盐穴储气库钻井过程中配套钻井液技术应用研究

吴国邦,胡 超，刘 伟，卢青峰

(1.江苏苏盐井神股份有限公司,江苏 淮安 223200；2.江苏国能石油天然气有限公司,江苏 淮安 223200；3.江苏省制盐工业研究所,江苏 淮安 223200)

1 前言

钻井是建立地面与地下盐穴之间联系的中间过程，是储气库建设改造必不可少的重要环节，其质量的保障直接影响着后续工作的速度与水平。钻井液作为钻井施工中的“血液”，在优快钻井技术中将起到重要作用。国内学者对于枯竭油气藏型储气库钻井液开发做出了大量技术研究及实际现场技术应用，但针对盐穴储气库钻井液技术应用研究较少。油田钻探在穿越盐膏层时，一般选择采用高密度饱和盐水钻井液[1-2]，钻开塔河油田巴楚组盐膏层时泥浆密度高达1.65 g/cm3～1.70 g/cm3，盐膏层埋深在5 000 m左右。而盐穴式储气库井深度一般均不超过2 000 m，地层的承压能力也低，承受不了大量高密度的钻井液。传统井矿盐开采连通井一般要使用欠饱和盐水或饱和盐水钻井液，钻井时一般大都是存在着井眼溶蚀程度较严重，井径扩大率相对过高以及较易发生如卡钻、断钻具等井下复杂事故，其井身质量达不到储气库井的要求[3]。为此，以江苏省淮安市某盐矿为例，分析其地质工程概况和钻进过程难点，进行盐穴储气库钻井过程中配套的钻井液技术应用研究。

2 地质工程概况

2.1 地层情况

该盐矿地层自下而上划分依次为白垩系上统浦口组(K2P)、新近系中上统盐城组(Ny)和第四系东台组系统(Qd)。上部地层岩性组分特征为粘土、粉质粘土岩和灰岩夹钙质细砾砂岩，地层结构松软且较易侵蚀出现渗漏、粘土遇水容易造浆；下部地层岩性及其组成特征为盐岩、泥岩、粉砂岩，局部含硬石膏，地层结构致密易发生卡钻，岩盐层易产生溶蚀和扩径开裂及坍塌。白垩系上统浦口组二段(K2P2)部分地层为主力盐矿层，埋深约1 900 m，盐层厚度大、品位适中，是建造储气库目的层段。

该盐矿盐穴储气库典型的井身结构见表1。

表1 淮安市某盐矿盐穴储气库典型的井身结构

2.2 钻井工程难点分析

该盐矿盐穴储气库钻井时需要着重考虑以下问题来保证安全钻进：

(1)表层的粘土层存在井口塌陷的地质风险。

(2)东台组、盐城组地层成岩性差，有含水层，易渗漏坍塌；浦三段上部泥岩造浆严重。

(3)盐城组与浦三段不整合接触，易漏失与地层失稳。

(4)浦三段中含有少量的石膏，而石膏中的钙离子矿物质等将会导致钻井液污染，石膏或其他含着大量石膏颗粒的软泥岩体在井内长期受到的钻井液液柱压力，不能得到正常的平衡及地层岩石结构本身可能受到的其它各种横向应力的影响时，会向井内运移而垮塌。

(5)盐岩层受地下钻井液溶蚀作用存在扩径质变现象，夹覆在盐岩层孔隙间的薄层泥岩、粉砂岩等不溶物质还存在发生蠕变、缩径开裂及发生垮塌灾害的风险。

3 钻井液技术应用研究

3.1 分段钻井液方案(表2)

表2 淮安市某盐矿盐穴储气库分段钻井液方案

依据我国油田钻井经验，针对上述地层特点及钻井工程施工中的难点，钻井时多采用分段钻井液方案[4]：一开井段必须采用对井眼净化防护能力极好的高分子聚合物钻井液，防止上部地层漏失及水化膨胀现象；二开阶段均采用饱和盐水钻井液，防止含盐岩层的溶蚀、扩径开裂及岩层蠕变，钻井液密度在1.30 g/cm3～1.35 g/cm3；三开钻穿腔体前置换成饱和卤水，防止盐层被溶蚀变质及污染卤水。

3.2 技术要点

(1)导管(Φ660.4 mm井眼，0 m～27.66 m)。

开钻前要在循环罐槽内加水配制膨润土浆60 m3，粘度40 S～50 S，膨润土加量为5 t，纯碱加量约300 kg，充分预水化后进行打导管作业。由于钻井井眼尺寸较大，随钻井眼加入一定量的提粘剂也将使钻井液具有较为良好稳定的悬浮能力及携带输送能力，同时还使钻进井泥浆排量能够稳定达到50 L/s，确保了岩屑返出。

(2)一开(Φ444.5 mm井眼，27.66 m～502 m)。

一开前配制钻井液总量100 m3，钻井液配制：膨润土40 kg/m3～60 kg/m3+NaOH 2 kg/m3～3 kg/m3+0.2%～0.3% IND30+1%～1.5% KHF；调整好钻井液的性能状态后方可再钻一开。由于东台组、盐城组上部的地层成岩性结构较差，胶结疏松，易发生渗漏裂缝现象，导致地层破碎垮塌，钻进及操作时需妥善配合使用优质的超细微颗粒碳酸钙砂石随钻进行堵漏，保持良好且稳定、均匀的悬浮和携带能力，确保井壁性能的稳定。因盐城组的中下部地层与浦口组三段的上部地层中都含有易造浆粘土，钻进与施工活动中应加强监测，注意控制钻井液性能的变化，加足抑制包被剂PMHA-n抑制其造浆，通过采取措施及时增加补充胶液和补充水化处理后的膨润土，以确保钻井液量充足及满足设计的各项性能的精度要求。

(3)二开(Φ311.2 mm井眼，502 m～1 887 m)。

二开前处理好钻塞时的水泥侵，配制饱和盐水钻井液，加入1%～1.5% KHF+0.2%～0.5% DRF+PAC-HV，控制钻井液的API失水在5 mL以内，保持粘度45 S左右，并适时加入氯化钠保持Cl-浓度1.8×105mg/L以上。

为维持钻井液性能稳定，钻进浦三段地层时将浓度为1%～2%的聚合物胶液随钻均匀加入，保持钻井液低粘切，防止钻屑粘贴井壁造成缩径现象发生。进入盐层前，及时加入1%无荧光防塌剂、0.3%～0.5%抗盐降滤失剂增粘剂，改善泥饼质量，增强封堵造壁能力；进入盐层后的钻井液检验技术重点是为确保井下液体Cl-平均浓度保持在1.8×105mg/L以上，每井班需对其钻井液介质中的平均Cl-含量值进行监测，在有需要时及时补充氯化钠。同时还要加入抗盐结晶剂来防止因盐液的重结晶现象而发生的井下复杂腐蚀情况。定向钻进时，逐渐补充液体润滑剂，提高钻井液润滑性，防止托压及粘卡事故的发生。二开中完后通过双扶通井、大排量循环钻井液、稠浆封井等措施保证测井、下生产套管、固井顺利进行。

(4)三开(Φ215.9 mm井眼，1 887 m～1 951 m)。

三开钻塞时，做好抗钙、除钙沉淀处理，以适当降低扫塞施工过程中存在的钙离子的污染。钻穿腔顶前20 m，全井筒置换饱和卤水，钻穿腔顶进入腔体后发生漏失，向井筒内补充饱和卤水，维持井壁稳定。

3.3 钻井液参数

该盐矿盐穴储气库施工钻井液性能见表3，三开上部钻井液性能同二开，钻穿腔体前20 m置换为饱和卤水。

表3 淮安市某盐矿盐穴储气库施工钻井液性能

5 现场应用

完成淮安市某盐矿地下储气库项目建设的钻井施工设计时，采用了分段钻井液技术，有效解决了井眼未净化、井径异常、井壁失稳等地质问题，未导致任何一种井下施工复杂技术情况和事故的发生。

上部地层采用聚合物钻井液，随钻添加封堵剂,有效缓解地层渗漏问题；加足抑制包被剂的PMHA-n控制了地层造浆，控制滤失量为<8 mL，至施工完成时钻井液粘度的改变范围不大，起吊下钻作业基本顺利。说明了聚合物钻井液体系和该盐矿地层特性配伍性比较好,适应了钻井和建造工程的要求。

二开使用饱和浓盐水聚合物钻井液，根据聚合物钻井液自身性能要求适时定量补充氯化钠、提粘剂、润滑剂等，整个工程二开钻井及三开钻井均施工顺利，起吊下钻正常、无卡阻。

分段式钻井液体系配合合理有效的钻井和施工工艺，实现了高速、高效、质优的钻井施工，钻井液原材料、处理剂等费用只占到钻井生产工程总费用的4.5%，经济实惠。

6 结论

1)针对一开松软岩层,通过使用特制的高粘切、制力更强的高分子聚合物钻井液，就可以实现更为经济高效的控制上部岩层中产生的粘土造浆现象；针对二开含盐层系，通过使用饱和盐水聚合物钻井液，确保钻井液平均Cl-浓度>1.8×105 mg/L，从而有效避免了盐层溶解，同时确保盐水层段不会溶蚀扩径、塌陷。

2)针对淮安市某盐矿盐穴储气库造腔钻井工程，应用分段钻井液技术，现场施工一切顺利，证明该技术在盐穴储气库钻井过程中是可靠的。此次所形成的钻井液体系对井矿盐钻井造腔提供了良好的指导意义。

3)钻井液性能维护是钻成规则井眼的关键，施工过程中，要严格按照要求测量钻井液性能，适时调整胶液量、添加处理剂等方式维护好钻井液性能。