天然改性低分子聚合物鉆井液技術(shù)

楊 枝，許 洋，王治法，梅春桂，李 濤

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

天然改性低分子聚合物鉆井液技術(shù)

楊 枝，許 洋，王治法，梅春桂，李 濤

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

勝利油田樁西區(qū)塊地溫梯度大、井底溫度較高、水平段長、井眼尺寸小，在鉆探過程中易出現(xiàn)摩阻高、扭矩大、排量小、攜巖困難、井壁失穩(wěn)等問題，對鉆井液的抗溫性能、潤滑性能、攜巖能力和防塌性能提出了較高的要求。針對該地區(qū)技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，對鉆井液體系進(jìn)行了優(yōu)化及評價，優(yōu)選出的鉆井液體系采用天然改性低分子聚合物作為核心處理劑，具有抗溫性好、攜巖能力強(qiáng)、潤滑性好等特點(diǎn)。該鉆井液體系在樁74-1HF井的鉆探中取得了良好的應(yīng)用效果。

鉆井液;天然改性聚合物;抗溫;攜巖性能;樁74-1HF井

0 引言

樁74-1HF井是勝利油田在濟(jì)陽坳陷沾化凹陷五號樁洼陷樁74塊部署的一口高溫長水平段水平井，目的層位沙三段以細(xì)粒巖屑長石砂巖為主，井型為三開水平井。該井完鉆井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m，水平位移為1 271.11 m，最大井斜為90.9°，最高井底溫度為147℃。樁74-1HF井三開水平段較長，井眼尺寸為152.4 mm，對鉆井液的抗溫性、潤滑性和攜屑能力要求較高［1-7］。為保證水平井段的安全鉆井施工，對三開井段鉆井液進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，現(xiàn)場試驗(yàn)取得了良好的效果。

1 技術(shù)難點(diǎn)與解決思路

樁74-1HF井三開水平段鉆遇沙河街組沙三段，主要的施工技術(shù)難點(diǎn)如下。

(1)該井井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m，水平位移為1 271.11 m，最大井斜為90.9°，要求鉆井液具有更好的抗溫、防卡性能。同時，為滿足完井作業(yè)特殊要求，水平段井眼擴(kuò)大率要求小于5%，也要求鉆井液有更好的防塌性能。

(2)水平段鉆具與井壁的接觸面積大，致使鉆井施工過程中摩阻升高、扭矩增大，施工難度大。水平段井眼尺寸小，循環(huán)壓耗大，排量小，攜巖困難，對鉆井液潤滑、攜砂、防塌性能要求較高，小井眼水平井段產(chǎn)生的巖屑，如果清理不及時，極易發(fā)生黏附或沉砂卡鉆，給鉆井和井下安全造成很大隱患。

(3)儲層段要求鉆井液嚴(yán)格控制固相含量和濾失量。

針對以上技術(shù)難點(diǎn)，鉆井液要綜合考慮井壁穩(wěn)定、攜巖、潤滑性能和油氣層保護(hù)以及鉆井綜合成本等多項(xiàng)因素，采用環(huán)保型的天然改性低分子聚合物優(yōu)化鉆井液性能［8］，加大液相和固相潤滑劑加量，通過優(yōu)化鉆井液流變參數(shù)，可保證井壁穩(wěn)定、有效攜砂和潤滑防卡。

2 鉆井液體系優(yōu)化

2.1 基漿處理劑的優(yōu)選

2.1.1 防塌抑制性評價

采用六速旋轉(zhuǎn)流變儀評價實(shí)驗(yàn)、巖屑膨脹實(shí)驗(yàn)和滾動分散實(shí)驗(yàn)，對不同防塌材料進(jìn)行了流變性評價，對不同抑制劑進(jìn)行了抑制性評價(表1、2)。實(shí)驗(yàn)巖心和巖屑均由樁74-1HF井401～3 879 m井段巖屑磨制和篩濾制成。

表1 防塌材料流變性能評價

由表1可知，無熒光白瀝青高溫老化后濾失量最低，流變性能較好，故選擇無熒光白瀝青作為防塌材料。

表2 抑制劑滾動回收率評價

由表2可知，未加入抑制劑前，泥巖滾動回收率僅為7.95%，加入抑制劑FT-1或NH-1后，回收率均大幅度提高，隨著FT-1加量的增加，回收率增加，最高達(dá)61.21%，而NH-1隨著加量增加，滾動回收率始終保持在50.00%左右。

采用鈉膨潤土為巖心粉，在壓力機(jī)制備樣心，選用美國OFI頁巖膨脹儀，測定16 h后2種抑制劑的膨脹率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)T-1的膨脹率為77.52%，而NH-1的膨脹率為83.62%，F(xiàn)T-1的抑制性強(qiáng)于NH-1。

2.1.2 潤滑性評價

室內(nèi)采用EP極壓潤滑儀和六速旋轉(zhuǎn)流變儀對極壓潤滑劑和RH-1 2種潤滑劑進(jìn)行了潤滑性能評價，基漿為5%博友土漿。隨著極壓潤滑劑加量的增加，基漿表觀黏度先增加后降低，極壓潤滑系數(shù)降低率增加;隨著RH-1加量的增加，基漿的表觀黏度變化不大，極壓潤滑系數(shù)降低率增加，即RH-1對極壓潤滑系數(shù)的降低率高于極壓潤滑劑。

2.2 天然改性低分子聚合物的研制

稱取一定量的天然材料于反應(yīng)器中，加入100 mL的水溶液將其調(diào)成漿狀，在70℃下加熱攪拌1 h，取出冷卻至室溫。再將一定量的交聯(lián)劑與適量單體溶解在30 mL水中，調(diào)節(jié)pH值在7左右，繼續(xù)攪拌至完全溶解后與原溶液混合均勻，升溫至65℃，反應(yīng)2 h后，再加入部分單體，用以加速反應(yīng)的進(jìn)行，增加反應(yīng)效率，保證反應(yīng)的完全性，再反應(yīng)1 h后停止加熱攪拌。靜置冷卻至室溫，粉碎后得到一種淡黃色粉末產(chǎn)品，即天然改性低分子聚合物。

2.3 優(yōu)化后鉆井液性能評價

(1)考慮到成本及現(xiàn)場鉆井難點(diǎn)的控制，優(yōu)化確定了現(xiàn)場使用基漿的基礎(chǔ)配方:一開采用密度為1.07 g/cm3的預(yù)水化膨潤土漿;二開采用聚合物潤滑防塌鉆井液基礎(chǔ)配方，即3.0%膨潤土+1.5%堿性調(diào)節(jié)劑(NaOH)+3.0%抑制防塌劑(FT-1)+ 1.5%油層保護(hù)劑+1.5%改性銨鹽+3.0%磺化酚醛樹脂(SMP)+1.0%大鉀(KPAM)+3.0%無熒光白瀝青+6.0%潤滑劑(RH-1)+重晶石。

(2)水平段溫度升高，要求體系在具備一定防塌、潤滑性能的同時，還要具備抗溫、降失水能力，故采用天然改性低分子聚合物優(yōu)化鉆井液基礎(chǔ)配方。對天然改性低分子聚合物鉆井液進(jìn)行室內(nèi)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，測定轉(zhuǎn)換前后鉆井液性能變化，實(shí)驗(yàn)溫度為150℃，時間為16 h，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 鉆井液室內(nèi)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)性能數(shù)據(jù)

由表3可知，在鉆井液配方基礎(chǔ)上加入天然改性低分子聚合物，優(yōu)化后的鉆井液抗溫性能好，濾失量降低，對流變性影響較小。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

3.1 樁74-1HF井鉆井工程簡況

勝利油田樁74-1HF井為三開水平井，設(shè)計井深為4 636.47 m，垂深為3 625.00 m，實(shí)際完鉆井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m。該井從井深3 879.00 m處開始定向造斜，?152.4 mm鉆頭鉆至著陸點(diǎn)4 636.47 m后進(jìn)行裸眼完鉆，最后下入?114.3 mm壓裂管柱，全井最大井斜為90.9°，實(shí)際水平段長1 271.11 m。

3.2 天然改性低分子聚合物鉆井液應(yīng)用情況

樁74-1HF井三開水平段(3 879～4 500 m)前采用聚合物潤滑防塌鉆井液進(jìn)行鉆進(jìn)，現(xiàn)場確定鉆井至4 500 m后加入0.25%～0.50%天然改性低分子聚合物對鉆井液進(jìn)行優(yōu)化，加量的時間控制在2～3個循環(huán)周，可根據(jù)鉆井液的鹽度、流變性和降濾失性能要求做調(diào)整。天然改性低分子聚合物與其他處理劑有效配伍，不僅增強(qiáng)了體系的抗溫能力，抗溫達(dá)150℃，保持了良好的抑制防塌能力、封堵造壁能力和潤滑能力，動塑比保持在0.55以上，而且還改善了泥餅質(zhì)量，API和HTHP濾失量均較小，減少了對井壁的浸泡，確保了井壁穩(wěn)定，可保證長水平段鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

3.3 鉆井液技術(shù)現(xiàn)場維護(hù)要點(diǎn)

天然改性低分子聚合物體系的現(xiàn)場維護(hù)工藝需要控制鉆井液的pH值為7.5～9.0，在pH值太低時，采用“細(xì)水長流”的方式補(bǔ)充堿液;做好鉆井液的固相控制，控制低密度固相含量小于10.0%，含砂量小于0.5%;水平井段容易形成巖屑床，造成沉砂卡鉆，應(yīng)提高鉆井液的抑制防塌能力，嚴(yán)格控制鉆井液的濾失量，保證濾餅質(zhì)量良好;鉆進(jìn)過程中，根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整鉆井液性能，保證井眼暢通，井壁穩(wěn)定，井下安全;鉆進(jìn)中要保持各種處理劑的有效含量，并定期補(bǔ)充，使鉆井液性能符合設(shè)計各井段要求。

3.4 應(yīng)用效果

天然改性低分子聚合物鉆井液鉆井段平均機(jī)械鉆速為31.5 m/h，井徑平均擴(kuò)大率為3.45%，優(yōu)化前平均井徑擴(kuò)大率為4.93%，井眼相對規(guī)則，表明天然改性低分子聚合物鉆井液體系較好地滿足了該地區(qū)非常規(guī)水平井段的鉆井工程需求。

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)天然改性低分子聚合物鉆井液體系具有良好的防塌能力、攜巖能力、潤滑防卡能力和抗溫能力，完全能滿足勝利油田樁西區(qū)塊非常規(guī)水平井安全鉆井的需要，同時，為國內(nèi)其他地區(qū)非常規(guī)水平井鉆井提供了良好的借鑒。

(2)高溫水平段鉆井時，要及時加入天然改性低分子聚合物，一方面增強(qiáng)體系的抗溫能力，另一方面，鉆井液具有良好的泥餅質(zhì)量和清潔效果，可確保井壁穩(wěn)定。

(3)合理的鉆井液密度控制、鉆井液流變性調(diào)整及鉆井液維護(hù)工藝，可保證良好的井徑擴(kuò)大率，可提高井眼清潔效果，避免巖屑床的形成，防止壓差卡鉆。

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編輯孟凡勤

TE254

A

1006-6535(2015)05-0145-03

20150602;改回日期:20150806

國家“863”項(xiàng)目“保護(hù)油氣層新型鉆固一體化工作液技術(shù)研究”(G5800-07-2S-GJ004);中國石油化工集團(tuán)公司科技部項(xiàng)目“環(huán)保型抗高溫改性淀粉及鉆井液體系研究”(P12076)

楊枝(1982-)，女，高級工程師，2005年畢業(yè)于東華理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)鉆井工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.033