鉀鈣基有機鹽鉆井液體系在莫116井區(qū)的應(yīng)用

羅 亮　陸 軍　唐琪凌　李春祥

(1.新疆油田公司開發(fā)公司， 新疆 克拉瑪依 834000； 2.新疆油田公司工程技術(shù)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；

3.西部鉆探克拉瑪依鉆井泥漿技術(shù)服務(wù)公司， 新疆 克拉瑪依 834009)

?

鉀鈣基有機鹽鉆井液體系在莫116井區(qū)的應(yīng)用

羅 亮1陸 軍1唐琪凌2李春祥3

(1.新疆油田公司開發(fā)公司， 新疆 克拉瑪依 834000； 2.新疆油田公司工程技術(shù)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000；

3.西部鉆探克拉瑪依鉆井泥漿技術(shù)服務(wù)公司， 新疆 克拉瑪依 834009)

摘要：準噶爾盆地腹部莫116井區(qū)在鉆井過程中遇到的主要難點是：二開長裸眼井段在吐谷魯群地層有大段泥巖易吸水膨脹，極易造成縮徑、卡鉆；西山窯組的煤層易掉塊和垮塌，同時該層也是潛在漏失層；三工河組地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，下部存在高壓含氣水層。針對該區(qū)塊鉆井縮徑和卡鉆問題，研制一種有效的鉀鈣基有機鹽鉆井液體系。該鉆井液體系具有抑制性強、流變性好且易調(diào)控、濾失量低、攜巖能力良好等特性，可避免井下復(fù)雜情況引起的事故，提高機械鉆速和電測一次成功率。

關(guān)鍵詞：莫116井區(qū)； 鉀鈣基； 有機鹽； 抑制性

莫116井區(qū)鉆遇地層從上至下為：白堊系艾里克湖組K2a、吐谷魯群組K1tg(底界深度約3 880 m)、侏羅系頭屯河組J2t(底界深度約3 940 m)、西山窯組J2x(底界深度約4 055 m)、三工河組J1s(J1s3底界深度約4 170 m、J1s2底界深度約4 300 m)。準噶爾盆地腹部莫北地區(qū)吐谷魯群地層有大段膏質(zhì)泥巖易吸水膨脹，極易造成縮徑、卡鉆，西山窯組煤層易掉塊和垮塌，傳統(tǒng)鉆井液體系抗鹽、抗鈣能力較弱，鉆遇大段含鹽、膏質(zhì)泥巖地層時易受污染，鉆井液失水上升，流變性變差，造成地層縮徑、坍塌等井下復(fù)雜，甚至發(fā)生卡鉆、卡套管事故[1-4]。在莫北2井區(qū)已成功使用鉀鈣基鉆井液體系，但是莫116井區(qū)的地質(zhì)條件比莫北2井區(qū)的更加復(fù)雜，所以在鉀鈣基體系基礎(chǔ)上加入有機鹽以增強對泥巖的抑制性，提高鉆井液抗鹽、抗鈣與防塌能力[5-8]，滿足復(fù)雜地層鉆井需要。鉀鈣基有機鹽鉆井液在莫116井區(qū)應(yīng)用后，表現(xiàn)出抑制性強、流動性好，固相含量低，易于維護處理，油氣層保護效果明顯等優(yōu)點，鉆井施工順利，收到了很好的應(yīng)用效果。

1鉆井液技術(shù)存在的問題

該井區(qū)所鉆井設(shè)計井深4 350 m，其中吐谷魯群組地層厚度在3 900 m左右。上部巖性主要以大套棕色、暗棕色泥巖夾薄層灰綠色泥巖、細砂巖，其中泥巖層厚、夾層多、含膏質(zhì)；中部和下部也有棕色和暗棕色泥巖，泥巖水敏性強，易水化分散、膨脹，容易導(dǎo)致井眼縮徑和垮塌[9-10]。侏羅系地層以泥巖、泥質(zhì)砂巖及粉砂巖為主，西山窯組有3套煤層，造漿性強、易垮塌，電測易遇阻和黏卡。鄰井在鉆井過程中，在井段600 — 800 m、1 400 — 2 000 m、2 600 — 3 300 m遇阻、卡鉆和電測黏卡的復(fù)雜和事故經(jīng)常發(fā)生。

1.1表層和二開長裸眼段鉆進存在的問題

莫116井區(qū)地處沙漠腹地，表層為風(fēng)成散沙和砂礫石，鉆井容易發(fā)生竄漏和垮塌。在二開長裸眼段，吐谷魯群地層(平均厚度為3 900 m左右)中上部主要為棕色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾中 — 薄層泥質(zhì)粉細砂巖，即二開長裸眼段鉆井中，泥巖井段易吸水膨脹、分散，造成縮徑、垮塌等復(fù)雜情況。

1.2完井作業(yè)存在的問題

莫116井區(qū)井眼穩(wěn)定性差，井徑不規(guī)則，鉆進時阻卡現(xiàn)象嚴重[11]。中完及完井測井裸眼段長，作業(yè)時間久，電測時容易卡電纜。侏羅系西山窯組的煤層夾層易掉塊和垮塌，同時也是潛在的漏失層。三工河組地層存在泥巖夾層，且易吸水膨脹，造成井眼縮徑，垮塌嚴重，尤其在4 100 m左右處井眼擴大率較大，2010年已完鉆井的完井電測遇阻、遇卡嚴重。通過對地層特性和鄰井實鉆情況的分析得知：井眼嚴重縮徑造成起下鉆阻卡、劃眼、開泵憋漏地層以及西山窯組煤層的垮塌是該區(qū)鉆井的主要難點，其中吐谷魯群組井深1 400 — 1 800 m、2 600 — 3 300 m屬嚴重縮徑井段，3 900 — 4 150 m屬易垮塌井段。因此, 有效抑制長裸眼段井眼的縮徑和垮塌是鉆井液技術(shù)的重點。

2鉀鈣基有機鹽鉆井液的作用機理

利用Ca2+與泥巖中的Na+發(fā)生離子交換作用，使鈉質(zhì)土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}質(zhì)土，同時Ca2+與黏土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不可逆的吸收，在黏土顆粒的表面形成水化硅酸鈉；K+為抑制離子，Ca2+為輔助抑制離子，通過離子交換和吸附降低了黏土顆粒的親水性和分散度，從而抑制泥巖的水化分散。

3鉀鈣基有機鹽鉆井液的配方研究

根據(jù)莫116井區(qū)鉆井實際情況并結(jié)合直井不下技術(shù)套管的鉆井試驗成果，為保證大段強水敏地層井壁穩(wěn)定，利用有機鹽的強抑制性解決大段強水敏性泥頁巖地層引起的長裸眼段井壁不穩(wěn)定問題，優(yōu)選試驗鉀鈣基有機鹽鉆井液體系[11-12]。本次研究在綜合考慮鉆井液的性能和成本的基礎(chǔ)上，通過大量的室內(nèi)試驗研究和配方研究，最終得出適合于莫116井區(qū)的鉀鈣基有機鹽鉆井液的配方為：4%坂土+0.2%Na2CO3+0.3%KOH+ 0.8%(SP-8)+7%KCl+0.8%FA367+0.5%NPAN+3%陽離子乳化瀝青，再加上3%SMP+1%SPNH+0.3%CMC+0.5%CaO+3%磺化瀝青粉，最后再配上10%(OS-100)+0.3%(KSZJ-1)+2%(QCX-1)+1%潤滑劑+重晶石。該配方配制的鉀鈣基有機鹽鉆井完井液體系的性能參數(shù)及其抑制性評價分別見表1和表2。

表1　鉀鈣基有機鹽鉆井完井液體系常規(guī)性能流變參數(shù)數(shù)據(jù)表

表2　鉀鈣基有機鹽鉆井完井液體系抑制性評價

本次研制的鉆井液與其他鉆井液相比較，具有的優(yōu)勢和特點為：(1)抑制性強；(2)抗高溫、抗污染能力強；(3)造壁性好；(4)保護油氣層效果好。

現(xiàn)場應(yīng)用表明：該鉀鈣基有機鹽鉆井完井液體系有較強的抑制性，可抑制鉆屑分散及黏土膨脹，有利于防止縮徑和卡鉆；同時鉆井液中侵入的亞微米顆粒少，有利于提高機械鉆速[13-14]。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，該類型鉆井液對強水敏地層的巖屑回收率高，抑制性強。

在室內(nèi)分別測試該體系在80，100，120，140 ℃下熱滾16 h后的鉆井液性能。測試結(jié)果表明在不同溫度下該體系都具有良好的流變性能和較低的濾失量，熱滾后性能變化不大，表現(xiàn)出較強的熱穩(wěn)定性。對該體系進行抗膨潤土、抗鹽、抗石膏污染實驗，結(jié)果表明：鉀鈣基有機鹽鉆井液流變性及濾失造壁性保持良好且穩(wěn)定。Redu系列降濾失劑和瀝青類產(chǎn)品可以明顯改善泥餅質(zhì)量、降低濾失量,形成薄而韌的泥餅,防塌、防卡效果較好。該鉆井液固相含量低可以抑制泥巖中黏土礦物的膨脹與分散，進入油層后可形成屏蔽暫堵，有效保護儲層。

4現(xiàn)場應(yīng)用案例分析

新疆油田莫116井區(qū)共完成3口評價井和57口開發(fā)井，評價井使用的是鉀鈣基聚磺鉆井液，開發(fā)井中有48口使用了本次研制的鉀鈣基有機鹽鉆井液體系，其余9口井使用了鉀鈣基聚磺鉆井液。采用鉀鈣基有機鹽鉆井液的井與采用鉀鈣基聚磺鉆井液的井相比，油層段的井徑更加規(guī)則，復(fù)雜時間大幅度降低，平均機械鉆速提高了46.20%(見表3)。

表3　不同鉆井液體系效果對比表

在使用鉀鈣基有機鹽鉆井液的48口井中，篩選出當年已投產(chǎn)的6口井。這些井地層條件和目的層厚度相近并且未采取任何改造措施而具備自噴生產(chǎn)能力，同時使用的采油工藝相同、生產(chǎn)時間相同、產(chǎn)量相對穩(wěn)定。不同體系的產(chǎn)量對比表明：使用鉀鈣基有機鹽鉆井液體系的油井平均每月產(chǎn)量是使用鉀鈣基聚磺鉆井液體系的2倍以上，對于提高產(chǎn)量具有顯著的效果(見表4)。

表4　使用不同鉆井液體系下原油月平均產(chǎn)量對比表

5結(jié)語

(1)本次研究開發(fā)的鉀鈣基有機鹽鉆井液體系具有固相含量低的特點，可抑制泥巖中黏土礦物的膨脹與分散，進入油層后可形成屏蔽暫堵，實現(xiàn)儲層的有效保護。

(2)本次研究的鉀鈣基有機鹽具有良好的抑制、吸附、鑲嵌作用功能，能解決鉆井中縮徑、卡鉆、垮塌等問題。

(3)該體系能使機械鉆速快，井徑規(guī)則，保證電測一次成功率和固井的順利進行，對于提高產(chǎn)量具有顯著的效果。

參考文獻

[1] 張躍,張博,吳正良,等.高密度油基鉆井液在超深復(fù)雜探井中的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2013,36(6):95-97.

[2] 劉志良,戎克生,張貴儀.硅酸鉀(GSJ)鉆井液室內(nèi)研究[J].新疆石油天然氣,2013,9(4):20-23.

[3] 王富華,王瑞和,劉江華,等.高密度水基鉆井液高溫高壓流變性研究[J].石油學(xué)報,2010,31(2):306-310.

[4] 鄭明雄,李峰.飽和鹽水鉆井液對高膨脹凝灰?guī)r的防塌機理分析[J].石油鉆采工藝,2014,36(1):51-56.

[5] 馬世清,汪軍英,高麗霞,等.鉀鈣基有機鹽鉆井液技術(shù)在MN1005井研究與應(yīng)用[J].石油地質(zhì)與工程,2011,25(增刊1):61-64.

[6] 李益壽,劉光忠,汪軍英,等.鉀鈣基鉆井液在吐哈西部區(qū)塊的研究應(yīng)用[J].新疆石油科技,2006,16(4):1-2.

[7] 艾貴成.鉀鈣基陽離子鉆井液技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2007,29(4):87-88.

[8] 喬東宇,段利波,張蔚,等.鉀鈣基聚磺鉆井液在滴403井的應(yīng)用[J].新疆石油科技,2008,18(2):27-28.

[9] 張歧安,徐先國,湯紅琳,等.莫北油田莫109井區(qū)不下技套的鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2007,24(6)：40-42.

[10] 謝遠燦,余加水,朱峰,等.莫深1井鉆井液技術(shù)[J].新疆石油科技，2008,18(2)：16-19.

[11] 屈沅治,戎克生,黃宏軍,等.胺基鉆井液在新疆油田莫116井區(qū)的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2011,28(6):24-26.

[12] 趙利,劉濤光,齊國忠,等.復(fù)合鹽鉆井液技術(shù)在莫116井區(qū)的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2012,29(5):33-36.

[13] 戎克生,楊志毅,周紅燈，等.有機鹽鉆井液在準噶爾盆地東部三臺地區(qū)的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2009,37(4)：54-56.

[14] 姚少全,汪世國,謝遠燦,等.有機鹽鉆井液的研究與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2001,29(5)：43-45.

The Application of Potassium and Calcium Based Organic

Salt Drilling Fluid System in Mo 116 Well Area

LUOLiang1LUJun1TANGQiling2LIChunxiang3

(1.Development Co. of PetroChina Xinjiang Oil Field, Karamay Xinjiang 834000, China;

2.Institute of Engineering and Technology of PetroChina Xinjiang Oil Field, Karamay Xinjiang 834000, China;

3.Karamay Drilling Mud Technology Services Company of XDEC, CNPC, Karamay Xinjiang 834009, China)

Abstract:Mo 116 well block structure is located in Junggar basin with complex geological conditions, high gypsum and montmorillonite content. In the process of drilling the main difficulties are: the long open hole section in Tugulu formation has a large section of the mudstone, and is easy to swell, causing shrinkage and sticking; west Shanyao kiln group would easily collapse and fall, and there is leakage risk; Sangonghe group formation pressure system is complex with high pressure gas layer. To solve these problems, we applied potassium calcium base organic salt drilling fluid system, which has many advantages, such as strong inhibitory, good rheological property, low fluid loss amount, and good capacity of bringing debris. Meanwhile, this system could reduce the accidents and improve the rate of penetration and electric log.

Key words:Junggar basin; Mo 116 well block; potassium calcium base; organic salt; inhibitory

文獻標識碼：A

文章編號：1673-1980(2015)03-0060-03

中圖分類號：TE254

作者簡介：羅亮(1981 — )，男，新疆人，工程師，研究方向為鉆井液研制。

基金項目：國家“十二五”重大專項“復(fù)雜油氣藏優(yōu)快鉆井技術(shù)研究” (2012E-34-13)

收稿日期：2014-11-06