長(zhǎng)南氣田水平井定向井段鉆井液技術(shù)

高小芃，王偉亮，司西強(qiáng)，王中華

(1.中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 濮陽(yáng) 457001；2.中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555)

長(zhǎng)南氣田水平井定向井段鉆井液技術(shù)

高小芃1，王偉亮1，司西強(qiáng)2,3，王中華2

(1.中石化中原石油工程有限公司鉆井三公司，河南 濮陽(yáng) 457001；2.中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555)

針對(duì)長(zhǎng)南氣田施工井定向井段鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的井壁失穩(wěn)、起下鉆遇阻、攜巖帶砂困難等問(wèn)題，分析得到了該區(qū)塊鉆井液施工難點(diǎn)；通過(guò)鉆井液體系構(gòu)建及鉆井液配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，形成了一套適于該區(qū)塊定向井段地層的鉀鹽聚磺防塌鉆井液優(yōu)化配方，可抗140℃高溫，具有較好的抗土、抗鉆屑污染的能力，具有較高的固相容量限，對(duì)山西組和本溪組的巖屑均具有較高的回收率，其中山西組巖屑的一次回收率98.3%，相對(duì)回收率99.9%，本溪組巖屑的一次回收率89.4%，相對(duì)回收率99.4%，泥餅粘滯系數(shù)為0.114，極壓潤(rùn)滑系數(shù)為0.098，表現(xiàn)出較好的潤(rùn)滑效果；同時(shí)對(duì)潤(rùn)滑防卡、井壁穩(wěn)定、清砂攜巖等技術(shù)進(jìn)行了研究，形成了配套技術(shù)；在長(zhǎng)南區(qū)塊靖南68-9H井、靖南70-9H1井兩口井成功應(yīng)用，為后續(xù)該區(qū)塊其它井的安全、快速、高效鉆進(jìn)提供了較好的技術(shù)解決方案。

長(zhǎng)南氣田；定向井段；井壁穩(wěn)定；潤(rùn)滑防卡；攜巖帶砂；防塌鉆井液

長(zhǎng)南區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，儲(chǔ)氣層具有薄層、多層和大面積連通的特點(diǎn)，埋藏深度約在3590～3610m，為提高采氣產(chǎn)量，開發(fā)形式主要是水平井[1]。由于施工井三開定向井段所鉆地層本溪組泥巖、炭質(zhì)泥巖發(fā)育[2-3]，井壁失穩(wěn)現(xiàn)象嚴(yán)重，井塌、劃眼等復(fù)雜情況時(shí)有發(fā)生，因井塌引起了井徑擴(kuò)大、電測(cè)遇阻、固井質(zhì)量差等一系列問(wèn)題。前期施工的靖平61-10井、靖平70-9井等水平井在本溪地層出現(xiàn)井壁垮塌引起井下復(fù)雜，劃眼、處理故障共33天，延長(zhǎng)了鉆井周期，增加了鉆井液成本，嚴(yán)重制約了長(zhǎng)南區(qū)塊水平井的勘探開發(fā)。本文通過(guò)對(duì)該區(qū)塊鉆井液施工難點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)鉆井液體系構(gòu)建及配方優(yōu)化[4-11]，形成鉀鹽聚磺防塌鉆井液體系及配套技術(shù)，成功應(yīng)用于長(zhǎng)南區(qū)塊水平井三開定向井段，為該區(qū)塊后續(xù)井的安全、快速、高效鉆進(jìn)提供較好的解決措施。

1 鉆井液施工難點(diǎn)

長(zhǎng)南區(qū)塊三開定向井段所鉆遇地層主要包括石千峰、石盒子、山西、太原、本溪、馬家溝。地層以黑色泥頁(yè)巖為主，夾雜煤層，且含有少量泥質(zhì)膠結(jié)含礫砂巖、夾薄層砂巖。鉆井液施工主要難點(diǎn)概括如下：

(1)泥巖極易水化膨脹，導(dǎo)致井壁縮徑或坍塌掉塊，造成起下鉆遇卡，鉆進(jìn)時(shí)蹩鉆、扭矩增大，甚至出現(xiàn)井塌埋鉆具或扭斷鉆具的嚴(yán)重事故；

(2)泥巖造漿性強(qiáng)，一旦控制不好也會(huì)引起起下鉆嚴(yán)重阻卡，且鉆井液流變性差不利于安全鉆進(jìn)；

(3)煤層極其脆弱，鉆頭破巖、鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)以及循環(huán)鉆井液時(shí)的沖刷等都會(huì)引起煤層坍塌、脫落掉塊，尤其在斜井段、近水平段等地層更易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)問(wèn)題；

(4)斜井段、近水平段的攜巖帶砂本身就是一個(gè)技術(shù)難題，如果再出現(xiàn)井壁坍塌、掉塊，勢(shì)必會(huì)給井下帶來(lái)更嚴(yán)重的復(fù)雜情況。

2 鉆井液體系優(yōu)選及配套技術(shù)

針對(duì)長(zhǎng)南區(qū)塊鉆井液施工難點(diǎn)，通過(guò)鉆井液體系構(gòu)建及鉆井液配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，形成了一套適于該區(qū)塊定向井段地層的鉀鹽聚磺防塌鉆井液優(yōu)化配方，同時(shí)對(duì)潤(rùn)滑防卡、井壁穩(wěn)定、清砂攜巖等技術(shù)進(jìn)行了研究，形成了配套技術(shù)。

2.1 鉆井液體系優(yōu)選

KCl與常用大分子聚合物、小分子聚合物、磺化材料配伍性能均較好，可與聚合物產(chǎn)生協(xié)同作用，可大幅提高鉆井液的防塌效果。通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得到鉀鹽聚磺防塌鉆井液的優(yōu)化配方為：4%膨潤(rùn)土 + 2%～3% SMP-Ⅱ + 2%～3% SMC + 0.5%～1% COP-HFL + 0.5%～1% LC-CMC + 0.2% NaOH + 5%～8% KCl + 2% RHJ-1 + 2% QS-2。其中，RHJ-1是由固體石蠟、液體石蠟、表面活性劑、堿度調(diào)節(jié)劑和多元醇通過(guò)乳液聚合反應(yīng)而成的一種防塌材料，RHJ-1和QS-2共同發(fā)揮封堵泥餅的效果，協(xié)同起到井壁防塌的目的對(duì)鉆井液優(yōu)化配方的抗土、抗鉆屑污染性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化配方中分別加入3%土、15%的鉆屑后，在120℃高溫老化16h，鉆井液性能基本不變，說(shuō)明該體系具有較好的抗膨潤(rùn)土、抗鉆屑污染的能力，具有較高的固相容量限。

對(duì)鉆井液優(yōu)化配方的抗溫性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該優(yōu)化鉆井液配方可抗140℃高溫，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)鉆井液耐高溫的技術(shù)要求。

對(duì)鉆井液優(yōu)化配方的抑制性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。采用長(zhǎng)南氣田山西組和本溪組巖屑進(jìn)行巖屑回收率實(shí)驗(yàn)，一次回收實(shí)驗(yàn)條件：140℃、16h，二次回收實(shí)驗(yàn)條件：140℃、2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 鉆井液優(yōu)化配方的巖屑回收率評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，鉆井液優(yōu)化配方對(duì)山西組和本溪組的巖屑均具有較高的回收率。其中山西組巖屑的一次回收率98.3%，相對(duì)回收率99.9%；本溪組巖屑的一次回收率89.4%，相對(duì)回收率99.4%。抑制性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明鉆井液優(yōu)化配方具有良好的抑制防塌性能，可滿足現(xiàn)場(chǎng)施工中對(duì)鉆井液的抑制防塌性能要求。

對(duì)鉆井液優(yōu)化配方的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該優(yōu)化鉆井液配方泥餅粘滯系數(shù)為0.114，極壓潤(rùn)滑系數(shù)為0.098，表現(xiàn)出較好的潤(rùn)滑效果，可滿足現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑防卡的技術(shù)要求。

2.2 鉆井液配套技術(shù)

在形成鉆井液優(yōu)化配方的基礎(chǔ)上，對(duì)潤(rùn)滑防卡、井壁穩(wěn)定、攜巖帶砂等技術(shù)進(jìn)行了研究，形成了配套技術(shù)?？偨Y(jié)概括如下：

2.2.1 潤(rùn)滑防卡配套技術(shù)

(1)嚴(yán)格控制鉆井液密度，使用好固控設(shè)備，保持穩(wěn)定的鉆井液密度和良好的流變性；

(2)提高鉆井液的懸浮和攜砂性能，堅(jiān)持按時(shí)短起下；

(3)加入足量的液體潤(rùn)滑劑和固體潤(rùn)滑劑，確保鉆井液具有良好的潤(rùn)滑防卡能力；

(4)改善鉆井液的濾失造壁性，提高泥餅質(zhì)量，增強(qiáng)泥餅的韌性，有效降低井下摩阻和轉(zhuǎn)盤扭矩。

2.2.2 井壁穩(wěn)定配套技術(shù)

(1)提高鉆井液濾液的抑制性，確保鉀離子含量，防止泥頁(yè)巖吸水膨脹；

(2)使用多軟化點(diǎn)封堵材料，加入足夠量的乳化石蠟和井壁封堵劑，提高地層的承壓能力；

(3)降低鉆井液的中壓及高溫高壓濾失量，形成良好的泥餅；

(4)根據(jù)實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)你@井液密度平衡井壁應(yīng)力。

(5)細(xì)化操作，降低起下鉆及開泵引起的激動(dòng)壓力，采取合理的排量和流變參數(shù)，避免水力沖蝕井壁。

2.2.3 攜巖帶砂配套技術(shù)

(1)固控設(shè)備達(dá)到四級(jí)凈化，固控設(shè)備完好率100%，固控設(shè)備使用率達(dá)80%以上；

(2)提高鉆井液的抑制防塌性能，有效地抑制地層造漿和劣質(zhì)固相的分散；

(3)通過(guò)采用變排量循環(huán)的方法來(lái)有效阻止巖屑床的形成；

(4)采用合理的鉆井液流變參數(shù)，減緩巖屑在井底的沉積速度；

(5)定期短起下鉆，及時(shí)破壞、清除已形成的巖屑床。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)勘探開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的井位部署情況，在長(zhǎng)南區(qū)塊的靖南68-9H井、靖南70-9H1井的三開定向井段使用該鉆井液優(yōu)化配方及配套技術(shù)。

3.1 施工井簡(jiǎn)況

3.1.1 靖南68-9H井

靖南68-9H井完鉆井深5276m，完鉆層位：馬五12。該井鉆井周期154.71天，建井周期170.15天，全井平均機(jī)械鉆速2.52m/h，井身結(jié)構(gòu)：339.7mm×500.97m + 244.5mm×3031.4m + 177.8mm×(2827.54～3973.85)m + 114.3mm×(3523.6～5145)m。

3.1.2 靖南70-9H1井

靖南70-9H1井完鉆井深5370m，完鉆層位：馬五12。該井鉆井周期129.96天，建井周期155.91天，全井平均機(jī)械鉆速3.17m/h，井身結(jié)構(gòu)：339.7mm×251.6m + 244.5mm×3073.6m + 177.8mm×(2896.36～3949)m + 114.3mm×5195m。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)工藝

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配方

現(xiàn)場(chǎng)鉆井液配方組成如下：

4%膨潤(rùn)土 + 2%～3% SMP-Ⅱ + 2%～3% SMC + 0.5%～1% COP-HFL + 0.5%～1% LC-CMC + 0.2% NaOH + 5%～8% KCl + 2% RHJ-1 + 2% QS-2。

3.2.2 維護(hù)工藝

(1)保持鉆井液的抑制性，每罐膠液中KCl的加量達(dá)4%～5%，以確保鉆井液中鉀離子的含量充足，從而有效防止泥頁(yè)巖的吸水膨脹及水化分散；

(2)按維護(hù)濃度加入所需各種處理劑，降低鉆井液的中壓及高溫高壓濾失量。全井中壓濾失量控制在4mL以下，高溫高壓濾失量控制在8～12mL范圍內(nèi)；

(3)進(jìn)入山西組后鉆井液密度提高至1.32g/cm3，進(jìn)本溪組后鉆井液密度提高至1.34g/cm3，以平衡地層壓力，保證安全鉆進(jìn)；

(4)進(jìn)入石盒子組后，加入足夠量的超細(xì)碳酸鈣、乳化石蠟和井壁封堵劑，以提高井壁的穩(wěn)定性；

(5)選擇合理的泵排量，減少起下鉆及開泵引起的激動(dòng)壓力，嚴(yán)格控制在煤層中的起下鉆速度，避免定點(diǎn)循環(huán)；

(6)每鉆完一個(gè)根立柱就劃眼一次。斜井段鉆進(jìn)時(shí)，堅(jiān)持短程起下鉆、拉井壁清砂等操作，確保井眼暢通；

(7)加入2%～3%液體潤(rùn)滑劑和1%～2%固體潤(rùn)滑劑，鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)補(bǔ)充，確保鉆井液具有良好的潤(rùn)滑能力；

(8)使用好固控設(shè)備，加重后堅(jiān)持使用離心機(jī)。控制鉆井液的低密度固相含量，降低含砂量，提高泥餅質(zhì)量；

(9)鉆完進(jìn)尺后，充分循環(huán)鉆井液，打入防塌封閉液，封閉易塌井段，起鉆換常規(guī)鉆具通井順暢后，進(jìn)行電測(cè)。

3.2.3 應(yīng)用效果

在長(zhǎng)南區(qū)塊靖南68-9H井、靖南70-9H1井這兩口井的整個(gè)施工過(guò)程中，鉆井液性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，三開定向井段平均井徑擴(kuò)大率分別為10%、10.6%，井壁穩(wěn)定效果顯著，保證了鉆井施工的安全、快速、高效，還滿足了地質(zhì)錄井的需要，兩口井中完電測(cè)、完井電測(cè)的一次成功率均為100%。這兩口井成功應(yīng)用了鉀鹽聚磺防塌鉆井液優(yōu)化配方及配套技術(shù)，為后續(xù)該區(qū)塊其它井的安全、快速、高效鉆進(jìn)提供了較好的技術(shù)解決方案。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

4.1 結(jié)論

(1)分析得到了長(zhǎng)南區(qū)塊三開定向井段的鉆井液施工難點(diǎn)。主要是泥巖井段易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、起下鉆阻卡等復(fù)雜現(xiàn)象；地層造漿性強(qiáng)，鉆井液固相含量控制難度大；煤層極其脆弱，極易發(fā)生坍塌掉塊；

(2)通過(guò)鉆井液體系構(gòu)建及配伍性處理劑優(yōu)選，形成了適用于長(zhǎng)寧區(qū)塊水平井定向井段的鉀鹽聚磺防塌鉆井液優(yōu)化配方及配套技術(shù)；

(3)在長(zhǎng)南區(qū)塊的靖南68-9H井、靖南70-9H1井等兩口井的三開定向井段成功應(yīng)用鉀鹽聚磺防塌鉆井液及配套技術(shù)，為后續(xù)該區(qū)塊其它井的安全、快速、高效鉆進(jìn)提供了較好的技術(shù)解決方案。

4.2 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

通過(guò)在長(zhǎng)南地區(qū)進(jìn)行鉀鹽聚磺防塌鉆井液及配套技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，有效解決了該地區(qū)施工井定向井段井壁失穩(wěn)問(wèn)題，取得了較好的應(yīng)用效果。在實(shí)際施工過(guò)程中形成以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)進(jìn)入山西組、太原組前，應(yīng)盡量使鉆井液密度達(dá)到上限，加足防塌處理劑，通過(guò)力學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的手段使井筒內(nèi)鉆井液壓力高于地層坍塌壓力，讓地層處于力學(xué)平衡狀態(tài)，避免引起井壁坍塌；

(2)本溪組地層極不穩(wěn)定，易垮塌掉塊，進(jìn)入此地層前要循環(huán)處理好鉆井液，換新鉆頭、新螺桿，確保一次鉆穿該地層；

(3)當(dāng)井斜超過(guò)60°后要加強(qiáng)清砂工作，每鉆進(jìn)20～30m時(shí)要采取開泵帶砂、倒劃眼帶砂、長(zhǎng)起下與短起下清砂等方法確保井眼清潔，避免巖屑床的生成；

(4)鉀鹽聚磺防塌鉆井液及配套技術(shù)的成功應(yīng)用，降低了復(fù)雜時(shí)效，縮短了鉆井周期，保證了井徑規(guī)則，提高了機(jī)械鉆速，為有效解決長(zhǎng)南區(qū)塊定向井段的井壁坍塌問(wèn)題開辟了一條新途徑。

[1]鄢捷年．鉆井液工藝學(xué)[M]．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2013：422-424．

[2]肖春學(xué)，王向延，姚永永，等．靖南G68-16井小井眼鉆井技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2014，36(5)：28-32．

[3] 趙 虎，司西強(qiáng)，于秀才，等．陽(yáng)離子烷基糖苷鉆井液在靖南72-13H1井的應(yīng)用[J]．石油化工應(yīng)用，2013，32(12)：79-83．

[4] 趙 虎，甄劍武，王中華，等．烷基糖苷無(wú)土相鉆井液在衛(wèi)383-FP1井的應(yīng)用[J]．石油化工應(yīng)用，2012(08)：6-9，30.

[5]趙 虎，甄劍武，司西強(qiáng)，等．無(wú)固相鉆井完井液研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．精細(xì)石油化工進(jìn)展，2011，12(8)：10-14．[6] 司西強(qiáng)，王中華，賈啟高，等．陽(yáng)離子烷基糖苷的中試生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J]．應(yīng)用化工，2013，42(12)：2295-2297．

[7]司西強(qiáng)，王中華，魏 軍．陽(yáng)離子烷基葡萄糖苷鉆井液[J]．油田化學(xué)，2013，30(4)：477-481．

[8] 雷祖猛，司西強(qiáng)，趙 虎，等．陽(yáng)離子烷基糖苷鉆井液在中原小井眼側(cè)鉆井的應(yīng)用[J]．山東化工，2016，45(1)：68-70．

[9] 王 剛．KCl聚胺抑制防塌鉆井液在橋古2井的應(yīng)用[J]．山東化工，2015，44(7)：117-118，121．

[10]王 剛．KCl無(wú)固相弱凝膠鉆井液在哈淺6井的應(yīng)用[J]．山東化工，2015，44(9)：132-133，135．

[11]王中華．國(guó)內(nèi)鉆井液及處理劑發(fā)展評(píng)述[J]．中外能源，2013，18(10)：34-43．

(本文文獻(xiàn)格式：高小芃，王偉亮，司西強(qiáng).長(zhǎng)南氣田水平井定向井段鉆井液技術(shù) [J].山東化工，2016，45(08)：79-81，84.)

Drilling Fluid Technology of Directional Well Section in Changnan Gas Field Horizontal Well

Gao Xiaopeng1, Wang Weiliang1, Si Xiqiang2,3, Wang Zhonghua2

(1. The Third Drilling Company of Zhongyuan Petroleum Engineering Co., Ltd.，SINOPEC, Puyang 457001, China; 2. Research Institute of Drilling Engineering Technology of Zhongyuan Petroleum Engineering Co., Ltd.，SINOPEC, Puyang 457001, China; 3. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266555 China.)

In view of the problems including borehole instability, tripping sticking, difficulties of carrying stone and sand in the drilling process of directional well section of construction well in Channan gas field, the difficulties in the application process of drilling fluid were analyzed, through the construction of drilling fluid system and the experiment of drilling fluid formulation optimization, a set of potassium polysulfonate drilling fluid optimization formula which was suitable for the directional well section was formed. This drilling fluid can resist high temperature of 140 ℃, which has excellent anti pollution performance of soil and cuttings, has high solid volume limit, has high cuttings recovery rates for Shanxi group and Benxi group, the first cuttings recovery rate of Shanxi group is 98.3%, the relative cuttings recovery rate of Shanxi group is 99.9%, the first cuttings recovery rate of Benxi group is 89.4%, the relative cuttings recovery rate of Benxi group is 99.4%, the cake friction coefficient is 0.114, the extreme pressure lubrication coefficient is 0.098, showing excellent lubrication effect; at the same time, the technologies including lubrication and avoid sticking, borehole stability and carrying stone and sand were studied, the matching technology was formed; the drilling fluid optimization formula and its matching technology was successfully applied in the Jingnan 68-9H well and Jingnan 70-9H1 well of Channan gas field, which provided the better technical solutions for the safe, fast and efficient drilling of other wells of this block.

Changnan gas field; directional well section; borehole stability; lubrication and avoid sticking; carrying stone and sand; anti collapse drilling fluid

2016-03-11

中國(guó)博士后科學(xué)基金(2011M501194、2012T50641)、中石化推廣項(xiàng)目(SG14-43T)、中石化石油工程公司項(xiàng)目(SG1302-03K)、中原石油勘探局科技攻關(guān)項(xiàng)目(2015202)

高小芃(1980—)，河南南召人，高級(jí)工程師，技術(shù)發(fā)展中心副主任，本科，從事鉆井液技術(shù)研究及管理工作。

TE254

B

1008-021X(2016)08-0079-03