王寶田 周曉軒 邱春陽

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營，257000)

董801井位于新疆維吾爾自治區(qū)阜康市北偏西約40km，構造位置屬于準中阜康凹陷東部斜坡帶。該井為評價直井，設計井深4600m，完鉆層位為西山窯組，鉆探目的為評價董801井區(qū)侏羅系頭屯河組含油氣情況。通過使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，在現(xiàn)場鉆井液維護處理工藝的輔助下，鉆至目的層，完成了鉆探目的和地質任務。

1 地質工程概況

董801井位于準噶爾盆地阜康凹陷東部斜坡帶，地層自上而下發(fā)育新生界、東溝組、勝金口組、呼圖壁組、清水河組、頭屯河組和西山窯組。董801井一開采用Φ444.5mm鉆頭鉆至井深102.26m，下入Φ339.7mm表層套管至井深102.26m；二開采用Φ311.2mm鉆頭鉆至井深2002.00m，下入Φ244.5mm技術套管至井深2001.01m；三開采用Φ215.9mm鉆頭鉆至井深4550.00m完鉆。

2 鉆井液技術難點

(1)上部地層壓實性很差，機械鉆速快，采用直徑為311.2mm鉆頭產(chǎn)生巖屑的體積大，如果巖屑不能及時從環(huán)空被攜帶出，易導致起鉆遇阻及下鉆劃眼等復雜情況。

(2)勝金口組上部棕紅色及紫紅色泥巖易水化膨脹，泥巖吸水后軟化，井眼變小，起下鉆阻卡的復雜情況時有發(fā)生，并導致與其互層的粉砂巖因失去支撐而坍塌。

(3)清水河組和頭屯河組地層泥頁巖硬脆，不易破碎，起下鉆過程中在鉆具等外力撞擊下容易坍塌，并且掉塊不易破碎，容易卡鉆。

(4)西山窯組煤層發(fā)育，煤層脆性強，剛性差，在鉆具等外力撞擊下易造成坍塌；煤層坍塌后，其上支撐的泥巖因失去支撐易坍塌，最終造成井塌的連鎖反應。

(5)侏羅系地層壓力系數(shù)大[1]，發(fā)育較強的地層應力，井眼被鉆開后，地應力突然釋放，造成井壁坍塌。

3 鉆井液體系選擇

通過調研國內煤層[2-5]、深井及超深井[6,7]鉆井液使用情況，根據(jù)鄰井鉆井液施工經(jīng)驗并針對地層巖性特征，優(yōu)選了聚胺封堵防塌鉆井液體系。

3.1 鉆井液體系配方

鉆井液體系配方為：3.0%—5.0%膨潤土+0.5%—0.8%燒堿+0.5%—1.0%聚丙烯酰胺PAM+1.0%—2.0%聚胺抑制劑+2.0%—3.0%聚合物降濾失劑+3.0%—4.0%抗溫抗鹽鈣降濾失劑+3.0%—5.0%磺甲基酚醛樹脂+2.0%—3.0%聚鋁封堵劑+2.0%—3.0%磺化褐煤樹脂+4.0%—6.0%無水多元醇+3.0%—5.0%井壁穩(wěn)定劑+2.0%—3.0%硅氟穩(wěn)定劑+1.5%—3.0%雙膜承壓劑+5.0%—6.0%剛性封堵劑+2.0%—4.0%白油潤滑劑。

3.2 鉆井液作用機理

聚胺抑制劑分子能夠與黏土縮聚成牢固的化學鍵；硅羥基在黏土表面形成疏水層，使得黏土表面的水化作用被阻止或減緩，體系的抑制能力得到增強[8]。雙膜承壓劑能在地層孔隙中形成具有一定強度的屏蔽膜，并能夠與地層孔隙中的砂子和黏土膠結，阻止濾液的進一步侵入地層，達到持久承壓穩(wěn)定井壁的目的[9,10]。聚合醇具有“濁點效應”，能夠封堵巖石孔隙，阻止濾液滲入地層，實現(xiàn)穩(wěn)定井壁的作用[11]。聚鋁封堵劑在pH值為9時以液態(tài)存在，當其滲入地層后，在溫度、壓力和適當?shù)膒H值條件下，與黏土結合形成具有固結作用的硅鋁酸鹽不滲透層，阻止濾液的進一步侵入。當它進入頁巖內部后，與地層中多價陽離子發(fā)生化學反應生成沉淀，增強其在頁巖孔喉或微裂縫內的井壁穩(wěn)定性[12,13]。

4 現(xiàn)場鉆井液技術

4.1 二開鉆井液技術

(1)配制濃度為8.0%的膨潤土漿250m3，水化24h后開鉆。上部地層疏松，滲透性強，鉆進中不斷補充清水，一則稀釋高濃度膨潤土漿，二則保持鉆井液體積充足。

(2)鉆進中鉆井液密度保持自然密度，臨近中完前，逐漸提高鉆井液密度，保持鉆井液液柱壓力平衡地層坍塌壓力，保持井壁穩(wěn)定。

(3)鉆進時配制膠液維護鉆井液性能，膠液配方為：0.3%聚丙烯酰胺PAM+0.3%燒堿NaOH。膠液按照循環(huán)周均勻加入，并且定期在膠液中加入0.4%低黏羧甲基纖維素LV-CMC來維護鉆井液流變性，保證鉆井液的懸浮攜帶能力。

(4)鉆井液漏斗黏度控制在36s左右，保證鉆井液的低黏度和低切力，保證快速鉆進。鄰近中完時，適當提高鉆井液的黏切，提高體系的懸浮攜帶巖屑能力。

(5)使用降濾失劑逐漸控制鉆井液的濾失量；鄰近中完時，中壓濾失量控制在8.0mL，減緩鉆井液濾液向地層的滲透。

(6)下部地層，適當加入白油潤滑劑，保證鉆井液體系的潤滑性，防止起下鉆遭遇阻卡。

(7)工程上，保證鉆井液排量大于55L/s，保證鉆井液體系的環(huán)空上返速度，以利于提高機械鉆速，并提高井眼的凈化效率。

(8)全面開動四級固控設備，振動篩、除砂器、除泥器和離心機使用效率達到100%，保證劣質固相含量減到最低，利于提高機械鉆速。

(9)中完后，進行短起下鉆，充分循環(huán)鉆井液，配制稠漿凈化井眼，待振動篩無返砂后，配制封井漿封井，確保電測及下套管順利。封井漿配方：8.0%膨潤土漿+1.0%低黏聚陰離子纖維素LV-CMC+3.0%白油潤滑劑。

4.2 三開鉆井液技術

(1)開鉆前，在套管內循環(huán)鉆井液，開動四級固控設備凈化鉆井液。按照配方低限逐漸加入處理劑，循環(huán)鉆井液，待鉆井液性能達到設計要求后開鉆。

(2)鉆進中鉆井液密度保持在設計下限；進入頭屯河組時，提高鉆井液密度到設計上限，通過鉆井液液柱壓力平衡地層應力，保持井壁穩(wěn)定。

(3)將各種處理劑配成膠液維護鉆井液流變性，3500m前膠液配方為：0.2%聚丙烯酰胺PAM+1.0%聚鋁封堵劑+1.0%聚胺抑制劑+2%無水多元醇+3.0%羧甲基磺化酚醛樹脂；3500m后膠液配方：0.2%聚丙烯酰胺PAM+2.0%聚鋁封堵劑+2.0%聚胺抑制劑+4%無水多元醇+5.0%羧甲基磺化酚醛樹脂。膠液按照循環(huán)周均勻加入，后面補充預水化重鉆井液，保持鉆井液流變性穩(wěn)定。

(4)鉆井液漏斗黏度控制在40s左右，保持鉆井液合適的黏切，以提高機械鉆速；呼圖壁組底部，提高鉆井液體系的黏切，提高體系的懸浮攜帶能力。

(5)上部地層(3500m前)保持聚胺抑制劑的含量在1.0%，抑制泥頁巖的水化膨脹；下部地層鉆進中聚胺抑制劑的含量控制在0.5%左右，抑制硬脆性地層泥巖及泥煤互層中泥巖的水化膨脹。

(6)進入呼圖壁組，加大抗溫抗鹽鈣降濾失劑和羧甲基磺化酚醛樹脂的含量，降低鉆井液的濾失量，特別是高溫高壓濾失量。

(7)進入頭屯河組前，一次性加入0.5%雙膜承壓劑、2.0%井壁穩(wěn)定劑和3.0%剛性封堵劑，對地層進行嚴密封堵，防止井壁坍塌。

(8)呼圖壁組底部，向鉆井液中加入1.5%白油潤滑劑，隨著進尺的增加逐漸補充，提高鉆井液體系的潤滑性，降低施工中的摩阻和扭矩，防止發(fā)生起下鉆阻卡等復雜情況。

(9)工程上，在上部地層快速鉆進時嚴格執(zhí)行短起下鉆措施，并加強循環(huán)，暢通井眼；頭屯河組后，控制起下鉆速度，防止鉆具碰撞井壁導致井壁失穩(wěn)。

(10)固控設備使用合理，循環(huán)鉆井液時，保證開動振動篩、除砂器和除泥器，間歇開動離心機，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

(11)完鉆后，充分循環(huán)，泵入封井漿封住下部裸眼井段。封井漿配方：井漿+2.0%固體潤滑劑+2.0%白油潤滑劑+2.0%井壁穩(wěn)定劑+1.5%羧甲基磺化酚醛樹脂。三開鉆井液性能見表1中所示。

表1 三開鉆井液性能控制情況

5 結論和建議

(1)通過使用聚胺封堵防塌鉆井液體系，保證了工程的順利鉆進；電測順利，下套管一次到底。

(2)全井機械鉆速為8.96m/h，達到了提速提效的目的。準噶爾盆地中部4區(qū)塊鉆井時效見表2中所示。

表2 準中4區(qū)塊鉆井時效表

(3)清水河組和頭屯河組地層硬脆，并且掉塊不易破碎，必須提前加足降濾失劑和防塌劑，以保證井壁穩(wěn)定。

(4)侏羅系地應力發(fā)育，鉆進時可適當提高鉆井液密度，保證鉆井液液柱壓力能夠平衡地應力，保證井壁穩(wěn)定。