塔中油田西部區塊目的層鉆井液復雜處理工藝

孫 俊，祝學飛，付 強，徐思旭，嚴 羿，查凌飛，黃念義

（1.川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒 841000；2.川慶鉆探工程有限公司工程技術處，四川成都 610500）

塔中油田西部區塊是指以塔里木油田沙漠公路為分界線，1 號公路向西方向深入，其目的層碳酸鹽儲層奧陶系鷹山組、良里塔格組埋藏深度在6000～7000m以上，油氣藏巖性總體上劃分為灰巖類、白云巖類以及過渡類型，儲集空間類型主要有孔、洞、縫三大類，地震反射特征以串珠反射為主[1]。由于裂縫、孔洞發育，惡性井漏井次井液面距井口達到幾百米甚至上千米，單井漏失鉆井液多則接近6000m3，近四年開發原則為鉆遇漏失或放空性漏失不再進行堵漏，強鉆5～10m后即完鉆進行后期作業，總體漏失量相對較EPC 項目時期的串珠狀開發模式下降。隨著井漏的發生，地層帶有H2S的天然氣流體進入井筒氣侵污染鉆井液，目的層伴生酸性CO2氣體隨之進入井筒污染鉆井液，輕則流變性變化，重則雙重污染形成果凍凍膠，給鉆井液維護處理帶來困難，某些區塊地層存在異常高壓，鉆進瞬間出現井口高套壓現象，結合近四年該區塊鉆井情況分析逐一進行分析。

1 地層漏失

1.1 漏失統計

本區塊井漏屬于地質因素，多口井在儲層鉆進過程中出現惡性井漏，根據碳酸鹽巖儲層地震資料與惡性漏失井次的情況分析，原因是鉆遇了裂縫—孔洞發育帶或大型洞穴的天然漏失通道，因孔洞與裂縫無任何膠結物，地層漏失壓力為零或負值，導致鉆井液出現失返性漏失[2]。近四年統計有70口井目的層總計漏失鉆井液總量77882m3，平均單井漏失1112.6m3，漏失密度范圍1.08～2.05g/cm3，漏失井次63.6%，單井最高漏失量為5711.2m3，漏失井次主要集中在ZG433、ZG511、ZG58等井區，其中因嚴重井控險情應急向井筒反推密度1.18～2.05g/cm3的鉆井液3024m3。

1.2 漏失對策

采用管網式管理建設一套行之有效的鉆井液井漏復雜的保障系統，同時涵蓋鉆完井液的回收利用與快速配制，為井漏復雜成功處理贏得時間。一是目的層鉆進前，地面儲備1.5 倍井筒容積鉆井液，備用充足的配漿基礎材料土粉、燒堿、純堿、加重劑、磺化材料、淡水，根據漏失情況進行生產自給自救；二是依托鉆井液代儲點轉運儲備鉆井液進行輸血型補償漏失井次，要求項目部鉆井液管理人員加強代儲點鉆井液管理，建立臺帳，知悉密度范圍與方量、性能情況、維護情況，同時掌握拉運罐車數量、司機健康狀況、行車路線、拉運距離等，做到無縫銜接，達到了成本結余和環保的雙豐收；三是特殊井次啟動裝備與人員應急預案，將應急循環系統等設備拉運至現場進行現場配制；四是特殊情況下兄弟隊伍幫扶，TZ721-2X井兄弟單位配制1.25～2.00g/cm3的鉆井液2620m3，ZG113-6井期間兄弟隊伍配制1.95g/cm3的鉆井液480m3，極大地縮短了應急響應時間。

2 高含H2S的天然氣侵入

2.1 H2S的化學特性、危害

H2S 是一種無機化合物[3]，密度大于空氣，是一種無色、易燃的酸性氣體，低濃度時顯臭雞蛋味。井漏發生后，環空液面迅速下降，井筒液柱壓力隨之降低，地層流體侵入井內，含有H2S 的天然氣隨之進入造成嚴重的井控險情。硫化氫呈弱酸性，首先削弱鉆井液的pH 值，使鉆井液膠體功能下降，重則使鉆井液變為果凍凍膠狀失去流動性，對鉆具腐蝕形成氫脆破壞，造成井下管柱突然斷落等事故[4-5]。

2.2 高含H2S的天然氣侵入的處理

一是采用除硫劑+高pH值預防模式。新配井漿一次性加入1%除硫劑，目的層為良里塔格組的井在A點之前提前50m按3%加量一次性，目的層為鷹山組的井提前50m 按5%加量，鉆遇非設計顯示的井，未見硫化氫顯示按2%加量進行。循環及鉆進期間維護處理安膠液用量等濃度持續均勻補充除硫劑，同時必須加強出口硫化氫監測，出口鉆井液顏色變黑及鉆井液pH值低于11 的情況需加大除硫劑的補充量，保持pH 值≥12。地面儲備有效容積100m3除硫劑含量為5%的鉆井液應急備用，管理要求井場儲備除硫劑20t以上并按甲方要求建立臺帳。

二是采用高粘度抗溫凝膠段塞封縫堵氣技術。當硫化氫嚴重侵入需增加安全作業時間采用此方法，地面清潔罐配制凝膠：井漿+3%凝膠增粘劑（有效量15～30m3），起鉆前或根據需要泵入井底，在井下形成段塞隔斷氣層出氣制止和減緩氣層氣體進入井筒和已進入井筒的氣體滑脫上升，增加安全作業時間，根據統計分析，此方法能增加安全時間15～20h左右，井底130℃高溫降解緩慢，回收重復利用率高，為窄密度窗口地層起下鉆安全有效提供了技術保障。

3 CO32-與HCO3-污染

鉆井現場按照GB_T16783.1-2014(1)對鉆井液進行性能測試與濾液離子分析[6]，所鉆井均出現CO32-與HCO3-污染情況，污染源即儲層中伴生的陰離子型氣體。

3.1 鉆井液污染現象與危害

CO32-與HCO3-在鉆井液中均屬有害離子，濃度總和超過2370mg/L 時即開始出現污染表象[7-8]。鉆井液氣泡較多、流變性Φ6與Φ3讀數上升較快、造成漏斗粘度和切力升高、FLAPI、FLHTHP濾失量明顯上升、濾液pH值下降、泥餅蜂窩狀氣孔較多。嚴重污染過渡槽槽面為癩蛤蟆皮膚狀、流態緩慢脫氣困難、密度失真、影響泥漿泵上水，甚至流變性失去控制，密度失真造成井漏與井控風險。

3.2 污染預防與處理

CaO 處理模式。目的層新配鉆井液陰離子污染以預防為主，配漿過程中加入0.2%～0.3%CaO，保證體系Ca2+儲備濃度500～800mg/L，充分發揮其穩定體系與防止污染的雙刃劍作用。污染初期濾液Ca2+濃度會出現急劇下降現象，在室內小型試驗的基礎上井漿引入0.1%～0.2%CaO，通過生石灰提供Ca2+與CO32-反應生成CaCO3↓將CO32-除去。維護處理一是控制體系MBT 含量在合理范圍，否則引入生石灰后絮凝造成粘切急劇上升；二是生石灰加量應為CO32-含量與HCO3-轉換成CO32-含量二者的總和，應保證體系燒堿或鉀堿提供的pH 值對HCO3-進行轉換；三是應避免生石灰加入后生成的Ca(OH)2會使濾液pH 值升高造成誤導而不再引入燒堿或者鉀堿，生石灰加入方式在過渡槽采用濾網桶沖水方式加入。

CaCl2氯化鈣處理模式。ZG113-6 井控壓側鉆過程中CO32-與HCO3-嚴重污染，在不間斷加入生石灰的條件下，仍出現處理速度小于污染速度情況，泥漿泵泵壓極不穩定難以保證正常生產。通過引入0.15%含量強電解質高溶解度的CaCl2處理劑，將其配成水溶液均勻緩慢加入，兩個循環周后鉆井液流態即恢復正常。維護處理應注意加入切忌過猛過快，因CaCl2較CaO能提供更多游離的Ca2+，避免造成泥漿泵上水困難致控壓鉆進期間井控險情的發生。

提高體系自身抗污染能力。保持體系中氯化鉀和陽離子等電解質抑制劑含量，一方面鉀離子和陽離子會對鉆井液中的粘土進行抑制，防止其過度水化分散，另一方面應保持體系中具有強水化吸附官能團類抗高溫類處理劑的含量，提高體系抗鹽抗溫性能，使其粘土顆粒表面形成更穩定的擴散雙電子層，對膠體的高溫去水化作用進行保護，使體系更加穩定，提高體系抗污染能力。ZG 區塊嚴重污染井次CO32-與HCO3-含量、生石灰氯化鈣用量統計見表1。

表1 ZG區塊嚴重污染井次CO32-與HCO3-含量、CaO與CaCl2用量統計表

4 井口高套壓

塔中區塊碳酸鹽巖奧陶系儲層裂縫發育條件復雜，開度為20～400μm的小裂縫和微裂縫占50%左右，某些小區塊存在異常高壓地層，鉆進過程中地層流體壓力平衡系統被迅速打破失衡的現象時有發生，瞬間形成井口高套壓，極大地增加了井控風險，以中古113-6井為例進行搶險案例介紹。

4.1 異常經過及處理過程[9-10]

中古113-6 井使用1.23g/cm3的鉆井液171.45mm鉆頭鉆進至7241.4m，地層層位奧陶系鷹山組，鉆具懸重從192t 突然降至130t，立壓22↗26MPa，錄井儀器H2S顯示0ppm，井口鉆井液從防溢管溢出，司鉆立即發出溢流報警信號、停泵、上提鉆具至井深7233.78m 關井，2min關井成功，關井后立壓26MPa(雙浮閥、井口旋塞已關)，套壓由0迅速飆升至38MPa，并呈繼續上升的趨勢至44MPa穩定，核實溢流量14.4m3。

溢流關井后甲乙方逐級匯報，啟動油田應急預案，同時每半小時更新現場報送信息。乙方勘探公司立即啟動人員、設備、物資、交通、消防應急預案，結合區塊本公司兄弟隊伍情況，在4h內將4個生產班建制人員、正壓式呼吸器60套組織到位，2000型壓裂車4臺、罐容200m3的應急鉆井液循環罐、鉆井液轉運車、螺桿泵等搶險應急物資11h 組織到位，現場配制壓井液250m3。油田公司及乙方井控專家組根據井口防噴器組、節流壓井管匯額定工作壓力，臨井H2S 含量、溢流量、溢流物性質等分析計算，溢流物占環空液柱高度816m，折算地層壓力系數1.77，確定壓井液密度為1.92g/cm3采用壓回法壓井。

環空反擠施工：壓裂車試壓穩壓正常后，環空反擠密度1.92g/cm3的鉆井液75m3、2.00g/cm3（為防止在施工過程中井底段氣侵嚴重采用附加重漿帽方式）的鉆井液47m3，排量8～24L/s，套壓44↑52↓0MPa，施工完畢停泵套壓為0MPa。水眼正擠施工：壓裂車試壓穩壓正常后，水眼正擠密度1.92g/cm3的鉆井液33m3，排量8～9L/s，立壓44↘2.7MPa，套壓0MPa，施工完畢停泵立壓0MPa，開井觀察出口無外溢，溢流復雜解除，井口高套壓解除，從發生險情至解除歷時20.7h。

原因分析：鉆遇地層異常高壓氣藏，預測地層壓力系數與實鉆相差太大，實鉆鉆井液密度不足以平衡地層壓力是本次溢流的直接原因。奧陶系下步地層不確定性大，應加強地層壓力預測，為鉆井液密度選擇提供依據。

本次高套壓事件發生后，公司采取目的層現場專職井控專家駐井把關制度，制定目的層鉆井方案和應急預案，溢流發生后在井控專家的指揮下進行壓井作業，同時泥漿工雙崗制加強坐崗；本區塊進入目的層前100m井口鉆具安裝靜壓力為35MPa的旋轉控制頭，升級井控裝備等級，油氣層活躍井段控壓控時鉆進有效降低井控風險，充分發揮人與井控裝備的作用，在第一時間第一反應控制住井口，建立全過程積極的井控理念，深化地層認識與壓力預測，為選擇合理的鉆井液密度提供依據，防止溢流發生，做到發現懷疑溢流關井檢查，發現溢流立即關井。

5 認識與結論

（1）通過代儲鉆井液輸血型補償漏失井次，兄弟隊伍配漿幫扶結合自身生產自救，采用管網式管理建設一套行之有效的鉆井液井漏復雜的保障系統，為井漏復雜成功處理贏得時間。

（2）除硫劑+高pH值模式，高粘度抗溫凝膠段塞封縫堵氣技術，緊急情況推回法能有效解決含H2S 的天然氣侵污鉆井液和侵入井筒。

（3）CaO+CaCl2中和陰離子模式能有效解決鉆井液陰離子CO32-/HCO3-污染。

（4）目的層井控專家24h 駐井把關制度，全過程積極的井控理念對井控險情的發生有著良好的預防作用。