厄瓜多尔Sacha 油田砾石层安全钻进钻井液技术

蒋振伟，张建斌，雷 江

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710021；2.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安 710018）

厄瓜多尔东部油田地层较新，存在大段泥岩、页岩、砾石层等复杂地层，国内可借鉴的经验少；且地处热带雨林，厄瓜多尔政府对石油开采有着严格的环保要求，对钻井液材料的种类和加量均有严格的限制，加大了技术服务的难度。通过实地调研、室内试验以及请教相关院士、专家等进行论证，形成了针对该区块的技术方案[1]，形成了PHB Ca、GAP 和DRILL IN 三套钻井液体系，成为中方钻井液技术打开厄瓜多尔市场的带头人。

1 砾石层钻进钻井液技术难点

厄瓜多尔Sacha 区块存在2 段砾石层，上砾石层在垂深2 042 m～2 103 m 范围内，厚度小，一般不会对钻进带来太大困难。下砾石层处于2 194 m～2 407 m的垂深范围内（见表1），根据井身设计，此处为二开311.15 mm 井眼稳斜段，井斜一般在25°～45°。因当地地层和井身结构的复杂性，国内可借鉴的经验少，主要有以下钻井液技术难点[2]。

1.1 机械钻速慢，钻进时间长

因砾石层硬度大，分布不均匀等情况，在进入砾石层后多采取相对保守的钻进参数，把钻压、排量、钻具转速等适当降低，防止钻头过度磨损。即使这样也不能保证一个钻头能钻穿，有时机械钻速（ROP）会低于3 m/h，严重影响建井周期（见表1）。

1.2 井壁稳定问题

二开井段采用满眼钻具组合，扶正器、螺杆、无磁等尺寸大，如果井壁失稳，加上砾石层本身结构松散，易发生卡钻事故。但从实钻情况分析，目前已完成的几口井砾石层未见明显掉块，说明钻井液密度满足井壁稳定要求。随着体系进一步优化，密度呈下降趋势，应密切关注砾石层掉块情况。

1.3 起下钻、下套管遇阻

在钻穿砾石层后，起下钻通井、下套管遇阻甚至卡钻是该段存在的主要问题，同时也是全井段最难解决的问题，因此，解决砾石层遇阻问题成为Sacha 地区钻井液核心技术。Sacha 44FD 井发生套管遇卡事故，Sacha 44MD 井发生通井卡钻事故，都是发生在下砾石层底部。

1.4 成本控制问题

二开砾石层段对钻井液性能要求高，成本也较高。以往存在对砾石层认识的偏差，另外处理措施不到位、不科学。由于CHALCANA、ORTEGUAZA 地层水化造浆严重，进入砾石层后，钻井液切力高，流变性差，失水大且难以控制，多采取配新浆顶替旧浆的欠佳作法，造成二开钻井液成本急剧增加，超过20 万美元，失去市场竞争优势。

表1 Sacha 440 井场下砾石层钻遇情况

2 Sacha 44MD 井砾石层卡钻事故

2.1 卡钻经过

Sacha44MD 二开第一趟钻（5#BHA）由套管鞋1 942.2 m 钻至2 505.5 m 后进行短起下，之后钻穿砾石层至2 784.6 m，由于机械钻速慢，起钻后发现钻头磨损严重，组合新钻具（6#BHA）下钻，继续钻进至3 101.1 m 完钻。

完钻后短起到套管鞋，然后下钻至井底按照设计处理泥浆体密度，泥浆密度从1.29 g/cm3调整到1.31 g/cm3，调整后泥浆性能为：密度1.31 g/cm3，黏度60 s，PV15，YP18，GEL18/30/32，含油量2%。循环直到振动筛干净后，打入高性能润滑浆正常起钻至2 773 m，在砾石层底部出现遇阻，以10 冲/分钟排量缓慢上提到2 743 m，随钻震击器工作几次后不再复位工作。缓慢活动钻具，活动空间只有3.1 m，转盘也无法正常开启，钻具原悬重104.5 t，上提最大吨位177.3 t，下压吨位59.1 t，开泵正常，活动3 h 无效，发生卡钻。

卡钻后先后采取泡柴油，降密度，震击器震击，泡解卡剂等措施均为解卡。之后采取测卡点，爆炸松扣震击器以上钻具，再次打捞对接泡解卡剂均无效后填井侧钻。

2.2 卡钻原因分析（见图1）

根据回放卡钻前后操作，措施和操作上存在一定问题。按照作业指令，在砾石层之前（2 789 m）打5 %的润滑浆，在起钻时遇阻，为了不顶替润滑浆，排量保持在10 冲/分钟，并且不开转盘，起到2 741.9 m 遇阻，最大过提70 t，最大下压45 t，逐步把排量提高至44.1 L/s，泵压正常，振动筛返出岩屑很少，在这一位置反复活动钻具和尝试启动转盘，没有成功，导致卡钻。在起钻发生遇阻后，如果考虑不将润滑浆顶替出来而不大排量循环，但如果能保证活动转盘也是能避免粘卡的。

该井井斜大，稳斜段长，扶正器外径大，钻铤多，所以容易造成粘卡。该井在下钻和通井过程中，砾石层基本上整段遇阻，但振动筛上基本干净，未见掉块，也说明卡钻原因为粘卡。

钻进过程中泵压一直较高，接近28 MPa，考虑如果按照设计提密度泵压太高，甲方要求保持低密度1.22 g/cm3把二开打完。但是低密度钻进一方面增加了井壁不稳定的可能性，另一方面完钻后在短时间把密度提至1.31 g/cm3，加重过猛势必造成泥浆不均匀，泥饼变厚。该井段较高的泵压也造成钻进过程中排量偏低，对井壁和扶正器的冲刷不足，增加了泥包和粘卡的可能[3]。

3 砾石层钻井液技术优化

3.1 钻井液工艺优化

一开结束后继续用一开体系钻进至ORTEGUAZA后转换为GAP 钻井液体系，很大程度上降低CHALCANA 泥岩对GAP 体系的污染，这样就能更好地发挥该体系的优越性，重点对付砾石层。以控制体系失水和封堵性为重点，保证砾石层安全快速钻进。

图1 卡钻原因分析

3.2 钻井液体系优化

（1）经过试验对比，从Sacha 44XD 井开始放弃了硝酸钾抑制性体系，改为分散+封堵性体系。由于该地层相比国内水化过于严重，造浆能力强，3 %～5 %的硝酸钾起不到有效抑制的作用。反而会增加失水及钻井液成本，对固控处理带来压力。

（2）降低钻井液密度。由于砾石层松散，胶结程度差，渗透性好，且地层压力低，较高的钻井液密度会增加井底压差，增加泥饼的厚度，形成缩径，这也是引起起下钻、下套管遇阻的关键原因。

（3）提高封堵性，控制失水量。为了保证砾石层的稳定，需要一层薄而韧的泥饼附着在井壁上，通过添加不同粒径的石灰石、乳化石蜡及降失水材料而提高封堵性，改善泥饼质量。把离心机开到正常模式，不间断去除劣质固相，减小钻屑对钻井液的污染。

4 现场应用效果

采用优化后的钻井液技术后，彻底解决了砾石层起下钻、下套管遇阻的难题。自Sacha 44XD 井开始，在以后的4 口井现场应用中，均未出现砾石层遇阻问题。其中Sacha 29XV 井以11.2 d 完钻，创造了该地区钻井速度新纪录。实现了以更低的密度、更快的钻速、最小的成本安全快速钻穿砾石层的目的，得到了甲方石油公司的认可。

5 结论

在该区块二开抛开硝酸钾抑制性体系，转到分散+封堵体系成功解决了砾石层钻进难题，为后续钻井液技术服务积累了宝贵的经验。另外还节约了成本，减少了对环境的影响。砾石层钻井过程中扭矩低，起下钻顺利无遇阻，井壁稳定无掉块，很好地说明了目前二开钻井液体系的优越性。