KCl聚磺鉆井液體系在延長(zhǎng)氣田水平井的應(yīng)用

張永利 吳高祥 王延?xùn)| 張 飛 吳貝貝

1.西安石油大學(xué)2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司

KCl聚磺鉆井液體系在延長(zhǎng)氣田水平井的應(yīng)用

張永利1,2吳高祥2王延?xùn)|2張 飛2吳貝貝2

1.西安石油大學(xué)2.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司

鄂爾多斯盆地氣藏類型多為低孔低滲砂巖氣藏，通過(guò)水平井技術(shù)擴(kuò)大泄流面積，充分挖掘儲(chǔ)層潛力，提高單井產(chǎn)量，達(dá)到提高氣田開發(fā)效益的目的。延長(zhǎng)氣田自2011年開始水平井鉆探，但是鉆井過(guò)程中經(jīng)常鉆遇井漏、井塌等復(fù)雜事故，鉆井周期長(zhǎng)、成本高，水平井開發(fā)效益不明顯。通過(guò)對(duì)水平井的地質(zhì)、工程概況和鉆井液技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，針對(duì)氣田水平井井壁失穩(wěn)和井漏等兩大突出問題，結(jié)合地層對(duì)鉆井液抑制性和封堵性的要求，對(duì)比聚磺鉆井液和KCl聚磺鉆井液的抑制性和封堵性，KCl聚磺鉆井液體系具有強(qiáng)的抑制性和封堵性?，F(xiàn)場(chǎng)兩口井應(yīng)用證實(shí)，KCl聚磺鉆井液具有預(yù)防垮塌與漏失的優(yōu)點(diǎn)，鉆井周期短，無(wú)復(fù)雜事故發(fā)生，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

延長(zhǎng)油田地層易塌易漏水平井KCl聚磺鉆井液體系井壁穩(wěn)定防漏堵漏

水平井技術(shù)是當(dāng)代油氣資源勘探開發(fā)的重要技術(shù)之一，為了提高勘探開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益，延長(zhǎng)氣田從2011年開始探索用水平井開發(fā)下二疊統(tǒng)山西組氣層。由于水平井在鉆井過(guò)程中井斜角從0°～90°變化，因而水平井工藝與直井有較大差別，水平井鉆井液技術(shù)也要求更高。延長(zhǎng)氣田不斷探索優(yōu)選水平井鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液技術(shù)措施，解決鉆井過(guò)程中遇到的井塌、井漏、儲(chǔ)層保護(hù)等問題，提高氣田開發(fā)效益。

1 地層特征及水平井井身結(jié)構(gòu)

1.1 地層特征

延長(zhǎng)氣田自上而下鉆遇地層及其特征分別為：①第四系黃土層，地層松散、易漏；②三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組、中統(tǒng)紙坊組、下統(tǒng)和尚溝組和劉家溝組，易卡，劉家溝組屬區(qū)域漏失層位；③二疊系上統(tǒng)石千峰組、中統(tǒng)石盒子組，統(tǒng)稱為“雙石層”，井段長(zhǎng)、夾層多，易垮塌、縮徑、易噴；④二疊系下統(tǒng)目的層山西組為泥巖夾砂巖、煤層，其泥巖易垮塌，煤層易漏，易噴。山西組氣層山23層，屬于低孔低滲儲(chǔ)層，存在強(qiáng)水鎖、強(qiáng)土酸敏、中偏強(qiáng)鹽敏、中偏強(qiáng)堿敏、中偏弱水敏、弱速敏等潛在損害因素[1-3]。

1.2 水平井井身結(jié)構(gòu)

延長(zhǎng)氣田的水平井設(shè)計(jì)井深一般介于3 663～4 316 m，垂深2 550～2 650 m。一開采用φ311 mm鉆頭鉆至井深500～550 m，下入φ244.5 mm表層套管；二開采用φ222.2 mm鉆頭，鉆至2 100～2 200 m（石千峰組）開始造斜，鉆斜直導(dǎo)眼鉆至井斜60°，穩(wěn)斜100 m左右至2 850～2 950 m，達(dá)A靶點(diǎn)垂深，電測(cè)錄取地質(zhì)資料，后回填側(cè)鉆至井深2 900～3 000 m到達(dá)A點(diǎn)（山西組），下入φ177.8 mm技術(shù)套管封隔上部地層，三開采用φ152.4 mm鉆頭鉆水平段1 000 m左右完鉆，下入不動(dòng)壓裂管柱完井。

2 水平井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及技術(shù)對(duì)策

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

2.1.1 井壁失穩(wěn)問題突出

延長(zhǎng)氣田水平井造斜井段位于石千峰組、石盒子組、山西組，上述地層以硬脆性泥頁(yè)巖層為主，地層內(nèi)部微裂縫發(fā)育，壓力波動(dòng)易導(dǎo)致井周微裂縫擴(kuò)展、交匯，形成不穩(wěn)定的高滲帶，鉆井液沿裂縫面侵入，導(dǎo)致地層強(qiáng)度降低，存在井壁失穩(wěn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)［4］。目的層段山西組以裂縫發(fā)育的典型硬脆性泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤層為主，如技術(shù)措施不當(dāng)，極易發(fā)生井塌，并且水平井井斜方位對(duì)坍塌壓力有較大影響。

2.1.2 井漏處理難度大

延長(zhǎng)氣田劉家溝組與石千峰組為非整合接觸，裂縫發(fā)育，潛在井漏，部分地區(qū)易發(fā)生失返性漏失。水平井二開鉆至A靶點(diǎn)前，易漏地層劉家溝組與易垮塌地層山西組處于同一裸露層段，若施工過(guò)程中鉆井液性能不良，極易發(fā)生又漏又垮的情況。

2.2 技術(shù)對(duì)策

Sneddon綜合征1例報(bào)告 …………………………………………………… 劉艷君，韓在柱，畢彥超，等 145

井壁失穩(wěn)和井漏問題是延長(zhǎng)氣田水平井鉆井過(guò)程中的兩大突出難題，為了有效預(yù)防井漏與井塌，鉆井液體系必須要有強(qiáng)的抑制性、封堵性。延長(zhǎng)氣田直井和定向井普遍采用聚磺鉆井液體系，但是該體系抑制性不強(qiáng)、封堵性弱，難以滿足水平井鉆進(jìn)需要。通過(guò)室內(nèi)篩選，決定二開斜井段、水平段優(yōu)選KCl聚磺鉆井液體系，該體系是在聚磺鉆井液體系的基礎(chǔ)上，加入KCl處理劑及聚胺抑制劑，利用K+的鑲嵌作用提高井眼的穩(wěn)定性，改善鉆井液的抑制能力，提高鉆井液的封堵性能，防止泥頁(yè)巖水化膨脹。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)井下情況及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，采取防塌防漏的鉆井液技術(shù)措施，可有效解決延長(zhǎng)氣田水平井二開斜井段和水平段易垮易漏的問題。KCl聚磺鉆井液體系配方：4%膨潤(rùn)土+0.2%Na2CO3+0.2%燒堿+ 5%～7%氯化鉀+0.3%～0.5%HP+0.5%～0.7% NH4HPAN+0.5%～0.7%COP+0.5%～1.0%PL+2%～3%FT-342+2%～3%乳化瀝青+3%～5%CGY+0.3%～0.5%聚銨抑制劑+0.2%～0.3%氨基聚醇+2%QS-2+ 0.5%～0.7%LV-CMC。

2.2.1 穩(wěn)定井壁技術(shù)措施

1）本地區(qū)最大水平地應(yīng)力方位為30°，最小水平地應(yīng)力為120°。由于該地區(qū)地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生扭曲，同一層位不同井深地應(yīng)力方向發(fā)生變化，因此確定鉆井液密度時(shí)務(wù)必考慮地應(yīng)力方位扭曲，根據(jù)井斜、方位與地層坍塌壓力關(guān)系（圖1、圖2、圖3）確定合理鉆井液密度范圍。安14平1井設(shè)計(jì)方位334.4°，在二開斜井段井斜從0°逐漸增加至90°，地層穿越易塌的石千峰組、石盒子組、山西組，為了穩(wěn)定井壁，根據(jù)井斜、方位與地層坍塌壓力關(guān)系，鉆井液密度應(yīng)控制在1.03～1.28 g/cm3。水平段井斜90°，層位山西組，鉆井液密度應(yīng)控制在1.24～1.28 g/cm3。

圖1 石千峰組地層井壁坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律曲線圖

圖2 石盒子組地層井壁坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律曲線圖

圖3 山西組地層井壁坍塌壓力隨井斜角、方位角變化規(guī)律曲線圖

2）加強(qiáng)鉆井液的包被和封堵作用，鉆井液中保證聚合物加量，聚合物配比適宜，以HP和KCl加強(qiáng)包被、抑制泥巖水化膨脹，以SMP-1、PL、COP等降低濾失量，以改性瀝青、超細(xì)碳酸鈣、弱熒光潤(rùn)滑劑改善濾餅質(zhì)量，調(diào)整流變性和鉆井液的潤(rùn)滑性，提高鉆井液的抑制、防塌能力，降低泥餅滲透率，使鉆井液具有極強(qiáng)封堵泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層裂隙性能。

2.2.2 防漏堵漏技術(shù)措施

1）防止地層裂縫漏失措施

鉆至劉家溝底部地層時(shí)在清水聚合物體系中加入0.50%～0.80%隨鉆堵漏劑，提高鉆井液預(yù)防井漏能力；進(jìn)入石千峰組地層20～30 m，下光鉆桿進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)，提高地層承壓能力。鉆井過(guò)程發(fā)生井漏可采用橋接堵漏或橋接堵漏與水泥堵漏［5］。

2）防止水平段井漏措施

進(jìn)入水平段（一般為山西組）采用φ152.4 mm小鉆頭鉆進(jìn)，地層存在裂隙，環(huán)空壓耗高，易誘發(fā)井漏。因而鉆水平段過(guò)程中，在保證攜巖前提下，盡可能降低鉆井液黏度，降低環(huán)空壓耗。

3KCl聚磺鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

3.1 封堵性能

聚磺鉆井液體系中加入抑制劑5%KCl以及0.3%聚胺后進(jìn)行鉆井液砂床封堵性實(shí)驗(yàn)［6］，結(jié)果見表1。20～40目砂床濾失量和清水失水量不超過(guò)4 mL，說(shuō)明KCl聚磺鉆井液體系能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地層的有效封堵，具有較好的封堵性能。

3.2 抑制性能

運(yùn)用回收實(shí)驗(yàn)和膨脹實(shí)驗(yàn)測(cè)定KCl和聚胺抑制性能[7-8]，一次回收率提高到94%以上，二次回收率達(dá)到82%以上，16 h膨脹率分別降低4.3%和3.23%，鉆井液抑制性明顯提高。加入抑制劑抑制性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表1 石千峰地層井壁坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律對(duì)比圖

表2 不同抑制劑抑制性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過(guò)對(duì)KCl聚磺鉆井液體系的封堵性和抑制性評(píng)價(jià)得出，該體系比聚磺鉆井液體系具有更好地抑制性和封堵性，能夠起到較好的穩(wěn)定井壁和防漏作用。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

安14平1井二開斜井段地層穿越易塌的石千峰組、石盒子組、山西組，鉆井液密度介于1.03～1.28 g/cm3；水平段層位山西組，鉆井液密度介于1.24～1.28g/cm3。與延平4井相比，安14平1井能夠及時(shí)調(diào)整鉆井液密度，控制鉆井液黏度，同時(shí)KCl聚磺鉆井液有較小的濾失量，封堵性、抑制性良好，有效預(yù)防了井塌、井漏的發(fā)生。兩口水平井鉆井液性能如表3所示。

表3 兩口水平井鉆井液性能數(shù)據(jù)表

將延平4井應(yīng)用聚磺鉆井液和安14平1井應(yīng)用KCl聚磺鉆井液作對(duì)比，延平4井鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏、阻卡等復(fù)雜事故，處理?yè)p失時(shí)間長(zhǎng)達(dá)427 h。安14平1井應(yīng)用KCl聚磺鉆井液體系，克服了井壁易垮塌、鉆井過(guò)程中易漏失等難題，全井未發(fā)生井塌井漏等復(fù)雜事故，該井完鉆電測(cè)成功率100%，井身質(zhì)量合格率100%，完井作業(yè)非常順利。兩口水平井鉆井工程概況如表4所示。

表4 延長(zhǎng)氣田水平井鉆井工程概況統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)兩口應(yīng)用結(jié)果對(duì)比，KCl聚磺鉆井液具有更好的防塌防漏作用，能滿足鉆井工程施工要求，適合該區(qū)域地層需要。并且該井提前工期完鉆，節(jié)約了大量成本，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

1）延長(zhǎng)氣田水平井造斜井段、水平段位于裂隙發(fā)育的石千峰組、石盒子組、山西組易塌易漏地層，水平段采用Φ152.4 mm小鉆頭鉆進(jìn)長(zhǎng)達(dá)1 000 m，井壁失穩(wěn)和井漏問題是水平井鉆遇的兩大突出難題。

2）室內(nèi)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，KCl聚磺鉆井液體系比聚磺鉆井液體系具有更優(yōu)的抑制能力及防塌、防漏封堵能力。

3）延長(zhǎng)氣田目前應(yīng)用的鉆井液體系中，強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵的KCL聚磺鉆井液能滿足水平井鉆井施工要求，適合該區(qū)域地層需要。

[1]楊國(guó)平,張吉,強(qiáng)小龍,徐森,萬(wàn)單夫,趙當(dāng)妮,等.水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在致密砂巖氣藏中的應(yīng)用及技術(shù)難點(diǎn)-以蘇里格氣田為例[J].天然氣勘探與開發(fā),2014,37(4):58-62.

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[7]趙巍,高云文,歐陽(yáng)勇,王勇茗.蘇里格氣田泥頁(yè)巖防坍塌鉆井液研究[J].石油與天然氣化工,2013,42(2):173-176.

[8]崔迎春,康雪林,韓繼勇.延長(zhǎng)氣田屏蔽暫堵鉆井液研究[C]//第十屆石油鉆井院所長(zhǎng)會(huì)議論文集.北京:石油工業(yè)出版社,2010.

（修改回稿日期 2016-08-11 編輯 景岷雪）

張永利，女，1987年生，助理工程師，碩士；從事鉆井技術(shù)研究工作。地址：（716000）陜西省延安市南市街道七里鋪油氣勘探公司鉆井工程部。電話：（0911）2651883，13484962501。E-mail:469055736@qq.com