無(wú)固相KCl聚合物鉆井液體系在伊拉克魯邁拉油田的應(yīng)用

王向陽(yáng)

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413)

魯邁拉油田位于伊拉克南部，巴士拉以西50 km，是伊拉克第一大油田，分為南魯邁拉和北魯邁拉2個(gè)構(gòu)造高點(diǎn)，油藏埋深為2300～3300 m，三開(kāi)井段一般為1800～3400 m。隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，甲方對(duì)鉆井液承包商提出了越來(lái)越嚴(yán)苛的要求。為了能夠滿足國(guó)際鉆井液技術(shù)服務(wù)要求，通過(guò)對(duì)原有的抗鹽KCl聚合物體系的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，最終形成了目前正在使用的無(wú)固相KCl聚合物鉆井液體系。

1 概況

KCl聚合物鉆井液體系由于其在頁(yè)巖井壁穩(wěn)定和油層保護(hù)方面的突出特點(diǎn)，在國(guó)際鉆井行業(yè)中被廣泛使用。2009年—2012年，魯邁拉油田主要采用抗鹽KCl聚合物鉆井液體系，利用該體系所鉆井眼，井壁穩(wěn)定，井徑曲線平滑，基本無(wú)井下復(fù)雜事故發(fā)生。隨著工作的不斷深入，出于油層保護(hù)方面的考慮，甲方提出鉆井液體系中不能夠使用不可酸化的鉆井液材料，如重晶石、坂土等，以防對(duì)儲(chǔ)層的永久性損害，其中對(duì)鉆井液性能影響最大的是不能使用優(yōu)質(zhì)坂土，缺少了分散的優(yōu)質(zhì)坂土，體系中的顆粒分布變的不合理，嚴(yán)重影響泥皮質(zhì)量。在新體系下最初施工的6口井，主要遇到如下幾個(gè)問(wèn)題:頁(yè)巖段井壁不穩(wěn)定;高滲儲(chǔ)層泥皮厚;S形井和J形井潤(rùn)滑性差。這些問(wèn)題常常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的井下復(fù)雜事故，如井塌、卡測(cè)井儀器、套管下不到位等。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，做了大量的室內(nèi)研究:通過(guò)改變鉆井液中固相顆粒的粒度分布改善泥皮質(zhì)量;調(diào)整各種處理劑的加量?jī)?yōu)化鉆井液性能;細(xì)化鉆井液施工程序減低鉆井液工程師施工難度，最終有效地解決了上述問(wèn)題。

2 地質(zhì)特征和施工難點(diǎn)

魯邁拉區(qū)塊三開(kāi)井段的地質(zhì)特征主要有:頁(yè)巖層段多且易水化膨脹;2個(gè)油層滲透率高且段長(zhǎng);主力油層存在較多的砂巖和泥頁(yè)巖互層。主要的施工難點(diǎn)有:頁(yè)巖層段的井壁穩(wěn)定問(wèn)題以及由此產(chǎn)生的各種井下復(fù)雜事故，如井塌、卡鉆、卡測(cè)井儀器和下套管遇阻等，并且隨鉆井周期的增長(zhǎng)，這些井段易發(fā)生周期性剝落坍塌;高滲透油層的滲漏及厚泥皮問(wèn)題，并由此引起的壓差卡鉆和卡測(cè)井儀器，特別是在S形及J形井的施工中，這些問(wèn)題體現(xiàn)的尤為明顯;不規(guī)則井眼的返砂和S形及J形井的摩阻問(wèn)題也是主要的施工難點(diǎn)。

3 無(wú)固相KCl聚合物體系的室內(nèi)研究

3．1 體系組成及作用機(jī)理

針對(duì)6口井施工中存在的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)調(diào)整鉆井液中固相顆粒的粒度分布，優(yōu)選處理劑和優(yōu)化各種處理劑的加量進(jìn)行體系優(yōu)化。

3．1．1 調(diào)整固相顆粒的粒度分布

伊拉克魯邁拉主力油層厚約150 m，滲透率約為500 mD，根據(jù)這一滲透率，優(yōu)選出D50在6.5 μm(2000目)的超細(xì)碳酸鈣作為主要的橋接劑顆粒，從而使得鉆進(jìn)過(guò)程中，在井壁地層中形成有效的架橋作用，降低固相顆粒的侵入深度，有效地保護(hù)了油氣層。另外，配合D50在14.6 μm(800目)的中顆粒碳酸鈣作為加重劑，優(yōu)化鉆井液體系中的顆粒分布，有效地降低了失水量，改善了泥皮質(zhì)量，對(duì)井壁起到很好的保護(hù)作用。

3．1．2 優(yōu)化無(wú)機(jī)鹽加量

KCl對(duì)頁(yè)巖坍塌有抑制作用，但是，鹽濃度過(guò)高會(huì)造成井筒內(nèi)和地層中流體礦化度差距過(guò)大。按照活度平衡理論，在滲透作用下，地層中流體與鉆井液中流體發(fā)生離子交換，使得泥漿性能不易維護(hù)，造成井壁失穩(wěn)。因此將KCl加量從12%調(diào)整至5%～7%，既能保證K+的頁(yè)巖穩(wěn)定能力，同時(shí)降低了鉆井液的維護(hù)難度。

3．1．3 優(yōu)化鉆井液各種外加劑的加量

由于無(wú)固相KCl體系中缺少優(yōu)質(zhì)分散坂土，為了能夠有效地改善體系中的顆粒分布，在優(yōu)化碳酸鈣粒度的同時(shí)，調(diào)整各類外加劑的種類和加量更顯重要。為了能夠有效地提高泥皮質(zhì)量，選擇低分子量的CMC－LV作為主要的降失水劑，選配分子量較高的PAC－HV和CMC－HV作為輔助降濾失劑，加大大分子量包被劑的加量，另外提高磺化瀝青的加量，增強(qiáng)磺化瀝青在泥餅中的屏蔽作用。

3．1．4 體系配方

5% ～7%KCl+5% ～7%NaCl+2% ～3%磺化瀝青+2% ～3%CMC－LV+0.4% ～0.6%包被劑+0.5%～1%CMC－HV+0.5%～1%PAC－HV+0.2% ～0.3%XC+10% ～15%CaCO3(F)+20% ～25%CaCO3(M)。

3．2 鉆井液性能評(píng)價(jià)

3．2．1 鉆井液的常規(guī)性能對(duì)比(見(jiàn)表1)

表1 優(yōu)化前后鉆井液的性能對(duì)比

從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，優(yōu)化后的鉆井液性能要明顯好于優(yōu)化前，泥皮質(zhì)量更加薄而致密，更有利于頁(yè)巖地層和高滲透砂巖地層的穩(wěn)定。

3．2．2 回收率

采用伊拉克魯邁拉Tanuma層的頁(yè)巖巖屑測(cè)回收率，測(cè)得巖屑在優(yōu)化后的無(wú)固相KCl鉆井液體系中的回收率大于在優(yōu)化前的鉆井液中的回收率(見(jiàn)表2)。

表2 體系優(yōu)化前后回收率的對(duì)比評(píng)價(jià)

3．2．3 抗溫性

伊拉克魯邁拉區(qū)塊Zubair油層開(kāi)發(fā)井，井底溫度約為100℃，在該溫度下對(duì)優(yōu)化后的鉆井液體系做了抗溫性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 無(wú)固相KCl體系的抗溫、抗污染穩(wěn)定性

由表3可以看出，優(yōu)化后的鉆井液體系的抗溫性穩(wěn)定，當(dāng)巖屑污染達(dá)到15%時(shí)，鉆井液性能依然表現(xiàn)良好。

3．2．4 油氣層保護(hù)

由于粒徑匹配的碳酸鈣作為橋接劑和加重劑，有效地改善了鉆井液密度，因此，優(yōu)化后的鉆井液體系油層保護(hù)效果很好。采用魯邁拉Zubair油層巖心進(jìn)行油氣層保護(hù)效果實(shí)驗(yàn)，測(cè)試效果見(jiàn)表4。

表4 優(yōu)化后無(wú)固相KCL聚合物滲透率恢復(fù)值評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖心的滲透率恢復(fù)值能達(dá)到90%以上，說(shuō)明該鉆井液體系能夠很好地保護(hù)油層。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4．1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

截止2015年4月，使用優(yōu)化后的無(wú)固相KCl聚合物體系已經(jīng)完成21口井的施工。平均井眼擴(kuò)大率5.24%，頁(yè)巖層段的擴(kuò)大率從20.08%降至11.25%，高滲透砂巖層段的擴(kuò)大率從－5.88%增至－2.35%，現(xiàn)場(chǎng)施工復(fù)雜情況明顯減少，取得了良好的效果。部分井油層鉆井液性能統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

4．2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

(1)流變性能好。無(wú)固相KCl聚合物鉆井液流變性穩(wěn)定，在容易高度水化分散的泥巖地層鉆進(jìn)，鉆井液粘度和密度平穩(wěn)。粘度保持在50～55 s，靜切力適當(dāng)，初切力為2.0～4.0 Pa，終切力為4.0～8.0 Pa，動(dòng)塑比大于0.36 Pa/(mPa·s)，有利于安全施工和整體維護(hù)。

表5 部分井油層鉆井液性能統(tǒng)計(jì)

(2)井壁穩(wěn)定能力強(qiáng)。鉆井液抑制性能良好，達(dá)到了穩(wěn)定井壁的效果，鉆進(jìn)期間沒(méi)有水化分散和剝落掉塊現(xiàn)象。濾皮致密，韌性強(qiáng)，有較強(qiáng)的護(hù)壁性，平均井徑擴(kuò)大率在5% ～6%之間。

(3)井眼凈化能力強(qiáng)。鉆井液懸浮攜砂能力強(qiáng)，鉆進(jìn)過(guò)程中井口返砂良好，沒(méi)有出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象。在測(cè)井和下套管作業(yè)前的通井過(guò)程中，振動(dòng)篩巖屑量較少，說(shuō)明完鉆循環(huán)時(shí)井眼較干凈，鉆屑已被及時(shí)帶出地面。

(4)潤(rùn)滑防卡能力良好。由于體系中的有害固相低，聚合物的加量大，泥餅薄而致密，因此鉆井液本身的摩阻較低。在加入1% ～2%的潤(rùn)滑劑后，摩擦系數(shù)很容易控制在0.1以內(nèi)，滿足S形和J形井的施工要求。

(5)儲(chǔ)層保護(hù)能力強(qiáng)。作為橋接劑和加重劑的碳酸鈣的顆粒匹配，同時(shí)良好的泥皮又能夠有效地阻止有害固相和濾液侵入油層空隙中，因此該體系具有很強(qiáng)的儲(chǔ)層保護(hù)能力，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，滲透率恢復(fù)值都達(dá)到了92%以上。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)調(diào)整體系中的聚合物種類和加量，磺化瀝青作為屏蔽膠粒，配合不同粒徑的碳酸鈣作為加重材料，能夠有效改變泥皮質(zhì)量，為安全鉆進(jìn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

(2)改進(jìn)后的無(wú)固相KCl聚合物鉆井液體系在頁(yè)巖段地層能夠有效解決魯邁拉區(qū)塊頁(yè)巖井壁不穩(wěn)定的問(wèn)題。

(3)改進(jìn)后的無(wú)固相KCl鉆井液聚合物體系成功地解決了魯邁拉區(qū)塊砂巖泥皮過(guò)厚的問(wèn)題。

(4)改進(jìn)后的無(wú)固相KCl鉆井液聚合物體系的潤(rùn)滑性，能夠通過(guò)使用潤(rùn)滑劑達(dá)到良好潤(rùn)滑效果，解決了S型井扭矩大的問(wèn)題。

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