三塘湖地區(qū)弱凝膠鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用

王廣財(cái) （中石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善838202）

曾翔宇 （中石油吐哈油田分公司開發(fā)部，新疆 鄯善838202）

高應(yīng)祥 （中石油吐哈油田分公司勘探公司，新疆 鄯善838202）

楊榮奎，蒙有朋，劉禧元 （中石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善838202）

馬58H井位于吐哈油田三塘湖盆地馬朗凹陷馬中構(gòu)造帶二疊系條湖組的一口水平預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深3226.79m，鉆井目的是進(jìn)行致密油水平井組礦場(chǎng)試驗(yàn)，攻關(guān)致密油水平井組大型體積壓裂技術(shù)、裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)等，以實(shí)現(xiàn)致密油的高效開發(fā)動(dòng)用。該區(qū)塊水平段的地層中伊－蒙混層含量較高，且混層比也相對(duì)較高，表明其很容易發(fā)生水化，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)[1]。同時(shí)在水平井鉆井施工中靜態(tài)懸砂和動(dòng)態(tài)攜砂也是需要克服的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，開展了適合該區(qū)塊的弱凝膠鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用，目的在于加強(qiáng)儲(chǔ)層保護(hù)，提高勘探開發(fā)效率。

1 弱凝膠鉆井液體系技術(shù)特點(diǎn)與作用機(jī)理

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

弱凝膠鉆井液體系具有自身獨(dú)特的流變性，動(dòng)塑比高、低剪黏度高，尤其在近井壁附近極低剪切狀態(tài)下可形成高黏彈性區(qū)域，其黏度高達(dá) （5～10）×104mPa·s（在0.3r/min的剪切速率下，黏度達(dá)8×104mPa·s以上），具有很好的動(dòng)態(tài)懸砂能力[2]；靜切力恢復(fù)迅速，無(wú)時(shí)間依賴性，具有很好的靜態(tài)懸砂能力；能有效克服水平井或大斜度井段攜砂難、易形成巖屑床的問(wèn)題，保證井眼清潔，防止井下復(fù)雜事故的發(fā)生[3]。同時(shí)該體系在低剪切狀態(tài)下的高黏彈特性還可減少鉆井液中固相和液相對(duì)儲(chǔ)層的損害，有利于儲(chǔ)層保護(hù)[4，5]。由于該體系不加黏土，從而避免了高分散黏土顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害，最大限度地降低固相對(duì)儲(chǔ)層的傷害。

1.2 作用機(jī)理

弱凝膠鉆井液體系與常規(guī)凝膠的形成機(jī)理不同，它是利用聚合物之間的協(xié)同效應(yīng)，不加交聯(lián)劑，成膠溫度和成膠時(shí)間要求低，所形成的弱凝膠具有獨(dú)特的流變性，具體表現(xiàn)在：①低濃度溶液具有高黏度的特性，是一種高效增稠劑。②具有良好的抗剪切性 （假塑性），在靜態(tài)或低剪切作用下具有高黏度，在高剪切作用下表現(xiàn)為黏度下降，但分子結(jié)構(gòu)不變。當(dāng)剪切作用消失后黏度恢復(fù)正常[6]。

2 室內(nèi)研究

2.1 體系組成

根據(jù)三塘湖油田儲(chǔ)層特點(diǎn)及水平井鉆井施工工藝對(duì)鉆井液的技術(shù)要求，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)形成了弱凝膠鉆井液體系，其基本配方如下：

清水＋0.15%pH調(diào)節(jié)劑＋0.1%純堿＋0.2%抑制劑＋0.5%降濾失劑＋0.2%增黏劑＋2.5%防塌劑＋0.5%弱凝膠主劑＋2%弱凝膠輔劑 （配方中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

2.2 體系性能評(píng)價(jià)

2.2.1 流變性試驗(yàn)

測(cè)試該體系在120℃下滾動(dòng)16h前后的流變性、常溫中壓失水和高溫高壓失水等常規(guī)性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 流變性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

可以看出，弱凝膠鉆井液體系在熱滾前后，動(dòng)塑比變化不大，靜切力隨時(shí)間變化不大，觸變性良好；在高溫下流變性表現(xiàn)穩(wěn)定，表觀黏度小，特別適合于水平井和大斜度井的懸浮攜砂。

2.2.2 抑制性試驗(yàn)

為評(píng)價(jià)該體系的抑制效果，對(duì)弱凝膠鉆井液體系進(jìn)行了頁(yè)巖膨脹性試驗(yàn)評(píng)價(jià)和泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率試驗(yàn)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)稱取吐哈油田果平1C井3677～3682m、吉4H井4215～4228m、火803H井4260～4266m以及柯33P井4130～4126m混合巖屑粉。

1）泥頁(yè)巖膨脹試驗(yàn) 采用測(cè)定巖樣線性膨脹百分?jǐn)?shù) （膨脹率）或巖樣吸水量來(lái)表示地層的膨脹性能。利用NP－01型頁(yè)巖膨脹測(cè)試儀測(cè)定抑制劑對(duì)抑制頁(yè)巖膨脹的能力。圖1為清水、原鉆井液體系、弱凝膠鉆井液體系的頁(yè)巖膨脹率對(duì)比圖，可以看出，弱凝膠鉆井液體系抑制性最好。

2）泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收試驗(yàn) 通過(guò)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖的分散特性，研究鉆井液抑制地層分散能力的強(qiáng)弱。圖2為清水、原鉆井液體系、弱凝膠鉆井液體系的泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率對(duì)比圖，可以看出，清水的巖屑滾動(dòng)回收率為37.86%，原鉆井液體系的巖屑滾動(dòng)回收率為79.12%，弱凝膠鉆井液體系的巖屑滾動(dòng)回收率為85.24%，由此可知，弱凝膠體系具備良好的頁(yè)巖抑制性。

2.2.3 抗溫性能評(píng)價(jià)

將弱凝膠鉆井液配方在不同溫度下恒溫滾動(dòng)16h后，評(píng)價(jià)其抗溫效果，如表2所示，弱凝膠鉆井液體系在不同溫度下流變性和濾失性未發(fā)生突變，經(jīng)老化后黏度下降，但變化不大，濾失量變化不大，具有優(yōu)良、穩(wěn)定的抗溫性能。

表2 抗溫性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 泥頁(yè)巖膨脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

圖2 泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

2.2.4 抗污染能力評(píng)價(jià)

將弱凝膠鉆井液配方添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaCl后，恒溫滾動(dòng)16h后，評(píng)價(jià)其抗污染效果，如表3所示，經(jīng)120℃、16h老化前后的流變性和濾失性未發(fā)生突變，具有較強(qiáng)抗污染能力。

表3 抗污染效果試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.5 滲透率恢復(fù)試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)弱凝膠鉆井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)效果，使用JHMD－2型巖心動(dòng)態(tài)污染損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了巖心污染評(píng)價(jià)試驗(yàn)。試驗(yàn)巖心使用現(xiàn)場(chǎng)吉301井巖樣 （井深4254～4257m）。圖3為弱凝膠鉆井液體系的巖心滲透率恢復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出，基漿的巖心滲透率恢復(fù)值為72.92%，而加入弱凝膠劑的巖心滲透率恢復(fù)值較基漿有較大的提高，增至90%以上，說(shuō)明該鉆井液具有顯著的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

2.2.6 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

水平井鉆井泥餅黏滯性和潤(rùn)滑性是表示井內(nèi)鉆桿柱沿泥皮表面移動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。用黏附系數(shù)儀測(cè)定失水量試驗(yàn)后的濾餅黏附阻力 （黏滯因數(shù)），用來(lái)預(yù)測(cè)泥漿壓差，衡量各種泥漿的潤(rùn)滑性能。圖4為吐哈油田常用鉆井液體系泥餅黏滯因數(shù)對(duì)比圖，可以看出，弱凝膠鉆井液體系的泥餅黏滯因數(shù)低于聚磺鉆井液，同MEG鉆井液體系黏滯因數(shù)相當(dāng)，完全可以滿足水平井鉆井需求。

圖3 巖心滲透率恢復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 工程概況

弱凝膠鉆井液技術(shù)在馬58H井等4口井進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。馬58H井是位于吐哈盆地三塘湖油田馬朗凹陷馬中構(gòu)造帶上的一口預(yù)探井，井型為水平井。該井φ375mm鉆頭鉆至302m，下入φ273.1mm套管；φ215.9mm鉆頭鉆至3079m完鉆，φ139.7mm套管下深3076.13m。該井造斜點(diǎn)為1975.00m，井深2275m轉(zhuǎn)化為弱凝膠鉆井液體系，轉(zhuǎn)化前后鉆井液性能如表4所示。定向段、水平段鉆井周期分別為11.42d和13.13d，定向段、水平段長(zhǎng)分別為300m和804m，電測(cè)、下套管和固井順利，沒(méi)有出現(xiàn)任何井下復(fù)雜情況。

表4 弱凝膠鉆井液轉(zhuǎn)換前后性能

3.2 配制與維護(hù)工藝

1）轉(zhuǎn)換前清洗地面所有循環(huán)系統(tǒng)，保證清潔。

2）配制新漿，并充分剪切和攪拌均勻，待鉆井液性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求方可開鉆。

3）鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)補(bǔ)充增黏劑、降濾失劑和抑制劑，將所需加入的處理劑按照適當(dāng)比例配成膠液以細(xì)水長(zhǎng)流的方式補(bǔ)充維護(hù)鉆井液，避免鉆井液性能波動(dòng)過(guò)大。

4）調(diào)整好鉆井液黏度和動(dòng)、靜切力，動(dòng)塑比在0.75Pa/（mPa·s）以上，保證鉆井液具有良好的懸浮能力和攜巖能力，防止形成巖屑床。

5）嚴(yán)格控制鉆井液濾失量，提高濾餅的致密柔韌性和抗承壓能力。

6）用pH值調(diào)節(jié)劑維持鉆井液的pH值在8.5～9.5之間，進(jìn)一步提高鉆井液的穩(wěn)定性。

7）配合工程措施，及時(shí)進(jìn)行短起下鉆，修復(fù)井眼，防止巖屑床的形成，保證井眼暢通，開泵操作要平穩(wěn)，防止壓力激動(dòng)而造成井漏。

8）合理使用好四級(jí)固控設(shè)備，有效除去有害固相，以 “凈化保優(yōu)化”。

3.3 應(yīng)用效果

馬58H井在2275～3079m井段應(yīng)用弱凝膠鉆井液體系，應(yīng)用井段性能良好 （表5），漏斗黏度為90～98s，動(dòng)塑比基本保持在0.80Pa/（mPa·s）以上，既有良好的抑制和封堵防塌能力，又具有良好的攜帶能力，全井起下鉆暢通無(wú)阻，水平段歷時(shí)13.13d順利完鉆。

表5 馬58H井應(yīng)用井段鉆井液性能表

馬58H井等4口試驗(yàn)井與鄰井馬50P井綜合指標(biāo)相比 （表6），機(jī)械鉆速提高32.56%，建井周期縮短了31.79%，提高了鉆井綜合效益；投產(chǎn)初期平均產(chǎn)量均高于鄰井，可見該體系具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

表6 試驗(yàn)井與鄰井綜合指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）弱凝膠鉆井液體系具有良好的流變性能，動(dòng)塑比為0.80Pa/（mPa·s）以上，便于攜巖，能有效克服水平井段易形成巖屑床的問(wèn)題。

2）弱凝膠鉆井液體系具有良好的抑制性能和封堵性能，應(yīng)用井段無(wú)復(fù)雜、無(wú)事故。

3）弱凝膠鉆井液體系具有良好的抗溫性、抗鹽性和潤(rùn)滑性能，鉆井液黏滯因數(shù)小于0.05。

4）弱凝膠鉆井液體系具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，滲透率恢復(fù)值提高了17.56%。因此，使用該體系更有利于阻止濾液和無(wú)效固相侵入儲(chǔ)層，增強(qiáng)儲(chǔ)層保護(hù)的效果。

5）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，弱凝膠鉆井液體系能完全滿足吐哈油田長(zhǎng)水平段水平井鉆井需要，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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