低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應(yīng)用

蔣 明羅樹(shù)祥王先洲鄧增庫(kù)張 剛管風(fēng)營(yíng)

（1.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間 062450；2.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280）

低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應(yīng)用

蔣 明1羅樹(shù)祥1王先洲1鄧增庫(kù)1張 剛2管風(fēng)營(yíng)1

（1.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間 062450；2.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280）

蘇里格氣田石千峰組和石盒子組泥巖地層易發(fā)生嚴(yán)重井壁垮塌，井塌劃眼、卡鉆、填眼側(cè)鉆等復(fù)雜情況頻繁發(fā)生。針對(duì)蘇里格氣田的地層巖性特點(diǎn)，開(kāi)展了低含量KCl鉆井液研究，通過(guò)保持聚磺鉆井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高體系的抑制防塌性能。2口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該體系抑制性強(qiáng)，砂樣清晰，無(wú)垮塌現(xiàn)象，起下鉆通井無(wú)阻卡；封堵造壁和流變性能良好，濾餅光滑致密，性能穩(wěn)定，鉆井液無(wú)排放，較好地滿足了井下施工需要，為安全高效開(kāi)發(fā)蘇里格氣田積累了經(jīng)驗(yàn)。

低含量KCl；井壁穩(wěn)定；水化膨脹；流變性；蘇里格氣田

蘇里格氣田沉積環(huán)境復(fù)雜，處于水平井大斜度井段和水平井段的石千峰組和石盒子組泥巖地層井壁垮塌嚴(yán)重，水敏性、周期性、硬脆性和破碎性井塌方式同時(shí)存在，預(yù)防難度大，使用過(guò)多種鉆井液體系，都未能取得較好效果［1-3］?！半p石”組泥巖全巖礦物分析和黏土礦物分析結(jié)果表明，蘇里格地區(qū)泥巖主要以石英和黏土礦物為主，其中石英平均含量為48%，黏土礦物平均含量為45%，黏土礦物中以高嶺石、伊利石和伊蒙混層為主，其中伊蒙混層平均值為42%，伊蒙混層中蒙脫石平均含量為38%，因此該類(lèi)泥巖水敏性較強(qiáng)，在鉆井液長(zhǎng)期浸泡下容易因水化膨脹不均勻?qū)е戮诳逅?］。部分井段泥巖存在層理和微裂縫，鉆井液濾液侵入地層造成泥巖水化膨脹，加劇了層理和微裂縫的發(fā)展，一旦在起下鉆過(guò)程中濾餅被破壞，破碎巖體失去屏障造成垮塌。

KCl抑制泥巖水化膨脹能力強(qiáng)，對(duì)水敏性井塌和周期性垮塌有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)［1-5］，KCl鉆井液在蘇里格地區(qū)應(yīng)用幾口井，在泥巖防塌方面取得了較好的效果，但該體系在蘇里格地區(qū)使用受到一定的限制。主要原因：一是蘇里格地區(qū)水平井需中途轉(zhuǎn)型，裸眼頂替存在憋漏地層風(fēng)險(xiǎn)；二是井內(nèi)轉(zhuǎn)型存在高黏度風(fēng)險(xiǎn)；三是鉆井液成本較高；四是如果發(fā)生井漏將導(dǎo)致鉆井液施工失敗。大量室內(nèi)數(shù)據(jù)表明，較低的K+含量就能顯著提高泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率，因此可通過(guò)保持鉆井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高體系的抑制防塌性能，但體系中KCl的含量低于3%，KCl就對(duì)體系造成不同程度的污染，導(dǎo)致流動(dòng)性差、濾失量大、濾餅虛厚，性能極不穩(wěn)定。通過(guò)材料優(yōu)選，合理轉(zhuǎn)型和維護(hù)處理，保證了體系良好的封堵造壁和流變性能，濾餅光滑致密，性能穩(wěn)定，抑制防塌性能明顯增強(qiáng)，滿足了蘇里格氣田水平井施工的需要。

1 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 基本配方

選擇了具有一定抗鹽能力的處理劑，在常溫和高溫下對(duì)低含量KCl鉆井液配方進(jìn)行了優(yōu)選。隨著KCl含量的增加，體系滾動(dòng)回收率增加，KCl含量超過(guò)1.2%后流變性變差，為了便于性能控制和降低成本，優(yōu)選KCl含量0.8%～1.0%，形成的低含量KCl鉆井液配方如下。

（4.5%～4.8%）膨潤(rùn)土+（0.3%～0.5%）K-PAM+（1.0%～1.5%）NH4-HPAN++（2.0%～2.5%）SMP-1+2.0% FT-342+（1.0%～2.0%）抗高溫降濾失劑KJ-1 +（1.5%～2.0%）抗溫抗鹽降濾失劑WBF-108 +（0.8%～1.0%）KCl +2% 特制乳化瀝青TZLQ +（0.1%～0.2%）羧甲基纖維素鈉鹽CMC+ NaOH。

1.2 鉆井液性能評(píng)價(jià)

按聚磺鉆井液基本配方和低含量KCl鉆井液基本配方配制鉆井液，加NaOH調(diào)整pH值至9～10，用BaSO4調(diào)整密度至1.18 g/cm3，120 ℃熱滾16 h后，測(cè)定其性能，并取石盒子組深灰色泥巖塌塊，進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收率和線性膨脹率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低含量KCl鉆井液體系流變性和降濾失效果良好，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抑制黏土水化分散和膨脹的能力，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

表1 聚磺鉆井液與低含量KCl鉆井液對(duì)比評(píng)價(jià)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

低含量KCl鉆井液分別在蘇里格氣田水平井蘇76-4-3H和蘇25-12-1H井進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。

蘇76-4-3H井井身結(jié)構(gòu)：?374.6 mm×529 m（? 273.05 mm×528.62 m）+ ?215.9 mm×3 474 m （?177.8 mm×3 470.50 m）+ ?152.4 mm×4 445 m（裸眼完井）。

蘇25-12-1H井井身結(jié)構(gòu)：?374.6 mm×430 m（?273.05 mm×429.04 m）+ ?215.9 mm×3 508 m（?177.8 mm×3 504.80 m）+ ?152.4 mm×4 353 m（裸眼完井）。

2.1 低含量KCl鉆井液的配制

（1）提前配置50 m318%膨潤(rùn)土漿，充分水化，使用HV-CMC護(hù)膠。

（2）造斜點(diǎn)前100 m轉(zhuǎn)型，混入50 m318%膨潤(rùn)土漿，鉆井液總量達(dá)到150 m3。轉(zhuǎn)型前必須做好小型試驗(yàn)。

（3）按順序依次加入NaOH（調(diào)整pH值到9.0）、2% FT-342、2.5% WBF-108、2.0%KJ-1、2.5% SMP-1、1.5% NH4-HPAN、0.3% K-PAM，充分循環(huán)，檢測(cè)性能。

（4）循環(huán)2周后，按低含量KCl鉆井液基本配方配制膠液15 m3，加入0.6 t KCl，把配好的膠液均勻混入鉆井液中，如果黏切變化不大，再配置含0.6 t KCl的膠液15 m3混入鉆井液。

（5）將以上配置好的鉆井液充分循環(huán)后檢測(cè)性能，并根據(jù)性能參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整膨潤(rùn)土含量，再分2次補(bǔ)充含KCl 0.6 t的膠液20 m3，使鉆井液中KCl含量達(dá)到0.9%。

（6）充分循環(huán)后再次測(cè)量性能，如需要經(jīng)小型試驗(yàn)后適量補(bǔ)入備用的護(hù)膠膨潤(rùn)土漿，用CMC、XC提高黏切，黏切過(guò)高時(shí)用降黏劑或膠液調(diào)整，保持鉆井液良好的流變性，使其達(dá)到性能要求。

2.2 鉆井液維護(hù)處理

（1）按基本配方配成膠液，維持鉆井液中KCl的有效含量0.8%～1.0%，利用K+的鑲嵌固定作用抑制泥巖水化膨脹。保持K-PAM的含量不低于0.3% ，進(jìn)一步增強(qiáng)體系的抑制性。完井階段用等濃度含鹽膠液維護(hù)，保持鉆井液性能穩(wěn)定，如性能不穩(wěn)定，停止加入KCl。

（2）合理匹配N(xiāo)H4-HPAN、SMP-1、WBF-108、KJ-1、FT-342等降濾失劑和防塌劑，嚴(yán)格控制濾失量，使大斜度井段的中壓濾失量小于2.5 mL，90°高溫高壓濾失量小于8.5 mL，有效形成優(yōu)質(zhì)致密濾餅，減少鉆井液濾液進(jìn)入地層，減緩水敏性地層泥巖水化膨脹速度。

（3）保持防塌劑TZLQ和FT-342的有效含量不低于3%，充填和封堵破碎性和硬脆性泥巖微裂縫，起到很好的膠結(jié)護(hù)壁作用。

（4）隨井深和井斜的增加逐步提高鉆井液密度，鉆至大斜度井段及時(shí)提高鉆井液密度至1.17～1.18 g/ cm3，利用鉆井液的徑向支撐力平衡井壁［6］；中完前控制鉆井液密度在1.20 g/cm3以內(nèi)，防止壓差過(guò)大，加快鉆井液濾液侵入破碎地層，造成地層應(yīng)力的改變，引發(fā)井壁垮塌，并避免密度過(guò)高造成地層井漏。

（5）鉆進(jìn)過(guò)程中采取少量多次的方式使用護(hù)膠后的高濃度膨潤(rùn)土漿、含KCl膠液、XC或降黏劑調(diào)整黏切，防止黏度上漲幅度太大，造成井壁濾餅虛厚。造斜時(shí)黏度為34～38 s，隨井斜的增大逐步調(diào)整，大斜度井段控制鉆井液漏斗黏度60～75 s，動(dòng)切力12～15 Pa，動(dòng)塑比不低于0.4 Pa/（mPa·s），φ3讀值大于φ6，即保證鉆井液對(duì)井壁有較好的沖刷效果，防止形成虛厚濾餅，又具有足夠的懸浮攜帶能力，避免砂子垂沉堆積于下井壁造成阻卡。

（6）堅(jiān)持單根技術(shù)劃眼，及時(shí)修整井壁，保證井眼光滑、暢通。每鉆進(jìn)90～120 m短起下鉆1次，短起長(zhǎng)短結(jié)合，避免形成并及時(shí)破壞巖屑床，確保垂沉于下井壁的鉆屑及時(shí)刮起并返出地面。

（7）開(kāi)啟四級(jí)固控設(shè)備，及時(shí)清除有害固相，保證鉆井液清潔。用孔徑0.076 mm篩布的振動(dòng)篩和離心機(jī)清除被反復(fù)碾磨破碎后分散到鉆井液中的細(xì)小顆粒砂子，避免形成砂質(zhì)濾餅。

（8）定期向鉆井液中補(bǔ)充各種潤(rùn)滑劑。開(kāi)始造斜時(shí)，加入1%極壓液體潤(rùn)滑劑，利于保持較低黏度，避免鉆頭泥包，提高鉆速。井斜達(dá)到30°后，補(bǔ)充瀝青和膠質(zhì)成分含量高，潤(rùn)滑效果好，作用時(shí)間長(zhǎng)的液體潤(rùn)滑劑TZLQ和RHZY，進(jìn)一步提高潤(rùn)滑性。井斜在45°以后，采取勤補(bǔ)慢加的原則，保持TZLQ和RHZY的含量3%～5%，使濾餅?zāi)ψ枰驍?shù)小于0.06。

（9）每次起鉆前用防塌塞（井漿+2%FT-342）封閉井底300～500 m，防止長(zhǎng)時(shí)間靜止導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

各井段鉆井液性能見(jiàn)表2。

2.3 應(yīng)用效果

（1）鉆井液抑制性強(qiáng)，砂樣清晰，不糊篩，無(wú)垮塌現(xiàn)象，起下鉆通井無(wú)阻卡。

（2）流變性好，性能穩(wěn)定易控制，鉆井液無(wú)排放，鉆進(jìn)中返砂正常，起下鉆開(kāi)泵順利。

（3）濾餅光滑致密，全井摩阻因數(shù)在0.04～0.07，無(wú)黏卡和托壓現(xiàn)象，鉆具上提附加拉力在完鉆階段不超過(guò)80 kN。

（4）低含量KCl鉆井液雖然增加了護(hù)膠劑用量，但減少了其他防塌劑用量，鉆井液成本沒(méi)有增加。

表2 各井段低含量KCl鉆井液性能

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）蘇里格地區(qū)泥巖造漿輕微，膨潤(rùn)土含量容易控制，使用低含量KCl鉆井液具有一定的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)合理轉(zhuǎn)型、等濃度維護(hù)等措施，全井鉆井液性能穩(wěn)定易維護(hù)，未因KCl的污染而排放。

（2）低含量KCl鉆井液與聚磺鉆井液相比抑制能力明顯增強(qiáng)，膨潤(rùn)土含量比KCl聚磺鉆井液高，封堵造壁性能好，能有效控制蘇里格多種方式同時(shí)存在的泥巖垮塌。

（3）低含量KCl鉆井液配置簡(jiǎn)單，適合蘇里格水平井鉆井液施工需中途轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，降低了裸眼轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)。

（4）低含量KCl鉆井液滿足了蘇里格水平井井下施工要求，保證了井壁穩(wěn)定，為解決蘇里格泥巖垮塌提供了一種思路，應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化應(yīng)用。

［1］王先洲，蔣明，鄧增庫(kù)，等.蘇76-1-20H井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2013，35（2）：26-30.

［2］李文明，向剛，王安泰，等.蘇里格氣田大位移水平井鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2012，34（3）：33-35.

［3］李淑森，王霞，高含.蘇里格氣田水平井鉆井提速技術(shù)分析與對(duì)策 ［J］.鉆采工藝，2012，35（5）：115-117.

［4］張作清，竇金濤，付建國(guó)，等.英買(mǎi)力地區(qū)古近系地層鉆井液技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2013，41（2）：54-58.

［5］王權(quán)陽(yáng)，李堯.抗高溫KCl聚磺鉆井液體系在伊朗FX井中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（1）：50-53.

［6］聶臻，夏柏如，耿東士，等.井壁穩(wěn)定性研究及其在Kolzhan油田的應(yīng)用 ［J］.鉆井液與完井液，2011，28（3）：31-34.

（修改稿收到日期 2014-06-23）

〔編輯 薛改珍〕

Application of low content KCl drilling fluid in Sulige Gas Field

JIANG Ming1,LUO Shuxiang1,WANG Xianzhou1,DENG Zengku1,ZHANG Gang2,GUAN Fengying1
（1.The Fifth Drilling Company of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Hejian062450,China;2.Mud Technical Service Branch of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Tianjin300280,China）

Severe borehole collapse occur easily in mudstone formations of Shiqianfeng Formation and Shihezi Formation of Sulige Gas Field,and troubles like hole collapse reaming,sticking,filling the hole and sidetracking often occur also.In view of the formation rock properties and characteristics of Sulige Gas Field,study was conducted on low content KCl drilling fluid;the inhibition and anticollapse performance of the drilling fluid system is improved by maintaining 0.8%-1.0% of KCl in polysulfonate drilling fluid.Its application in two wells shows that this system has generated strong inhibition and clear sand specimen with no collapse and no obstructions in wiper trips;it has favorable performance in plugging and side-wall building and rheological property;the filter cake is smooth and tight and has stable performance;there is no discharge of drilling fluid;all of these properties satisfactorily meet the downhole service requirements and provide experiences for safe and efficient development of Sulige Gas Field.

low content KCl;borehole stability;hydration swelling;rheology;Sulige Gas Field

蔣明，羅樹(shù)祥，王先洲，等.低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：54-56.

TE254

：A

1000–7393（2014）04–0054–03

10.13639/j.odpt.2014.04.014

蔣明，1963年生。1996年畢業(yè)于天津大學(xué)，現(xiàn)主要從事鉆井工程管理工作，高級(jí)工程師。電話：13700372679。E-mail：zJzjm@cnpc.com.cn。