嚴(yán) 羿，馮 勇，孫 俊，祝學(xué)飛，查凌飛

（川慶鉆探工程有限公司新疆分公司，新疆庫爾勒 841000）

塔里木油田塔中區(qū)塊位于新疆塔克拉瑪干沙漠腹地，油氣資源主要埋藏在奧陶系鷹山組、一間房組，其深度在5 800～6 300m，該區(qū)塊自上而下分別鉆穿古近系、白堊系、三疊系（T）、二疊系（P）、石炭系、志留系、奧陶系桑塔木組、良里塔格組、鷹山組、一間房組。該區(qū)塊采用三開井身結(jié)構(gòu)，二開井眼裸眼長(zhǎng)度達(dá)4 300～4 800m，存在多套壓力層系等，二、三疊系埋藏在2 300～4 000m。長(zhǎng)裸眼鉆進(jìn)時(shí)，在鉆井液的浸泡下，二、三疊系泥頁巖易水化膨脹，且二疊系底部普遍含高硬度火成巖，其多為裂隙發(fā)育，水敏性強(qiáng)，易發(fā)生井壁大規(guī)模失穩(wěn)。起下鉆過程中發(fā)生的井壁坍塌，常造成垮塌卡鉆、埋鉆具等工程事故，此類復(fù)雜是近年來該區(qū)塊面臨的主要難題，僅2016—2019年四年間共發(fā)生15井次垮塌事故，其中造成卡鉆事故8井次，回填側(cè)鉆3井次，3口井發(fā)生回填側(cè)鉆事故，平均損失周期高達(dá)900h。

為提升鉆井液封堵防塌穩(wěn)定井壁的能力，從根本上解決二、三疊系垮塌問題，保證該井段安全快速鉆井。通過實(shí)驗(yàn)摸索，形成二、三疊系專項(xiàng)封堵防塌工藝技術(shù)，落實(shí)物理平衡及化學(xué)封堵防塌等措施，配合二、三疊系及其上下交界面專項(xiàng)封堵技術(shù)，及時(shí)起下鉆及短程起下鉆對(duì)井眼井壁進(jìn)行有效拉劃以形成具有強(qiáng)韌性優(yōu)質(zhì)泥餅，保證新井眼暢通井壁穩(wěn)定，該技術(shù)應(yīng)用于塔中區(qū)塊3口實(shí)驗(yàn)井，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 二、三疊系井壁垮塌原因分析

1.1 二、三疊系泥巖特性

本區(qū)塊中上部地層二、三疊系巖性以硬脆性泥巖為主，具有破碎性、地層膠結(jié)差、水敏性強(qiáng)等顯著特征，尤其是二、三疊系交界面地層泥頁巖伊蒙間層含量高達(dá)20%～30%，非黏土礦物（碎屑顆粒）含量為30%左右，間層比高達(dá)75%～80%，鉀離子含量最高可達(dá)1 168mg/L，此類特性決定泥頁巖的硬脆特性。在鉆井液浸泡下間層黏土礦物水化膨脹，發(fā)生水化分散，形成剝落掉塊。二、三疊系鉆遇地層及巖性特點(diǎn)如表1所示。

表1 二、三疊系鉆遇地層及巖性特點(diǎn)

對(duì)二、三疊系泥巖進(jìn)行水化膨脹率及巖屑回收率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表2。

表2 二、三疊系泥巖進(jìn)行水化膨脹率及巖屑回收率

如表2所示，塔中三口井二、三疊系灰色泥巖、紫紅色泥巖及褐色泥巖的巖屑回收率偏低，分別為16.2%、17.8%及18.3%，二、三疊系泥巖水化膨脹嚴(yán)重，其中ZG22-H井水化膨脹率最高達(dá)到19.9%。

1.2 濾液侵入地層造成井壁不穩(wěn)定

鉆井液濾液侵入地層孔隙，可使孔隙壓力增大[1]。井筒鉆井液與地層的壓力差驅(qū)使鉆井液濾液侵入巖石孔隙，礦物顆粒之間的有效結(jié)合力降低，造成巖石中黏土水化膨脹、分散，巖石強(qiáng)度也隨之降低，引起井壁不穩(wěn)定，形成剝落掉塊進(jìn)而造成井壁垮塌。

1.3 密度不能平衡地層坍塌壓力

二、三疊系交界面易垮塌，二疊系地層火成巖發(fā)育，巖性破碎、存在孔洞裂隙，該地層容易發(fā)生垮塌、井漏，鉆井時(shí)要注意防漏；該區(qū)塊地層坍塌壓力等地質(zhì)特性設(shè)計(jì)跟實(shí)鉆情況存在一定偏差，容易引起密度誤判。因此密度選擇面臨困難。鉆井液密度過高，超過地層破裂壓力，地層易破裂發(fā)生井漏，進(jìn)一步造成卡鉆等井下復(fù)雜[2]；鉆井液密度過低，不足以平衡地層應(yīng)力，力學(xué)不穩(wěn)定，易形成硬脆性泥巖剝落掉塊，造成井壁垮塌。

1.4 長(zhǎng)裸眼彎螺桿復(fù)合鉆進(jìn)井壁不平整

鉆井設(shè)計(jì)對(duì)本區(qū)塊井身質(zhì)量有較高要求，且多數(shù)為定向水平井，為控制井斜減少起下鉆換螺桿時(shí)間，提高純鉆時(shí)間，進(jìn)一步提速提效。二開采用1.5°彎螺桿替代直螺桿進(jìn)行快速鉆進(jìn)，鉆進(jìn)中隨鉆監(jiān)測(cè)井斜，根據(jù)隨鉆井斜數(shù)據(jù)，間斷進(jìn)行定向滑動(dòng)鉆進(jìn)控制增斜速度，保證井身軌跡滿足設(shè)計(jì)要求。但二、三疊系彎裸桿復(fù)合鉆進(jìn)，鉆頭對(duì)地層破碎不均勻，橫向物理碰撞力較大，從而造成井眼不規(guī)則形成較多的微臺(tái)階，對(duì)起下鉆或短程起下鉆造成阻卡，大t位的連續(xù)起下活動(dòng)鉆具更易引起井壁垮塌。

2 二、三疊系防塌鉆井液工藝技術(shù)要點(diǎn)

2.1 鉆井液配方優(yōu)化

通過實(shí)驗(yàn)室摸索，對(duì)瀝青類防塌劑、抑制性處理劑等多種防塌性處理劑進(jìn)行優(yōu)選，并對(duì)處理劑進(jìn)行了優(yōu)化組合， 最終形成二、三疊系防塌鉆井液配方。

2.1.1 優(yōu)選防塌封堵處理劑

瀝青類處理劑乳化瀝青SY-A01、磺化瀝青FT-1A和天然瀝青CPA等。針對(duì)本區(qū)塊二、三疊系井深在2 300～4 000m，選擇軟化點(diǎn)在80～120℃的乳化瀝青SY-A01及天然瀝青CPA，與鉆井液不同濃度和粒徑的固相成分對(duì)地層孔隙進(jìn)行變形填充，從而形成護(hù)壁能力強(qiáng)的泥餅，有效阻止鉆井液中的固相及濾液繼續(xù)侵入地層[4]。再配合使用磺化瀝青FT-1A，其含有磺酸基，水化作用強(qiáng)，能吸附于泥頁巖晶層斷面上阻止頁巖顆粒的水化分散；同時(shí)不溶于水的瀝青部分又能起到填充孔隙和裂縫的封堵作用，并通過復(fù)配加入抗高溫降濾失劑，改善泥餅質(zhì)量，控制較低的濾失量來提高鉆井液的防塌性能。

抑制類處理劑的選擇，首選常規(guī)的無機(jī)鹽類頁巖抑制劑KCl，KCl具有較強(qiáng)的抑制頁巖滲透水化的能力，當(dāng)其被黏土吸附后，由于水化能低，會(huì)促使晶層間脫水使晶層受到壓縮，形成緊密的構(gòu)造，從而能夠有效地抑制黏土水化[5]。

頁巖抑制劑陽離子聚乙二醇CPI是一種低分子量帶陽離子基團(tuán)聚合物，其能進(jìn)入到黏土晶層中，從而起到抑制黏土礦物水化分散的作用[6]。由于CPI分子量偏低，在鉆屑上的吸附速度快，迅速吸附在鉆屑上抑制其分散。

封堵類處理劑方面，鉆井液用堵漏劑纖維聚合物微粒TYSD是一種植物棉纖維類堵漏劑，其采用多種惰性多形態(tài)封堵劑和特殊成膜聚合物復(fù)合而成，能快速堵塞地層裂隙，阻止地層裂隙的擴(kuò)張延伸，組分中的纖維可在井壁及裂隙中快速吸附（架橋）結(jié)網(wǎng)，形成的承壓能力較強(qiáng)的泥餅，阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層穩(wěn)定井壁。

聚合醇PGCS在鉆井液中處于溶解狀態(tài)，當(dāng)溫度超過50℃， PGCS就會(huì)析出來產(chǎn)生濁點(diǎn)效應(yīng)，在井筒壓差的作用下，PGCS顆粒便會(huì)擠入地層空隙及微裂之中，從而起到穩(wěn)定井壁的作用。

聚合物類成膜封堵類處理劑FDM是一種納米～微米級(jí)高分子聚合物乳液產(chǎn)品，其在孔隙性、微裂性地層表面濾失而形成致密的非滲透、可變形性高分子膜，在地層孔隙中形成致密的封堵層，阻止鉆井液濾液侵入地層，防止泥頁巖孔隙或裂隙水化，同時(shí)通過改善泥餅質(zhì)量，減少鉆井液濾失，有效穩(wěn)定井壁。

2.1.2 鉆井液基本配方

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)各類處理劑進(jìn)行優(yōu)選和配方優(yōu)化，形成一套用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的性能最優(yōu)鉆井液配方，該配方水化膨脹率2.39%，巖屑回收率91.6%，具有良好的抑制性和抗污染能力?；九浞饺缦拢?/p>

4%膨 潤(rùn) 土+0.2%～0.5%NaOH+1.5%SMP-3+1.5%SPNH+1%MYK-1（聚合物降濾失劑）+3%SY-A01（乳化瀝青）+1%FT-1A（磺化瀝青）+0.5%CPI（陽離子抑制劑）+1%PGCS（聚合醇）+2%FDM（成膜封堵劑）+5%KCl（氯化鉀）+1%TYSD（纖維封堵劑）+3%LE-5（油性潤(rùn)滑劑）+0.3%～0.8%FA367（包被抑制劑）+5%YX（超細(xì)碳酸鈣）。鉆井液配方實(shí)驗(yàn)，如表3所示。

表3 鉆井液配方實(shí)驗(yàn)

2.2 鉆井液工藝技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.2.1 白堊系、三疊系交界面

①鉆進(jìn)至白堊系底部，調(diào)整三疊系維護(hù)膠液配方：鉆井水+0.5%FA367+1%MYK-1+0.5%CPI +1%PGCS。

②進(jìn)入三疊系50～100m逐步上提鉆井液密度至1.25～1.32g/cm3（每100m 約提高0.02g/cm3）。

③進(jìn)行一次短程起下鉆，對(duì)上部快速鉆進(jìn)期間的井壁進(jìn)行一次拉劃，以破壞因長(zhǎng)時(shí)間浸泡形成的虛厚泥餅，保持井眼通暢。

④短程起下鉆前，對(duì)白堊系與三疊系破碎性交界面進(jìn)行專項(xiàng)封堵[7]。專項(xiàng)封堵防塌鉆井液配方：井漿+1%TYSD+2%PGCS+5%YX+石灰石粉。

2.2.2 三疊系、二疊系交界面

①三疊系鉆進(jìn)期間，根據(jù)鉆井進(jìn)尺，向井漿補(bǔ)充3%～5%KCl，控制鉆井液K+含量15 000～25 000mg/L。并維持膠液配方0.5～0.8%FA367+0.5%CPI+1%MYK-1+1%PGCS。

②三疊系下部至二疊系上部鉆進(jìn)期間逐步提高鉆井液密度至1.35g/cm3，每鉆進(jìn)100m約提高密度0.01g/cm3，短程起下鉆前應(yīng)將井漿密度比正常鉆井時(shí)提高0.02g/cm3。

③短程起下鉆前，對(duì)三疊系與二疊系不穩(wěn)定交界面進(jìn)行專項(xiàng)封堵。專項(xiàng)封堵防塌鉆井液配方：井漿+1%FT-1A +2%SYA01+1%TYSD+2%FDM+2%PGCS+5%YX+石灰石粉。

2.2.3 鉆穿二疊系

①進(jìn)入二疊系，調(diào)整鉆井液膠液配方：鉆井水+0.2%NaOH+1.5%SMP-3+1.5%SPNH+1%MYK-1+0.5%CPI+1%PGCS+0.3%FA367。井漿中一次性補(bǔ)充油性潤(rùn)滑劑LE-5，將鉆井液油含提高到3%，經(jīng)過一個(gè)循環(huán)周后，向井漿中加3%SY-A01、2%FT-1A及2% FDM。

②根據(jù)鉆井進(jìn)尺，及時(shí)補(bǔ)充KCl，控制鉆井液K+含量30 000mg/L左右。

③鉆進(jìn)期間逐步逐步提高鉆井液密度至1.35g/cm3，每鉆進(jìn)100m上提鉆井液密度0.02g/cm3。

④鉆穿二疊系進(jìn)行短程起下鉆，短程起下鉆前，采取重稠漿（高于井漿密度0.2～0.3g/cm3）+雷特纖維結(jié)合變排量進(jìn)行井眼攜砂，保證井眼清潔；攜砂完畢后，對(duì)整個(gè)二、三疊系進(jìn)行最后一次專項(xiàng)封堵，進(jìn)一步穩(wěn)定二、三疊系。專項(xiàng)封堵防塌鉆井液配方：井漿+1%FT-1A+3%SY-A01+1%TYSD+2%FDM+2%PGCS+5%YX+5%LE-5+重晶石粉。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能

在工藝技術(shù)實(shí)施期間，主要思路在首要加強(qiáng)鉆井液合適的密度支撐，其次是通過乳化瀝青SY-A01、磺化瀝青FT-1A、天然瀝青CPA、陽離子抑制劑CPI、聚合醇PGCS、成膜封堵劑FDM、氯化鉀KCl以及纖維封堵劑TYSD協(xié)同封堵防塌作用，進(jìn)一步提升鉆井液的失水造壁性、封堵防塌能力以形成優(yōu)質(zhì)的泥餅，保證井壁穩(wěn)定，井眼暢通。實(shí)驗(yàn)井鉆井液性能如表4所示。

表4 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能

3 工程應(yīng)用效果

通過實(shí)驗(yàn)井對(duì)防塌鉆井液工藝技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)鉆中采用階梯方式進(jìn)行密度提升，以合適密度對(duì)井壁進(jìn)行有效支撐；根據(jù)二、三疊系黏土礦物特性，優(yōu)選出強(qiáng)包被、強(qiáng)抑制性，防塌封堵性能強(qiáng)的鉆井液體系，鉆井液中通過聚合物降濾失劑與固-液封堵防塌類處理劑協(xié)同作用，降低濾失量與泥餅滲透性，濾餅致密，韌性好，鞏固井壁；在機(jī)泵允許的情況下盡量提高環(huán)空返速同時(shí)保持鉆井液具有合適的黏切，既滿足攜砂要求又保證環(huán)空鉆井液處于層流狀態(tài)，減少對(duì)井壁的沖蝕；通過強(qiáng)化短程起下鉆，配合適當(dāng)?shù)钠鹣裸@速度，避免大規(guī)?？逅陌l(fā)生，實(shí)驗(yàn)3口井二、三疊系均未出現(xiàn)井壁垮塌，鉆井液維護(hù)量少，巖屑代表性強(qiáng)，井徑規(guī)則，二、三疊系平均井徑擴(kuò)大率為8.3%，低于實(shí)驗(yàn)前10.6%的井徑擴(kuò)大率，實(shí)驗(yàn)效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)束語

1）以強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵防塌為主線的鉆井液技術(shù)思路，通過優(yōu)選處理劑，合理復(fù)配，形成一套適合塔中區(qū)塊的防塌鉆井液體系。該防塌鉆井液體系鉆井液維護(hù)簡(jiǎn)單，鉆井液高溫穩(wěn)定性良好，高溫高壓濾失量小，形成的泥餅薄且韌性強(qiáng)。

2）該鉆井液工藝技術(shù)結(jié)合物理平衡及化學(xué)封堵防塌等措施，配合二、三疊系及其上下交界面專項(xiàng)封堵技術(shù)，必要的井眼清潔，及時(shí)的起下鉆及短程起下鉆對(duì)塔中區(qū)塊二、三疊系井眼進(jìn)行有效拉劃，最大限度破壞井壁微臺(tái)階，進(jìn)一步保證井眼暢通及井壁穩(wěn)定，應(yīng)用于塔中區(qū)塊3口實(shí)驗(yàn)井，取得了良好的應(yīng)用效果。