渤海科探井鉆井液工藝技術研究與應用

文杰

渤海灣渤中油田BZ21-2-1井是渤中凹陷設計較深、層位較全的一口科學探索井，該井是渤中21-22構造上的一口預探井，也是總公司在渤海灣的第一口高溫高壓深井，地質條件異常復雜，明化鎮組地層活性強，泥巖坍塌周期短;館陶組地層裸眼段長，地層易漏;東營和沙河街組窄密度窗口薄弱層和高壓地層并存，且地層溫度高，該井屬于渤海迄今為止所鉆遇最深井，實際完鉆井深5141m;且該井屬于高溫高壓井，井底最高溫度≥170℃，預測最高壓力系數為1.65。根據臨近已鉆井資料顯示：該區塊東營組上漏下塌、且東營、沙河街屬高壓層;采用常規的聚合物鉆井液在高溫條件下處理劑易失效，鉆井液性能難以控制，從而加劇井下復雜。

因此，為了滿足BZ21-2-1高溫高壓井井段鉆井要求，油化事業部塘沽基地采用抗高溫鉆井液處理劑構建了一套適合高溫高密度的PDF-THERM 鉆井液體系，該鉆井液體系具有具有良好的抑制性能、潤滑性，可有效抑制粘土礦物的水化分散，防止東營及沙河街組泥巖縮徑、跨塌;具有良好的失水造壁性、熱穩定性能，滿足了BZ21-2-1井現場高溫高壓鉆井施工的需要。

1PDF-THERM 鉆井液體系的構建

針對渤海地區高溫高壓井現場鉆井過程中所面臨的問題，油化事業部塘沽基地通過分析總結和大量的室內試驗，研究構建形成了PDF-THERM鉆井液體系。

選用PF-STB HT作為高溫穩定劑，在高濃度甲酸鉀溶液中可以形成網狀結構，提高動切力、靜切力，還有利于形成泥餅。選用聚合醇PF-JLX T和甲酸鉀降低鉆井液活度，提高鉆井液抑制性。降濾失劑選用具有抗鹽、抗高溫性能的磺化褐煤樹脂類和磺化酚醛樹脂類復配使用。封堵劑選用不易對地層造成傷害的成膜封堵劑PF-LPF（H）和PF-DFL HT。

體系基本配方為：海水+2～4%膨潤土+0.3～0.5%燒堿+0.2%Na2CO30.5～3%

PF-STB HT+1～3%PF-SMP HT+1～3%PF-SPNH HT+1～3%PF-LPF（H）+ 1～2%PF-DFL HT+2%PF-JLX T+5～7.5% KCl+5～10%PF-COK+重晶石+潤滑劑。

室內配制鉆井液在180℃條件下熱滾16h測試性能，室內所配鉆井液的性能如表1：

2現場高溫高壓井段應用

PDF-THERM鉆井液體系應用在渤海科學探索井BZ21-2-1井的8-1/2″井段，井深從3956m至4881.5m，所鉆層位歷經東二段、東三段、沙一段、潛山組。其中存在兩短易垮塌的玄武巖，4402m-4410m的灰巖玄武巖和4520m-4528m的安山玄武巖，以下為該井三個地層壓力預測剖面。

鉆井液基本配方： 1.5%海水膨潤土漿+0.4%NaOH+0.3%Na2CO3+0.3%PF-PAC-LV+0.6%PF-STB HT+1.75%PF-SMP HT+1.75%PF-SPNH HT+2.0%+PH-LPF（H）+1.0%PF-DFL HT+2%PF-JLX T+5%KCl+10%PF-COK+1.5%PF-LUBE+重晶石。

（1）鉆井液具有良好的流變性能 ?鉆進過程中高溫流變性能容易控制，密度1.57g/cm3，能維持較低的粘度，鉆進過程中典型鉆井液性能如表2：

根據以上實驗數據，說明了該體系有良好的流變性能，現場使用情況來看，鉆井液靜止3天后，鉆井液沒有因為靜止時間長而變稠，開泵打通后，返出的鉆井液流變性基本與靜止前相同。根據現場現象和鉆井液性能數據可以充分證明該體系剪切稀釋性能很好，有良好流變性能。

（2）鉆井液具有良好的失水造壁性能 ?該體系在井底溫度170℃、井口返出溫度65℃的環境下，鉆井液常溫API失水能控制在1.6ml，120℃高溫高壓失水可以達到7.2ml，而且常溫API失水能迅速失水，泥餅質量薄而韌。泥餅質量如圖1和圖2。

（3）鉆井液具有良好的防塌性能、穩定井壁作用 ???該井在12-1/4”井眼中東二下3700m-3956m井段，下套管前通井，起下鉆劃眼有困難段，反復劃眼。而8-1/2”井段采用的是PDF-THERM鉆井液體系，不僅在東二段起下鉆沒有任何阻掛現象，而且在易塌的4402m-4410m的灰巖玄武巖、在4520m-4528m安山玄武巖井段起下鉆也沒有問題。充分的證明了PDF-THERM鉆井液體系在高溫高壓情況下能很好的起到穩定井壁作用，有良好的防塌性能。起下鉆劃眼曲線對比如圖3和圖4。

（4）鉆井液良好的抗溫性能 ??該體系在BZ21-2-1井應用過程流變性能良好，失水一直很小，說明在鉆進以及起下鉆過程中抗溫性能良好。

通井循環結束后電測，起鉆前井底墊了300m（4881-4551m井段）稠鉆井液（配方：井漿+1%PF-LPF（H）+1%PF-DFL HT+1%PF-STB HT）。

第一趟電測下到底測得井底溫度151℃（靜止時間18.5h），第二趟電測下到底測得井底溫度170℃（靜止時間29.5h），由此看來，井底溫度不低于170℃。

靜止70.5h后，隨鉆測壓循環時，不同井深的鉆井液性能如表3：

由此看來， PDF-THERM體系在溫度170℃靜止70h以上性能基本沒什么變化，體現出了該體系良好的高溫穩定性能。

由表4可以看出，返回井漿在200℃經過長時間熱滾后仍然能夠保持一定的性能，尤其是失水數據優良，而且在補充抗溫穩定劑后能夠達到更加優異的性能指標，說明PDF-THERM體系在抗溫性方面仍然有很大的提升空間。

3結論

（1）該體系引進了有機鹽PF-COK作為抑制劑，有機酸鹽對處理劑的影響不大，且對鉆井液性能的破壞作用較大地低于同濃度的無機鹽（如KCl），維持鉆井液性能比較容易，對其它處理劑抑制性的降低不大，從而使鉆井液抑制性的整體水平有較大提高。

（2）PF-COK與聚合醇PF-JLX T配合使用，可以降低鉆井液活度，抑制性進一步提高到其它鉆井液達不到的程度，有效的解決水敏性地層的井壁穩定問題。

（3）該體系使用了高溫穩定劑PF-STB HT有很好的護膠降失水作用，使得鉆井液有良好的失水造壁性能，為井壁穩定打下了夯實的基礎。

（4）該體系使用了抑制劑PF-JLX T也有良好的潤滑性能，能很好的調節高密度鉆井液的流變性能，能明顯降低高密度高固相鉆井液固相—固相、液相—液相、固相—液相之間的摩擦力。

（5）PDF-THERM鉆井液體系對于BZ21-2-1科學探索井8 1/2”井段的順利完成起了關鍵性作用，開創了渤海灣高溫高壓鉆井液體系的先河，對于渤海灣高溫高壓井作業具有里程碑的意義。

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