E3H井綜合陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)

李卓倫，李 瑋，董智煜，許興華，謝 天

（1. 東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；　2. 大慶油田公司第三采油廠，黑龍江 大慶 163318；3. 大慶油田公司第六采油廠， 黑龍江 大慶 163318；　4. 大慶油田公司第九采油廠， 黑龍江 大慶 163318）

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石油化工

E3H井綜合陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)

李卓倫1，李 瑋1，董智煜2，許興華3，謝 天4

（1. 東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田公司第三采油廠，黑龍江 大慶 163318；
3. 大慶油田公司第六采油廠， 黑龍江 大慶 163318；4. 大慶油田公司第九采油廠， 黑龍江 大慶 163318）

為解決JZ25-1油氣田鉆井過(guò)程中泥巖易垮塌、滲透性及承壓不均衡等鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，引入了綜合陽(yáng)離子體系。在 E3H井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，綜合陽(yáng)離子體系在抑制性、攜砂、防塌和封堵性方面均體現(xiàn)了優(yōu)異的性能，在此基礎(chǔ)上，加入氯化鈉，取得了更好的效果，對(duì)井壁穩(wěn)定，鉆井施工安全方面均有一定的增益效果。

E3H井；綜合陽(yáng)離子鉆井液；井壁穩(wěn)定；氯化鈉；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

JS25-1南油氣田位于渤海遼東灣海域［1］，通過(guò)對(duì)井史資料的分析，該油田的鉆井液技術(shù)難點(diǎn)有以下4個(gè)方面：（1）地層坍塌應(yīng)力高，井塌嚴(yán)重：Ed 及Es地層地應(yīng)力問(wèn)題比較突出；（2）地層水化分散性強(qiáng)，造成鉆井液流變性變差，同時(shí)易在滲透性好的井段形成虛厚泥餅，造成起下鉆困難；（3）館陶底礫巖與東營(yíng)組、沙河街組砂泥巖交界面互層阻卡頻繁，起下鉆效率低；（4）裸眼段長(zhǎng)，攜砂困難，易憋壓、卡鉆［2-4］。

針對(duì)該區(qū)塊的重點(diǎn)、難點(diǎn)，相繼使用了PEM、PEC等鉆井液體系，均沒(méi)有很好的解決起鉆時(shí)效低的難題。而后引入綜合陽(yáng)離子體系，并不斷的改進(jìn)，取得了良好的效果。結(jié)合本區(qū)塊地層的實(shí)際情況，在綜合陽(yáng)離子體系的基礎(chǔ)上引入了NaCl，有效解決了難點(diǎn)問(wèn)題，取得了較好的效果。

1　地質(zhì)工程概況

1.1地質(zhì)概況

JS25-1南油氣田主要針對(duì)沙河街組儲(chǔ)層，該儲(chǔ)層主要為細(xì)-中粗粒長(zhǎng)石巖屑砂巖或巖屑長(zhǎng)石砂巖，顆粒分選中-好，磨圓次圓-次棱狀，巖性較為疏松，孔隙發(fā)育，連通性好，儲(chǔ)集類型以原生粒間孔為主，粒內(nèi)溶孔次之［5］。沙二段儲(chǔ)層以扇三角洲沉積為主，儲(chǔ)層具有中高孔滲的儲(chǔ)集物性特征，孔隙度多大于25%，滲透率多大于100 mD。根據(jù)FMT測(cè)壓和DST測(cè)試資料，JS25-1南油田和JS25-1油田南區(qū)原始地層壓力系數(shù) 1.01～1.04，地溫梯度3.0～3.5 ℃/100 m，屬正常溫壓系統(tǒng)。

1.2工程概況

E3H井為JS25-1區(qū)塊的一口生產(chǎn)井，施工設(shè)計(jì)方案如表1。

表1　E3H井設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)Table 1 E3H well design data

2　鉆井液技術(shù)措施

2.1鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

東下段泥巖易垮塌，此批兩口井該井段均出現(xiàn)不同程度的掉塊現(xiàn)象；沙河街砂泥巖互層，滲透性及承壓不均衡，完鉆后砂泥巖交界面及砂巖段倒劃眼困難。

鉆進(jìn)期間及倒劃眼期間出現(xiàn)不同程度憋壓現(xiàn)象，偶有憋壓失返現(xiàn)場(chǎng)，其中E3H在垂深1 640 m左右發(fā)生井漏現(xiàn)象，平均漏速為6～10 m3/h。

2.2應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)現(xiàn)有陽(yáng)離子體系出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)鉆井液體系做了以下的改進(jìn)：通過(guò)適當(dāng)降低PF-CPI并引入適量的正電膠，來(lái)調(diào)節(jié)切力［6，7］；引入K+和聚合醇，配合陽(yáng)離子抑制劑，提高鉆井液的抑制性［8］；引入非離子降失水劑進(jìn)一步降低失水［9-11］，逐步形成了現(xiàn)在的綜合陽(yáng)離子體系的技術(shù)方案。

E3H（2 909～3 675 m）采用綜合陽(yáng)離子體系，加強(qiáng)對(duì)砂巖的封堵，同時(shí)依然加入12%NaCl利于流變性控制和防塌性控制。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定陽(yáng)離子體系的配方如下： 0.2%NaOH + 0.3%Na2CO3+3%海水膨潤(rùn)土 +（1.5%～2.5%）新型陽(yáng)離子抑制劑 CPI + 1.5% 降濾失劑 CPA + 1%RS-1 + （0.05%～0.1%） 提黏劑 XC + 3%抑制潤(rùn)滑劑JLX-C + 重晶石。

2.3應(yīng)用效果

（1）密度和粘度方面

E3H三開8-1/2”井段綜合陽(yáng)離子體系，采用聚合醇增加濾液的粘度，密度控制在 1.30～1.33 g/cm3，粘度控制在50～60 s/qt，總體趨勢(shì)平穩(wěn)，流變性可控。具體數(shù)據(jù)見圖1。

（2）動(dòng)切力和塑性粘度曲線

E3H井 8-1/2”井段鉆井液體系中的陽(yáng)離子環(huán)境，可以使其能夠保持較高的動(dòng)切力和三六轉(zhuǎn)，同時(shí)聚合醇和潤(rùn)滑油存在細(xì)微顆粒的吸附作用，可以將鉆井液的塑性粘度控制在50～60 s/qt，在固控條件較好的情況下，動(dòng)塑比在 0.32～0.37，流變性能相對(duì)穩(wěn)定，利于鉆進(jìn)期間的連續(xù)攜砂。具體數(shù)據(jù)見圖2。

圖1　E3H井8-1/2"井段綜合陽(yáng)離子體系密度和粘度曲線Fig.1 The curve of E3H well 8-1 / 2 "hole section Comprehensive cation system density and viscosity

圖2　E3H井8-1/2"井段綜合陽(yáng)離子體系動(dòng)塑比曲線Fig.2 The curve of E3H well 8-1 / 2 "hole section comprehensive cation system yield point and plastic viscosity ratio

（3）失水方面

在綜合陽(yáng)離子鉆井液體系中，主要降失水材料為非離子型降失水劑PF-CPI，與PF-GRA、PF-LPF 和PF-DYFT配合使用，可以有效控制鉆進(jìn)液的失水情況。東營(yíng)及沙河街組，砂泥巖互層段，泥巖易水化膨脹，中壓失水控制在4 mL以內(nèi)，完鉆前降低至3 mL。對(duì)砂巖及砂泥巖交界面的有效封堵，給起鉆效率提供保證。

（4）抑制方面

E3H綜合陽(yáng)離子鉆井液體系主要利用了聚合醇、PF-CPI和PF-PLH的抑制作用，配合無(wú)機(jī)鹽氯化鉀，控制鉆井液流變性能，對(duì)巖屑進(jìn)行了有效的弱抑制，保證了井壁穩(wěn)定。同時(shí)引入 NaCl，采用平衡抑制，維持Cl-在100 000×10-6左右，K+在10 000×10-6左右；而 E13井采用強(qiáng)抑制體系，引入COK，進(jìn)一步加強(qiáng)抑制性，降低濾液活度，維持Cl-在45000×10-6左右，K+在64 000×10-6左右。

2.4NaCl在綜合陽(yáng)離子鉆井液體系中的使用

E3H井及E16H井均在館陶頂斜深30 m轉(zhuǎn)化鉆井液，均采用干粉護(hù)膠后，補(bǔ)充轉(zhuǎn)化膠液轉(zhuǎn)化為綜合陽(yáng)離子體系。其中E3H井引入了NaCl，與未引入NaCl的E16H井轉(zhuǎn)化體系后鉆井液性能對(duì)比如表2。

表2　轉(zhuǎn)化后鉆井液性能Table 2 Fluid performance after conversion

從表2和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，綜合陽(yáng)離子中加入NaCl后，鉆井液性能穩(wěn)定，流變性較容易控制；E3H井返出東營(yíng)組泥巖掉塊明顯變小，起下鉆情況較E16H井有所提高，井壁穩(wěn)定方面加入NaCl后，有利于井壁穩(wěn)定。

3　結(jié) 論

（1）提出了綜合陽(yáng)離子鉆井液體系：在現(xiàn)有陽(yáng)離子鉆井液體系基礎(chǔ)上，引入K+和聚合醇；降低了PF-CPI并引入適量正電膠來(lái)調(diào)節(jié)切力；引入非離子降失水劑進(jìn)一步降低失水。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，綜合陽(yáng)離子鉆井液體系具有有效的抑制性、良好的降失水和封堵性能、優(yōu)良的流變性能，減少了E3H井的井下復(fù)雜情況，保證了井壁穩(wěn)定。

（3）應(yīng)用CPI陽(yáng)離子抑制劑和CPA非離子降濾失劑，引入12%的NaCl，優(yōu)化綜合陽(yáng)離子鉆井液體系，一定程度的解決了抑制、防塌、流變性控制和攜砂性之間的難題。

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Comprehensive Cation Drilling Fluid Technology in E3H Well

LI Zhuo-lun1,LI Wei1, DONG Zhi-yu2, XU Xing-hua3,XIE Tian4
（1.Northeast Petroleum University, Heilongjiang, Daqing, 163318，China；2. No.3 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Company, Heilongjiang Daqing 163318，China；3. No.6 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Company, Heilongjiang Daqing 163318，China；4. No.9 Oil Production Plant of Daqing Oilfield Company., Heilongjiang Daqing 163318，China；）

To solve drilling technical difficulties including shale collapse, imbalance of permeability and drilling fluid pressure in JZ25-1 oil and gas drilling area, the comprehensive cationic drilling fluid system was developed. In the application process of the comprehensive cationic drilling fluid system in E3H Well, it shows excellent performance in some aspects, such as inhibition, carrying sand, anti-collapse and sealing. On this basis, adding sodium chloride can achieve better results for wellbore stability and drilling safety.

E3H well; comprehensive cation drilling fluid; wellbore stability; sodium chloride; field application

李卓倫（1992-），男，黑龍江省大慶市人，在讀研究生，就讀與東北石油大學(xué)，研究方向：鉆井工藝，油田化學(xué)。E-mail：997575633@qq.com。

TE 254

A

1671-0460（2016）05-1055-03

黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計(jì)劃，深部裂縫性凝灰?guī)r層水力劈裂機(jī)理的分形研究， 項(xiàng)目號(hào)：1254G002。

2016-03-29