膨润土钻井液深钻技术在渤海某油田的应用

叶周明刘小刚马英文崔治军关贺坤杨晓静

（1. 中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源发展工程技术公司，天津 300452；3.中海油能源发展天津人力资源服务分公司，天津 300456）

膨润土钻井液深钻技术在渤海某油田的应用

叶周明1刘小刚1马英文1崔治军1关贺坤2杨晓静3

（1. 中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源发展工程技术公司，天津 300452；3.中海油能源发展天津人力资源服务分公司，天津 300456）

引用格式：叶周明，刘小刚，马英文，等.膨润土钻井液深钻技术在渤海某油田的应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：53-56.

通过分析渤海某油田的沉积环境、地质油藏概况和优化井身结构及井眼轨迹，优选钠基膨润土，添加增黏剂、烧碱和纯碱等添加剂提高动、静切力和确保pH值大于10，并在淡水配制后让充分水化形成的膨润土钻井液深钻至馆陶组（垂深2 000 m左右），实现了快速钻进，钻速由50～70 m/h提高至90～100 m/h，扩大了上部井段的井径（由Ø342.9 mm扩至Ø374.65 mm）、减少了起下钻和下套管作业的阻卡风险，而且节约了钻井液成本，形成了渤海油田降本增效和钻井提效典型技术。

膨润土钻井液； 深钻； 井眼扩大； 起下钻； 下套管

渤海油田是中海油主要油气产区，通过钻完井技术和项目管理的不断突破和创新，形成了中国海上独特的优快钻完井技术体系，极大推动了渤海油田的发展［1］。在渤海油田钻完井作业过程中，常用的钻井液体系有有机正电胶体系、氯化钾聚合醇体系、保护储层无固相钻开液等。如果表层不预斜，一般都是就地取材，海水开路钻进至1次造斜点（200～400 m），期间每钻进1柱或者2柱（30～60 m），利用扫稠膨润土钻井液的方式携砂；如果表层钻进预斜就采用膨润土钻井液闭路钻进，当海水膨润土钻井液钻进至垂深800～1 000 m左右就转化为与地层匹配的常用钻井液体系（有机正电胶体系、氯化钾聚合醇体系、保护储层无固相钻开液，和强抑制钻井液体系等）。这其中主要因为表层Ø339.725 mm套管入泥只有200 m左右，中完地层为松软的平原组地层，而二开Ø311.15 mm井眼至少穿越平原及明化镇组，钻井周期相对来说较长，若用膨润土钻井液钻井，其作业周期不满足在平原组与明化镇组失稳周期内完成，井壁很容易失稳；另外，若是开发明化镇组油藏，利用膨润土钻井液钻进，不满足油层保护技术要求。

根据渤海油田钻探经验和钻井液技术，在钻井方案设计阶段，充分研究和分析地层特性以及地层的可钻性，通过对比地层岩性和沉积环境，定义“非储层段要安全和快速钻进”的作业原则，在非储层段利用专门设计的钻头和优选高扭马达进行快速钻进，在上部井段采用膨润土钻井液深钻，解放了钻进参数，适当扩大井径，减少起下钻和下套管期间，钻具阻卡等非生产时间，提高生产时效。鉴于此，决定尝试在明化镇地层失稳、坍塌周期内，利用膨润土钻井液深钻，以达到非储层段快速钻进和提高生产时效的目标。所谓膨润土钻井液深钻技术［2］，就是根据地层岩性和井身结构特点，钻至海水膨润土钻井液体系钻进的最大许可深度，在渤海某油田钻探中，利用海水膨润土钻进至馆陶组地层（垂深2 000 m左右）。

1　油田基本概况

该油田本批次共钻8口井，平均井深3 370 m，垂深3 250 m。自上而下钻遇的地层为第四系平原组、上第三系明化镇组、馆陶组和下第三系东营组和沙河街组。油层位于东营组和沙河街组，其中沙河街组二段为主力油层。沙二段油层细分为5个油组，沙三段分为2个油组，埋深在3 000～3 300 m，为一套不同粒级的砂岩和泥岩互层。地质分层级岩性如表1。

表1　地质分层数据

该油田沙二、沙三段属于正常压力和正常温度系统，压力系数1 MPa/100 m左右，温度梯度3.38℃/100 m 左右，油层部位3 000～3 280 m处地层压力约30～32 MPa，温度大约在120～125 ℃。由于油藏前期衰竭开发，压力下降最低至15 MPa，2005年部分油井开始转注，储层压力有一定恢复。

2　井身结构及井眼轨迹

该油田批钻的8口井Ø609.60 mm隔水导管全部通过打桩锤入，入泥深度55 m左右至持力层；Ø444.5 mm井眼钻进至400 m，Ø339.725 mm套管下至395 m左右，主要封固平原组疏松地层； Ø311.15 mm井眼钻进至2 455 m（进东营组约50 m，若进东营组大套泥岩，钻井液体系较难维持东营组泥岩的井壁稳定性），Ø244.475 mm套管下至2 450 m，主要封固明化镇组和馆陶组、隔开生产层，减小储层污染； Ø215.9 mm井眼至完钻井深，Ø177.8 mm尾管封固东营组和生产层。井身结构见图1。

此8口井轨迹方面较为简单，大部分为二维井，具体轨迹图如图2、图3和图4。从图2可以看出仅1口井跨2象限，从图3和图4可以看出仅2口井需要二次调整方位，但是调整幅度都很小，其他井眼轨迹较简单，井斜均小于30°。在轨迹方面也有利于快速钻进、井筒返砂和膨润土钻井液深钻。在应用膨润土钻井液深钻技术中，井眼轨迹简单，在实钻过程中，就可以进行快速钻进，不需要过多的作业时间去调整井眼轨迹，这也是膨润土钻井液深钻技术的有利因素之一，因为膨润土失水较大，从表1中可以看出上部地层以泥砂岩互层为主，一旦失水过多，井壁失稳周期相对就短。

图1　井身结构

图2　井眼轨迹俯视投影图

图3　井眼轨迹立体图

图4　井眼轨迹水平投影图

3　膨润土钻井液深钻技术

3.1膨润土钻井液性能

膨润土（Bentonite）是以蒙脱石为主的含水黏土矿。膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na+时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土；层间阳离子为H+时称氢基膨润土（活性白土、天然漂白土-酸性白土）；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土［3］。具有膨润性、黏结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。在钻井液中，选用的是钠基膨润土，其晶格结构致使水分子容易进入2个晶胞之间发生膨胀、易水化分散提高了钻井液的黏度和切力［4］。

在钻井作业实际配置膨润土钻井液过程中，利用淡水配制，建议配方为：（2～4 ）kg/m3烧碱、（2～3）kg/m3纯碱、（90～100）kg/m3膨润土，膨润土的水化能力与配浆水的硬度以及膨润土中的钙离子含量有关。烧碱和纯碱，除去钙、镁离子、促进膨润土水化，通过膨润土的造浆，使膨润土钻井液具有悬浮性、携岩性、堵漏等性能，同时烧碱提高膨润土钻井液pH值（一般要求膨润土钻井液pH值大于10），其水化时间不少于6 h。膨润土钻井液性能见表2。

表2　膨润土钻井液性能

从表2膨润土钻井液性能中可以看出，膨润土钻井液流变性足以悬浮和携带岩屑，pH值控制在大于10，但API失水不进行控制，主要是让岩屑中黏土充分分散和避免了黏结泥球，同时也避免了密度上涨过快致使发生井漏的风险。

3.2膨润土钻井液深钻技术应用

3.2.1技术要求 膨润土钻井液深钻技术，就是在非储层段，结合地层沉积和地质岩性特点，在井壁失稳周期内利用膨润土钻进至最大许可的地层深度，以达到快速钻进、适当扩大井径，有利于起下钻和下套管等作业，最终缩短钻井周期、降低作业成本。其适用主要要点如下：

（1）在非储层段作业、且同井眼段不揭开储层段；

（2）有利的地层沉积环境、地质岩性与膨润土钻井液有良好的配伍性。渤海油田平原组和明化镇组是黏土和泥岩互层，且属于新生界第三和四系沉积，在其坍塌周期内，均适合膨润土钻井液钻进；

（3）井身结构方面，上层套管较好地封固了上部薄弱层，选择膨润土钻井液深钻的井段不揭开下个地层的薄弱点。在渤海某油田钻探过程中，表层Ø339.725 mm套管下至400 m左右（如图1），将平原组上部松散的泥砂层封固，膨润土深钻的Ø311.15 mm井段选择在进东营组顶部大套泥岩不超过50 m为原则，Ø244.475 mm技术套管主要封固明化镇和馆陶组，从客观上将适合于膨润土钻井液（聚合物体系）或有机正电胶体系放在了同一个井段中，而将东营组易水化坍塌的泥岩段与其隔开（一般在东营组需强抑制性的氯化钾聚合醇体系钻进），同时也有利于现场钻井液性能的维护和处理；

（4）较简单的井眼轨迹。简单的轨迹有利于快速钻进、井筒返砂［5］（一般认为井斜小于45°，有利于返砂），在一定程度上，有利于膨润土钻井液的深钻。3.2.2 技术措施 根据表1地质分层数据，该油田在进馆陶前均是黏土和泥岩互层，且属于新生界第三和四系沉积［6］，处于黄河入海口最前端，膨润土钻进至进馆陶组地层之前（垂深2 000 m），起到了较好的效果。其现场操作及性能维护主要措施如下。

（1）膨润土钻井液选择淡水配制，水化时间不少于6 h。

（2）钻进期间，选择大内径钻杆（Ø139.7 mm）和排量（4～4.2 m3/Min）钻进，每柱钻进完，根据钻速快速倒划1～2遍，有利于黏土的分散和钻屑的携带。

（3）充分利用固控设备清除有害固相。现场采取一边加海水维持和控制海水膨润土钻井液的黏度（30～35 s/qt）和密度（1.05～1.10 g/cm3），实时监测和调整pH值（大于10），让岩屑中的黏土充分分散、避免黏结成团和泥球，也避免了密度上涨过快、导致发生井漏的风险。

（4）视返砂情况每钻2柱，泵入5～8 m3稠膨润土钻井液（漏斗黏度120 s）携岩、清扫井眼。

（5）当钻进至1 000 m后，在稠塞中可使用纤维来进一步增强其井眼清洁能力［7］。3.2.3 应用效果 根据钻后统计，在该油田8口井中应用膨润土钻井液深钻技术后，起到了较好的效果。

（1）平均钻速由50～70 m/h提高至90～100 m/h，大幅度地提高了生产时效，缩短了钻井周期。

（2）适当扩大了井径（如图5），通过对其中的1口井进行井径测井发现膨润土钻井液钻进的阶段井径扩大至374.65 mm，非膨润土钻井液钻进井段为342.9 mm，大幅度地提高了起下钻和下套管作业效率，在短起期间，无需倒划眼，大钩载荷均匀下降，无任何阻挂，在下套管期间，套管串悬重也是均匀增加，启动摩阻很小，并且无明显阻挂，且将作业效率提高了40%。

图5　某井井径测井曲线图

（3） 该井段钻井液成本节省50%，整口井钻井液成本节省30%左右。

4　结论

（1）膨润土钻井液失水较大、黏度低，冲刷能力和携岩性强，可使岩屑和黏土充分分散至其中，有利于释放钻井参数，实现快速钻进，膨润土钻井液深钻技术满足渤海油田的地层。

（2）膨润土钻井液深钻技术应用于非储层段，可以适当扩大井径，有利于起下钻和下套管，在井壁失稳周期内，提高作业时效。

（3）现场配置及维护简单，适合海上空间有限的钻井作业，并且大幅度地降低钻井液成本。

［1］董星亮，曹式敬，唐海雄，等编著.海洋钻井手册［M］.北京：石油工业出版社，2011.

［2］叶周明，刘小刚，崔治军，等. 大尺寸井眼钻井工艺在渤海油田某探井中的应用和突破［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：18-21.

［3］温佩，武文洁，赵立辉.膨润土的改性及应用研究进展［J］.化工技术与开发，2008，37（2）：27-31.

［4］张培丰，王达.科钻一井钻井液用膨润土性能及分散机理［J］.地质科技情报，2008，27（1）：103-107.

［5］沈伟，谭树人.大位移井钻井作业的关键技术［J］.石油钻采工艺，2000，22（6）：21-26.

［6］徐怀大.渤海湾盆地下第三纪地层和沉积特征［J］.海洋地质与第四纪地质，1981，2（2）：12-29.

［7］汪志明，翟羽佳，高清春.大位移井井眼清洁监测技术在大港油田的应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（2）：17-19.

（修改稿收到日期 2015-10-25）

〔编辑 薛改珍〕

Application of bentonite slurry deep drilling technology in drilling and exploration operations in a certain oilfeld in Bohai

YE Zhouming1，LIU Xiaogang1，MA Yingwen1，CUI Zhijun1，GUAN Hekun2，YANG Xiaojing3
（1. Tianjin Branch of CNOOC（ China），Tianjin 300452，China；2. China Oilfield Serνices Limited，Tianjin 300452，China；3. Tianjin Human Resource Serνices limited Company ，Tianjin 300456，China）

In the course of drilling and exploration operations in a certain oilfield，the depositional environment and general situation of geological reservoir of such oilfield have been analyzed，the wellbore configuration and wellbore trajectory have been optimized，the sodium-based bentonite slurry has been properly selected，the additives such as tackifier，sodium hydroxide and sodium carbonate have been added so as to increase the dynamic/static shearing force and pH value（higher than 10），and the fully-hydrated bentonite slurry has been drilling deeply to Guantao Group（the vertical depth is about 2 000 m） after the preparation of freshwater . As a result，the quick drilling has been achieved，drilling rate increased from 50～70 m/h to 90～100 m/h，the diameter of upper section has been appropriately increased to reduce the jamming risk in trip/casing running operation，the costs of drilling fluid have been saved，and the typical technology for reducing costs and improving efficiency has been formed in Bohai Oilfield.

bentonite slurry； deep drilling； hole enlargement； trip； casing running

TE254

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0053-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.013

叶周明，1984年生。2007年毕业于长江大学石油工程专业，现主要从事海洋石油钻完井监督工作，工程师。电话：022-25803 715。E-mail：yezhm2@cnooc.com.cn。