張民立，艾正青，王　威，李家學，張　震，梁　波，陳澤楊

（1.中國石油集團渤海鉆探泥漿技術服務公司，天津300280；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000）

高陡構造 “三高、窄窗口” 地層克深15井鉆井液技術

張民立1，艾正青2，王威1，李家學2，張震2，梁波1，陳澤楊1

（1.中國石油集團渤海鉆探泥漿技術服務公司，天津300280；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000）

張民立等.高陡構造“三高、窄窗口”地層克深15井鉆井液技術［J］.鉆井液與完井液，2016，33（5）：25-29.

克深15井是塔里木油田庫車坳陷克拉蘇構造帶中段克深15號構造上部署的一口重點預探井，存在塔里木山前高陡構造、斷層、大井眼、高溫、高密度、高鹽膏、窄密度窗口等工程、地質(zhì)、鉆井液技術難題。該井優(yōu)選了抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液技術，圍繞“低活度、弱水化、低的循環(huán)當量密度”等采取井壁穩(wěn)定措施，通過現(xiàn)場實際應用，很好地解決了高陡構造、大傾角、破碎地層井壁穩(wěn)定，大井眼安全快速鉆進，鹽膏層、鹽膏泥混層阻卡、縮徑，以及揭開鹽層、鹽膏層、目的層鉆進窄密度窗口漏失等一系列技術難題，實現(xiàn)了全井安全無事故，多次電測均一次成功。與使用國外油基鉆井液技術的鄰井相比，鉆井液實際應用密度降低0.05～0.08 g/cm3，體現(xiàn)了該體系強抑制、 低的循環(huán)當量密度以及流變性良好，抗高溫和抗鹽、膏、泥等污染能力強，同時該體系無毒，環(huán)境保護性能好，無熒光，利于提高固井質(zhì)量，低腐蝕，保護管串性能好等綜合技術特性，并實現(xiàn)了鉆井液、完井液一體化，提高了生產(chǎn)時效。該井的順利完鉆，進一步證明了抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液體系推廣應用前景廣闊。

高陡構造；井壁穩(wěn)定；鹽膏層；窄密度窗口；抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液；水活度；弱水化

1　工程地質(zhì)概況

克深15井完鉆井深為5 660 m，井身結構如下：一開，φ660.4 mm×204.6 m+φ508 mm×204.6 m；二開，φ444.5 mm×2 260 m+φ365.13 mm×2 260 m；三開，φ333.4 mm×3 595 m+（φ282.6 mm× 1 506 m+φ273.1 mm×1 792.9 m）；四開，φ241.3 mm×5 480.21 m+（φ196.8 mm×300 m+φ201.7 mm×1 365 m+φ206.4 mm×553 m）；五開，φ168.3 mm×5 660 m。

該井地質(zhì)概況見表1。

表1　克深15井地質(zhì)分層及巖性描述

2　施工難點分析

2.1上部高陡構造大井眼井段技術難點

克深15井上部康村組至鹽膏層頂為φ444.5 mm和φ333.4 mm 大井眼段，而且存在高陡構造，地層傾角大，2套斷層，多套大段砂礫巖貫穿其中，不整合膠結，成巖性差，地層破碎，夾層多，水敏性強，地應力變化大，對鉆井液提出了很高的要求。其施工難點主要是工程技術方面防斜與打快的矛盾非常突出，井身質(zhì)量不易控制，巖石研磨性強，鉆頭選型困難，機械鉆速很難突破，加之地層穩(wěn)定性差，起下鉆阻卡、劃眼頻繁發(fā)生，嚴重影響生產(chǎn)時效。目前看，這方面的因素是制約塔里木山前周期過長的主要原因，反而鹽膏層鉆井施工不是主要矛盾。再就是由于存在2套斷層、大段砂礫巖、泥砂巖互層，井壁剝落、掉塊、泥巖分散造漿、縮徑與漏失等多重風險共存，這是鉆井液需要解決的技術難題［1-5］。

2.2鹽膏層、目的層技術難點

克深15井鉆遇古近系庫姆格列木群膏鹽巖段處于異常高壓-超高壓系統(tǒng)之中，地層壓力系數(shù)為2.1～2.5，甚至更高，在克拉蘇地區(qū)廣泛分布古近系庫姆格列木群膏鹽層，受構造擠壓變形影響，厚度變化較大，膏鹽層從646 m到3 911 m不等，同時夾雜膏泥巖等地層。鉆井技術難點主要是，大段鹽膏層鉆進對鉆井液污染的問題，鹽膏層、膏泥巖蠕變縮徑、阻卡污染的問題，膏泥巖鉆屑分散對高密度鉆井液流變性的影響，以往施工中高密度鉆井液“抑制與分散、固相與流變性、濾失量控制與流變性”三大矛盾非常突出，傳統(tǒng)鉆井液很難解決以上問題，在施工中“加-加-放”成為常態(tài)，隨即面臨污水排放問題、廢棄鉆井液處理問題。

根據(jù)鄰井白堊系地層測試壓力資料折算，克深15井目的層壓力系數(shù)為1.76左右，屬于高壓系統(tǒng)，同時裂縫發(fā)育，泥頁巖水化膨脹，井壁失穩(wěn)問題嚴重，還有就是窄密度窗口溢漏技術難題突出，井漏、掉塊卡鉆事故、復雜頻繁發(fā)生。以往所鉆井，漏失復雜幾乎100%，堵漏復雜時效居高不下，因漏而引起的垮塌、卡鉆、劃眼等事故、復雜占相當比例。如何通過鉆井液綜合性能的調(diào)整，實現(xiàn)鉆井液使用密度的降低，進而解決“窄密度窗口”漏失技術難題，是解決一切問題的關鍵［6-8］。

3　鉆井液現(xiàn)場應用技術

3.1鉆井液體系優(yōu)選

以往解決類似克深15井施工難點，主要技術思路是采取“強包被、封堵、高密度”等技術措施，實際施工情況是由于使用高密度預解決垮塌問題，但帶來了普遍的井漏復雜發(fā)生，尤其是進入吉迪克組地層鉆進，這個矛盾非常突出。在克深15井鉆井液施工中，通過認真分析三壓力曲線，結合以往施工經(jīng)驗，通過對鉆井液配方進行改進，通過降低鉆井液濾液水活度，進而降低水敏效應、降低水化對地應力的影響程度，甚至實現(xiàn)不改變地應力的原始狀態(tài)，從而實現(xiàn)鉆井液密度的最大限度降低，以解決力學支撐與高壓差漏失的矛盾，從而解決因漏導致的阻卡、劃眼、時效低下等問題。優(yōu)選了抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液體系。

3.2分階段鉆井液應用要點

克深15井鉆井液應用基本分3個階段，3個階段均存在自身的特殊技術難點，但高密度與漏失矛盾基本普遍共存。二、三開高陡構造、大井眼段為一套配方，主要注重鉆井液的低活度、弱水化、強抑制、流變性等性能指標調(diào)控，解決高陡構造井壁穩(wěn)定、漏失難題，并注重圍繞如何提高鉆頭水馬力，實現(xiàn)快速鉆進考慮問題；四開鹽膏層段為一套配方，主要注重鉆井液的復合鹽配比、濃度及高溫高壓濾失量、抗老化能力等性能指標調(diào)控，控制鹽溶率，抑制鹽、膏過度溶解，同時又使其具有一定的鹽溶率，一般控制鹽溶率在5%～8%之間，同時具備較強的抗鹽膏污染能力，實現(xiàn)鹽膏層的安全鉆進和中途完井作業(yè)；五開為一套配方，主要注重鉆井液的抗高溫穩(wěn)定性、低活度、弱水化、抑制性以及流變性指標調(diào)控，實現(xiàn)弱水化及低的ECD值，實現(xiàn)低密度施工，解決井壁穩(wěn)定及由于ECD引發(fā)的誘導性窄密度窗口漏失矛盾。

3.3鉆井液技術

克深15井鉆井液應用性能見表2。

3.3.1二、三開鉆井液

1）鉆井液基本配方：（3%～5%）抗鹽結構劑+ （0.3%～0.5%）純堿+ （0.3%～0.8%）大分子包被劑BZ-BYJ-1+ （0.3%～0.8%）中小分子聚合物+（1%～3%）抗鹽降濾失劑BZ-KJS-1+（0.5%～3%）抑制防塌劑BZ-YFT+（0.5%～3%）抑制潤滑劑BZ-YRH+（30%～70%）復合有機鹽+加重劑。

2）鉆井液轉化。二開開鉆前，沿用一開鉆井液鉆塞，鉆塞后全面清理循環(huán)罐內(nèi)沉砂，根據(jù)基本配方配制足量的復合有機鹽鉆井液進行轉化。

3） 維護處理。技術思路是，加入足量的大分子，使其濃度保持在0.3%～0.8%，提高包被抑制能力，同時保持復合有機鹽含量在30%～70%，開始用相對低的濃度，隨著裸眼段的增長逐步提高，實現(xiàn)“低活度、弱水化、強抑制”是本開次的技術關鍵，通過“低活度、弱水化”，實現(xiàn)鉆井液應用密度的降低，進而解決高密度鉆井液穩(wěn)定井壁與漏失的矛盾。由于使用φ444.5 mm和φ333.4 mm 鉆頭鉆進，井眼大，環(huán)空返速低，要確保鉆井液有合理的動塑比，同時維持較高的切力，輔助懸浮和攜砂。

表2　克深15井鉆井液性能

日常鉆井液維護，以補充提前配制好的膠液為主，由于上部機械鉆速快、大井眼鉆井液消耗量大，膠液補充量大，為保證處理效果，處理劑要提前預水化處理，尤其是保證大分子的充分溶解分散，有條件最好配備剪切泵或2個膠液罐交替使用，水化充分后加入復合有機鹽，再通過細水長流的形式維護處理，以達到好的應用效果。各種處理劑加量依據(jù)地層巖性、工程參數(shù)、井下實際情況隨時調(diào)整，保證大分子包被劑BZ-BYJ-1和降濾失劑BZ-KJS-1等各種處理劑在鉆井液中的有效含量。尤其是要加足大分子包被劑，對鉆屑強包被以利于固控設備進行有效清除，減少由于鉆屑量多而產(chǎn)生過多的劣質(zhì)固相未能及時清除，導致重復切削，不易清除并污染鉆井液，導致泥餅質(zhì)量差，起下鉆阻卡等不良后果。在鉆進至斷層前，提前補充復合有機鹽含量至50%以上，并加大抑制防塌劑BZ-YFT、抑制潤滑劑BZ-YRH、隨鉆防滲漏劑BZ-DFT的用量，避免因受斷層影響，水化引起地應力變化導致井壁失穩(wěn)、垮塌造成井下復雜情況。中途完鉆前，維持鉆井液性能穩(wěn)定，提高全井鉆井液的抗溫穩(wěn)定性及潤滑性能，為中途完鉆電測、下套管做好準備。鉆完進尺后，充分循環(huán)帶砂，進行短程起下鉆，在確定井眼通暢、清潔情況下配制性能好的封閉液封閉底部至斷層以上復雜井段，確保電測、下套管作業(yè)的一次成功率。封閉液性能調(diào)控原則是“三高一低”。

3.3.2四開鹽膏層鉆井液

1）鉆井液基本配方。鉆井液基本配方如下。

（0.3%～0.5%）純堿+（2%～4%）抗鹽提切劑+（2%～4%）抗鹽降濾失劑+（3%～5%）抑制防塌劑+（2%～4%）抑制潤滑劑+（80%～120%）復合有機鹽（1型和2型）+加重劑

2）鉆井液轉化。沿用上開次鉆井液鉆水泥塞，鉆塞完成后一次性替入配制好的無土相抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液，充分循環(huán)、剪切至性能滿足施工要求。鉆井液轉換配方如下。

0.3%Na2CO3+4%BZ-VIS+3%BZ-KJS-3+2% BZ-YRH+3%BZ-YFT+60%BZ-YJZ-1+40%BZYJZ-2+水+重晶石

3）維護處理。該井鹽膏層段長1 885 m，且中間夾雜膏泥、鹽間軟泥等，鉆井周期長，幾百方高密度鉆井液一旦性能惡化，就要大量置換或排放，所以，日常維護處理工作非常重要，必須樹立預防為主、處理為輔的理念。日常維護采用補充膠液細水長流方式，膠液配制依次加入Na2CO3、抗高溫抗鹽降濾失劑、抗高溫抗鹽抑制防塌劑、抗高溫抗鹽抑制潤滑劑、復合有機鹽等，配制過程中始終開啟攪拌器，實現(xiàn)充分循環(huán)剪切攪拌。膠液中復合有機鹽濃度在滿足抑制性的同時，適當控制欠飽和，以實現(xiàn)5%～8%的鹽溶率為理論依據(jù)。復合有機鹽濃度一般控制在90%左右即可，根據(jù)地層巖性變化，通過調(diào)整1型、2型復合有機鹽的比例，微調(diào)各項性能指標，防止鹽層蠕變縮徑形成小井眼、甚至卡鉆情況的發(fā)生。同時針對鹽間軟泥巖、膏泥巖易分散的特點，適當加大抑制潤滑劑BZ-YRH以及BZ-YJZ-2的使用，盡可能地抑制泥巖水化分散，在維持井壁穩(wěn)定的同時減少由于低密度泥質(zhì)固相對鉆井液流變性造成影響。日常維護必須遵循細水長流且不間斷維護原則，膠液配制必須將處理劑充分水化后再加入有機鹽，混入鉆井液中起到良好的護膠作用，堅持按要求做全套性能，保持鉆井液中各處理劑有效含量，另外各種處理劑嚴禁以干粉形式加入，必須配制成膠液，高密度鉆井液維護處理這點非常重要。鉆完中途完鉆進尺以后，充分循環(huán)帶砂，短程起下鉆，在確保井眼通暢、清潔情況下配制性能好的封閉液封閉底部井段，確保電測、下套管作業(yè)的一次成功率。封閉液性能調(diào)控原則是“三高一低”，密度附加2%。

3.3.3五開目的層鉆井液

1）鉆井液配方。鉆井液配方如下：水+（0.3%～0.5%）純堿+（2%～4%）抗鹽提切劑+（2%～3%）抗鹽降濾失劑+（3%～6%）抑制防塌劑+（2%～5%）抑制潤滑劑+（60%～90%）復合有機鹽+加重劑。

2）鉆井液轉化。使用離心機最大限度地清除四開優(yōu)質(zhì)井漿中的固相以降低密度，同時補充膠液，達到稀釋護膠、調(diào)整其他性能，防止鉆塞期間水泥污染引起鉆井液稠化的目的，保證鉆井液的低活度、弱水化、強抑制、良好流變性能，努力實現(xiàn)“三低、低ECD”性能調(diào)控目標。稀釋護膠膠液配方為水+ 0.4%Na2CO3+2%BZ-VIS+1%BZ-KJS-3+1.5% BZ-KJS-2+2%BZ-YRH+3%BZ-YFT+30%BZ-WYJ2

3）維護處理。五開鉆井液維護處理主要以“低活度、弱水化”實現(xiàn)鉆井液使用密度的盡量降低，解決井壁穩(wěn)定與窄密度窗口漏失矛盾，同時注重保護油氣層。目的層鉆進在滿足井控要求的前提下，盡量走鉆井液密度下限，加強固控設備使用，鉆進期間維持復合有機鹽總含量不低于90%，充分發(fā)揮鉆井液基液活度低、弱水化、低固相等獨特技術優(yōu)勢，最大限度地實現(xiàn)好的流變性和油氣層的保護。鉆完進尺后，充分循環(huán)帶砂，短程起下鉆，在確保井眼通暢、清潔情況下配制性能好的封閉液封閉全部裸眼井段。

抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液技術在克深15井的應用，取得了很好的應用效果，與工程密切配合，全井實現(xiàn)了安全無事故，鉆井液使用密度同比降低0.05～0.08 g/cm3，較好地解決了井壁穩(wěn)定、窄密度窗口誘導性漏失技術難題，實現(xiàn)了高陡構造、大井眼、斷層復雜結構以及大段鹽膏層的安全提速；電測一次成功率均為100%；高密度鹽膏層取心鉆進作業(yè)1次，取心進尺5.2 m，巖心收獲率94.23%，實現(xiàn)了鉆井液、完井液一體化，提高了生產(chǎn)時效，同時體系的環(huán)境保護性能好。

4　認識與結論

1．抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液技術在克深15井的應用，驗證了筆者提出的通過采取“低活度、弱水化、低循環(huán)當量密度”的井壁穩(wěn)定措施實現(xiàn)降低鉆井液密度、進而解決高壓差、壓耗誘導性漏失技術思路的可行性。

2.抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液技術在解決技術難題的同時，與油基鉆井液相比體現(xiàn)出無毒、無熒光、對金屬及橡膠低腐蝕、防火防爆，性價比優(yōu)良、鉆井液及完井液一體化等綜合技術優(yōu)勢，尤其是在環(huán)境保護要求日益嚴格、鉆井成本不斷下降的環(huán)境下，抗高溫高密度復合有機鹽鉆井液體系更有應用前景。

［1］郭保雨.聚合醇的濁點對鉆井液潤滑性和防塌性能的影響［J］.石油鉆探技術，2004，32（4）：42-43.

GUO Baoyu.Affects of polyalcohol turbidity point on lubrication and anti-caving properties of drilling fluids［J］. Petroleum Drilling Techniques，2004，32（4）：42-43.

［2］鄭力會，王志軍，張民立.鹽膏層用高密度有機鹽鉆井液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2004，21（4）：37-39.

ZHENG Lihui， WANG Zhijun， ZHANG Minli. Study and application of high density organic salt drilling fluid for gypsum/salt bed［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid，2004，21（4）：37-39.

［3］汪海，王信，張民立，等.BH-WEI完井液在迪西1井的應用［J］.鉆井液與完井液，2013，30（4）：88-90.

WANG Hai，WANG Xin，ZHANG Minli， et al. Application of BH-WEI completion fluid in Well Daxi1［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid，2013，30（4）：88-90.

［4］張民立，穆劍雷，尹達，等.BH-ATH“三高”鉆井液的研究與應用［J］.鉆井液與完井液，2011，28（4）：14-18.

ZHANG Minli， MU Jianlei， YIN Da， et al. Research and appli-cation of BH-ATH（ Anti-three high） drilling fluid system［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid，2011，28（4）：14-18.

［5］許京國， 鄭淑杰，陶瑞東，等.高陡構造克深206井鉆井提速配套技術［J］.石油鉆采工藝， 2013， 35（5）：29-32.

XU Jingguo， ZHENG Shujie， TAO Ruidong， et al. Auxiliary technology of drilling speed improving for Well Keshen-206 with high and steep structures［J］. Oil Drilling & Production Technology，2013，35（5）：29-32.

［6］劉慶來，方彬，李德江.塔里木超深復雜井鉆井液工藝技術［J］.鉆井液與完井液，2002，19（6）：82-84.

LIU Qinglai， FANG Bing， LI Dejiang. Drilling fluid technology for the ultra-deep complex wells in Tarim［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid，2002，19（6）：82-84.

［7］張民立，尹達，何勇波，等.BH-WEI抗“三高”鉆井液技術在克深208井的應用［J］.鉆井液與完井液，2014，31（1）：32-36.

ZHANG Minli， YIN Da， HE Yong， et al.Application of BH-WEI three-high drilling fluid in Well KeShen-208［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid，2014，31（1）：32-36.

［8］李天太，徐自強，張喜鳳，等.克依構造帶保護氣藏的鉆井液完井液實驗研究［J］. 鉆井液與完井液， 2005，22（5）：13-16．

LI Tiantai， XU Ziqiang， ZHANG Xifeng， et al. Experimental study on gas reservoir protection of drilling/completion fluid for KeYi structural zone［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2005，22（5）：13-16．

Drilling Fluid Technology for Well Keshen-15 Penetrating Highly Deep HTHP Gypsum Formations

ZHANG Minli1， AI Zhengqing2， WANG Wei1， LI Jiaxue2， ZHANG Zhen2， LIANG Bo1， CHEN Zeyang1
（1. Drilling Fluid Technology Services of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited， Tianjin 300280；2. PetroChina Tarim Oilfield Division， Korla， Xinjiang 841000）

The well Keshen-15 is a key exploration well drilled in the Keshen 15#structure of the middle Kelasu tectonic zone， Kuche depression， Tarim. Difficulties that must be faced during drilling include highly deep formations， faults， large hole size， high temperature，high mud density， developed salt and gypsum formations， and narrow mud density window etc. High temperature high density complex organic salt drilling fluids were formulated to have “l(fā)ow water activity， low hydrating potential and low equivalent circulation density（ECD）”， in an effort to deal with the difficulties as mentioned above. With these measures， no trouble had ever occurred during drilling，and all of the wireline loggings were successful at the first try. Compared with the well drilled nearby with oil base drilling fluid， the mud density was reduced by 0.05-0.08 g/cm3， indicating that this organic salt drilling fluid had strong inhibitive capacity， low ECD，good rheology， high temperature stability， and resistance to salt， gypsum and drill cutting contamination. Meanwhile， this drilling fluid was environmentally friendly， non-fluorescent， had low corrosion to tubular goods， and can be used as drill-in fluid to save drilling time. The successful drilling of the well Keshen-15 has proved the potential of wide application of the high temperature high density complex organic salt drilling fluid.

Highly deep structure； Borehole wall stabilization； Salt and gypsum formation； Narrow density window； High temperature high density complex organic salt drilling fluid； Low activity； Low hydrating potential

TE254.3

A

1001-5620（2016）05-0025-05

10.3969/j.issn.1001-5620.2016.05.005

國家科技重大專項攻關項目 《西部山前復雜地層安全快速鉆井技術》課題“高溫高密度有機鹽鉆井液體系”（2011ZX0521-001）。

張民立，高級工程師，中油集團高級技術專家，1965年生，從事鉆井液現(xiàn)場應用及技術管理工作近30年。電話13699338299；E-mail：tlm_zml@cnpc.com.cn。

（2016-7-11；HGF=1605W1；編輯汪桂娟）