胜利油田利津区块钻井液技术
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摘 要：胜利油田利津区块处于济阳坳陷东营凹陷利津洼陷带，该区块地层压力系数高，地层水敏性强易垮塌，先后有多口评价井因地层掉块卡钻，井下施工风险很大，针对利津区块施工井的特点，采用相应的钻井液工艺技术和纳米乳液聚合醇抗盐防塌体系，成功控制了沙四段强水敏地层垮塌掉块，为该区块以后的钻井液施工提供一些指导。
关键词：防塌；流变参数；抑制性；盐膏层
中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）01-0283-02
1 概述
利津洼陷带处于济阳坳陷东营凹陷西部，呈长条状展布，沙三段、沙四段发育了巨厚的成熟烃源岩，油气来源丰富。该区块施工井设计井深多在4200～4600m之间，一开采用Ф444.5mm钻头钻至200m左右，下入Ф339.7mm表层套管。二开采用Ф311.2mm钻头钻至3000m左右，下入Ф244.5mm技术套管。三开采用Ф215.9mm钻头钻至完钻井深，下入Ф139.7mm尾管。
2 钻井液技术难点
2.1 控制造浆
在上部地层，明化镇组、馆陶组上部主要成分为泥岩、蒙脱石含量高；在东营组、沙河街组沙一段泥岩含量也较高，沙二段紫红色泥岩质纯性软，也有较强的造浆能力，钻进中地层造浆严重，粘度、切力急剧升高，给钻井液的施工带来难度。
2.2 井壁稳定
沙河街组地层岩性以硬脆性泥岩为主，由于粘土含量和矿化度较高，钻井液侵入地层造成内应力逐步增大，容易出现严重剥蚀掉块和垮塌。
2.3 盐膏层
沙四段下部有大段盐膏层，利57井、滨444井均钻遇盐膏层，其中滨444井钻遇78米盐膏层，钙离子在泥浆中最高浓度达到1140mg/L，氯离子在泥浆中最高浓度达到8680mg/L盐膏层蠕变性强，容易造成泥浆粘切升高，失水变大，严重时会导致泥浆失去流动性。
3 技术思路与实施对策
（1）提高钻井液的抑制性，保证良好的流变性。
采用低粘切和抑制性强的钻井液减少蒙脱石造浆和增大井壁冲刷，才能保证井眼的畅通，减少井下复杂情况。同时，抑制性强能保证钻井液有较低的般土含量，为下部地层高比重钻井液提供较好的基浆准备。
（2）优良的造壁性能和封堵能力。
要求钻井液对易发生井塌井段能有效封堵，尽快形成优质泥饼，因此钻井液中粘土颗粒必须具有适当的分散度和合理的粒度分布，以改善泥饼质量。同时钻井液中还应有足够的刚性与可变形粒子，保持钻井液中的颗粒大小级配合理，并使之与地层的小孔喉、小裂缝分布相匹配，实现在井壁附近形成致密的屏蔽带，从而有效减少钻井液滤液的侵入，提高地层的承压能力，达到防塌、保护油气层的目的。
（3）提高钻井液抗污染能力。
进入盐膏层之前，进一步提高抑制性，将钻井液搬土含量控制在30g/L以内，使用好四级固控设备，保持钻井液清洁，提高钻井液抗污染能力。
4 钻井液工艺技术
4.1 一开（Ф444.5mm×200m）
该井段采用聚合物膨润土浆钻井液体系，钻井液配方为：
6％膨润土＋0.3％Na2CO3+0.2％NaOH+0.3％PAM+0.2％CMC-HV
在钻进过程中，维持泥浆粘度在45S以上，根据钻井液的实际性能调整聚合物的用量，保证泥浆中聚合物的有效含量在0.3％左右，开启四级固控，控制泥浆中的劣质固相。下套管前大排量清洗井眼，在起钻前配制一罐稠浆封住下井段。确保了下套管、固井作业顺利。
4.2 二开井段（Ф311.2mm×2759m）
二开采用聚合物防塌钻井液体系本段上部地层采用大循环钻进，钻进中从出口小量补充聚合物胶液，来调节钻井液的流型，使其具有适当的切力。在井深1200m左右改小循环，调整钻井液性能达到设计要求。钻进中根据情况补充浓度为0.3％-0.5％高分子聚合物胶液，细水长流维护钻井液，增强钻井液的抑制性。随着井深的增加，在井深1950米第一只钻头起钻之前加入PA-1，SPNH控制泥浆失水在15毫升左右，将泥浆粘度提高至40秒左右，使泥浆本身具有较强的携砂能力，不单依靠泵的排量来完成携砂，确保第二只钻头PDC能顺利下钻到底而不需要划眼，在井深2100米左右进入沙河街之前加入KFT、SPC-220，将泥浆失水控制在5毫升以内，将泥浆粘度提高至45秒以上，加入封堵防塌剂HAD-3及PA-1提高泥浆的防塌能力，同时提高泥浆比重至1.20，在井深2500米将泥浆失水控制在4毫升以内，加入KFT及褐煤树脂SPNH提高泥浆的防塌能力，加入聚合醇防塌剂提高泥浆性并稳固井壁，同时将泥浆比重提高到1.25，直至完钻。电测前将井底砂子循环干净后，用SJ-1和ZX-8封井，保证电测的顺利进行。下套管前用石墨粉和塑料小球封井，保证下套管顺利到位。
4.3 三开井段（Ф215.9mm×4325m）
滨444井三开主要钻遇目的层沙三段和沙四段，本段采用纳米乳液聚合醇抗盐防塌体系。
开钻前在技套内将二开钻井液用胶液冲稀至搬土含量35g/L左右，并将钻水泥塞污染的钻井液放掉，其余经地面净化处理后加入KFT、SMP-1、ZX-8等抗高温处理剂保持中压失水小于4mL，高温高压失水小于12mL，钻进中保持各种处理剂的有效含量，并定期补充，将其有效含量保持在3％以上。
钻进过程中，注意观察井口返浆情况，振动筛上的岩屑返出量及岩屑形状的变化，调整聚合物胶液加入的量和浓度。严格控制钻井液性能达到施工要求，提高钻井液的悬浮、携带岩屑能力，确保正常钻进。
该井段主要钻遇沙河街组，为保证目的层井壁的稳定，可以从以下几个方面着手：
（1）使用多软化点封堵材料如：无荧光磺化沥青等，提高地层的承压能力；随着井深的增加，逐渐使用高软化点的沥青类材料，加强对地层的封堵、胶结，减少钻井液中自由水的大量侵入，提高井壁附近泥饼（特别是内泥饼）的形成质量和速度。
（2）使用抗盐抗高温降滤失剂，尽量降低钻井液的滤失量特别是高温高压滤失量，加强固相控制，形成良好的泥饼，减少引起泥页岩水化的机会。
（3）加入聚合醇、高分子聚合物，提高钻井液滤液的抑制性，抑制泥页岩水化；使用聚合醇、纳米乳液等封堵井壁微孔隙和微裂缝。
（4）进入易塌地层后，应根据实际情况选择适当的钻井液密度，并保持钻井液密度相对稳定。如采用的钻井液密度过高，大大超过地层孔隙压力，就会对井壁形成较大的压差，从而会有更多的钻井液滤液进入地层，加剧地层中粘土矿物水化，引起地层孔隙压力增加及围岩强度降低，最终导致井壁失稳。
（5）尽可能减少起下钻及开泵压力激动，减小钻具对井壁扰动或撞击，采用合理流变参数和排量，避免水力冲蚀井壁。控制起下钻速度，转动钻具后单泵开泵，减小压力激动对井壁的伤害。
4.4 膏盐层解决方案
钻井过程中膏盐层的不稳定性，造成井眼缩径、卡钻，或由于钻井中岩盐溶解形成“大肚子”井眼，甚至使井眼坍塌，解决方案应从物理和化学两方面入手：
（1）具有合适的密度。这是盐膏层钻进的关键。该井盐膏层以上井段体系密度达到1.45g/cm3即可平衡地层压力，进入盐膏层前将钻井液密度适当提高到1.50kg/L以减小膏盐层缩径。同时控制钻速，随着时间推延和划眼次数增多，蠕动速率将减小，但钻井液密度仍不能降低。
（2）抑制无机离子的污染。钻盐膏层时，进入钻井液中造成污染最严重的是Ca2＋，可加入Na2CO3和NaHCO3除去Ca2＋。
（3）提高钻井液抑制性。钻井液必须保持较低的搬土含量和很强的抑制性，这是保持钻井液具有适当的流变性且性能稳定的前提。另外，加入适量的剂，使钻井液具有较好的性也是必要的。
（4）固相控制：配备高频振动筛，筛目达到120目，清洁器筛目达到200目，保持钻井液清洁是维护钻井液性能的关键。
5 应用效果
滨444井钻至3719～3797m井段，钻遇盐膏层，Ca2+含量由150mg/L上升至660mg/L；Cl－含量由2352mg/L上升至5763mg/L。钻井液出现石膏污染和盐水污染，导致钻井液粘切增大，流变性能恶化，并且失水增大。三开目的层段主要使用纳米乳液聚合醇抗盐防塌体系，通过该体系的使用成功控制了沙三段强水敏地层垮塌掉块，保证了钻进的正常进行，进入盐膏层之后通过调整钻井液流变参数，提高抑制性，顺利钻穿沙三段盐膏层，保证了该井的顺利施工。从该井电测曲线来看，整体井径基本规则，没有大肚子井眼出现，表明本井段钻井液所采用技术措施得当。
6 认识与总结
（1）在上部地层使用低粘切，强抑制性的聚合物防塌钻井液，严格控制泥浆中的劣质固相，钻进中坚持扩划眼，加强短程起下钻。通过以上措施解决了该井上部地层的起下钻阻卡问题。
（2）针对沙三段强水敏易塌地层通过对掉块原因的分析，采用纳米乳液聚合醇抗盐防塌体系，通过纳米乳液的抑制性和聚合醇的浊点效应两种方式达到稳定井壁的目的，避免了复杂情况的出现。
（3）对于沙三段下部的膏盐层，在进入之前要调整钻井液流变参数，提高抑制性，加强滤液水分析，并配合降粘和降滤失剂控制泥浆性能，但是要控制Na2CO3的加量，以防止出现HCO3-污染，给后续施工带来困难。
参考文献
［1］王立泉，陈永奇.华北油田岔河集油区钻井液技术［J］.钻井液与完井液，2007，24（1）：92-93.
［2］鄢捷年.钻井液工艺学［M］.北京：中国石油大学出版社，2006：317.