 600 m后，振動篩、除砂器和除泥器使用率保證100%。間斷開動離心機，去除體系中低密度劣質固相，保證流變性穩定。

（8）工程上，堅持劃眼和短起下鉆制度。每鉆完一個單根進行劃眼，每鉆進200.00 m進行短起下鉆，發現遇阻反復活動鉆具，直到暢通后方可上提或下放。控制起下鉆速度，防止產生過大的激動壓力而造成井壁失穩。

（9）完鉆后，進行短起下鉆。下鉆到底后，充分循環鉆井液，配制高黏切鉆井液凈化井眼。待振動篩無返砂后，配制潤滑封井漿封井，保證后續作業順利。鉆井液性能控制情況見表1。

表1 鉆井液性能控制情況

5 結論和建議

鉀胺強抑制防塌鉆井液體系抑制性強，封堵性好，解決了白堊系砂泥互層導致的井塌難題；解決了二疊系大段泥頁巖水敏性垮塌的難題，施工中井壁穩定，起下鉆暢通無阻。

（1）鉀胺強抑制防塌鉆井液體系流變性好，懸浮攜帶能力強，輔助工程措施，巖屑能夠及時被攜帶出井眼，振動篩返砂正常，返出的巖屑棱角分明，分選性好，無二次研磨痕跡。

（2）中完及完井作業過程中，電測一次到底，下套管一次到底，二開5 500.00 m長裸眼井段中完作業中，電測及下套管摩阻低，井身質量好。完井電測顯示，井身質量為優秀。二開5 500.00 m長裸眼井段，井徑平均擴大率僅為9.92%；三開斜井段井徑平均擴大率為9.74%。全井平均機械鉆速為5.39 m/h，鉆井周期159.29 d，完井周期為164.96 d，取得了優快鉆井的效果。

（3）全井發現油層5層，累計18 m。試油結果顯示，3 mm油嘴放噴，日產油68.52 m3，日產氣5 556 m3，取得了良好的試油效果。

（4）二疊系和奧陶系斷層發育，且處于長裸眼井段，必須保證鉆井液體系的封堵性，合理調整鉆井液密度，以確保井壁穩定所需的力學平衡。