鉆井液體系優(yōu)化技術(shù)

張 珺

鉆井液體系優(yōu)化技術(shù)

張 珺

（中國石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部， 新疆 庫爾勒 841000）

對于深井、超深井而言，鉆井過程中鉆井液泥漿性起著十分重要的作用。作為循環(huán)沖洗介質(zhì)，具有清洗井底，攜帶懸浮塵屑，保持井眼清潔。同時傳遞水功率幫助鉆頭擊破巖石，平衡地層壓力，防止井壁坍塌、井漏等。因此如何優(yōu)化鉆井液體系及性能，對提高鉆井效率具有重要意義。通過研究區(qū)多年來實際鉆井經(jīng)驗，對三開鉆井過程不同鉆井階段鉆井液體系進行進一步優(yōu)化，形成了適用于研究區(qū)鉆井液體系。最終有效提高鉆井綜合效益，達到有效地保護油氣層和提高鉆井效率的目的。

鉆井液；無固相鉆井液；鉆井效率；安全風(fēng)險

鉆井液是鉆井的“血液”，在作業(yè)中起著非常重要的作用。實踐表明能否實現(xiàn)快速鉆進和井下安全，鉆井液將起決定性作用[1-2]。根據(jù)研究區(qū)油田地質(zhì)和鉆井工藝設(shè)計要求，并結(jié)合了該區(qū)成功的鉆井液實踐經(jīng)驗，優(yōu)化設(shè)計鉆井液以不分散體系、聚磺鉆井液和輕泥漿體系為主。

1 一開鉆井液體系

體系：膨潤土-聚合物鉆井液體系。

性能：要確保膨潤土漿充分預(yù)水化，坂土含量在控制在45 g/L以上，漏斗粘度55 s左右，切力2/7~8 Pa，確保鉆井液有效封堵流沙層段。

特點：表層使用CMC進行降濾失和護膠，嚴禁加入大分子聚合物而影響流變性能，給表層套管下入、固井等作業(yè)帶來困難。在下套管之前相應(yīng)的工程措施一定要到位，確保井下安全。

2 二開鉆井液體系

體系：火成巖以上為聚合物“輕泥漿”體系，火成巖以下為聚磺鉆井液體系。

性能及維護要點：塔中上部地層采用“三低一加足”強抑制性聚合物鉆井液體系，既鉆井液密度控制在1.05~1.08 g/cm3；漏斗粘度控制在40 s以下，切力0.8~1/4~5 Pa，動切力4.5~6 Pa；固相含量不超過5％；上返速度大于0.8 m/s；加足兩種互補性大分子聚合物KYP-1和80A51，適當復(fù)配中小分子聚合物XPM、CPF和KHPAN。同時采取四級固控運轉(zhuǎn)率100%，勤放沉砂罐等措施，最大限度除去有害固相，使鉆井液具有良好的抑制性、流變性和懸浮性能。如果表層下深500 m左右，在井深1 000 m之內(nèi)鉆進，坂含維持在25 g/L以上，有效護壁，防止松散地層垮塌。穿過松散地層段后盡快將坂含降至15 g/L以下。

在進入二疊系火成巖前150~200 m將鉆井液密度提至設(shè)計下限1.15 g/cm3左右，體系由原來的聚合物體系逐步轉(zhuǎn)換為聚磺體系，但以聚合物為主，磺化為輔。進入火成巖前調(diào)整好基漿一次性加足濃度為3%的XL-1/YK-H防塌劑，并將密度提高至設(shè)計上限1.25 g/cm3，為安全穿過易坍塌火成巖井段打下基礎(chǔ)。要求泥餅質(zhì)量薄而韌，強化鉆井液的護壁性能。

特點：上部井段重點強調(diào)“三低一加足”的強抑制性和良好的流變性，為安全快速鉆進創(chuàng)造有利條件。下部突出鉆井液的防塌效果，并控制合理的鉆井液密度，保證井下安全。

3 三開鉆井液體系

體系：強封堵聚磺鉆井液體系。

性能及維護要點：

（1）解決坍塌掉塊問題。桑塔木泥巖段以上泥頁巖地層微裂縫發(fā)育，鉆井液濾液進入微裂縫后使充填其中的粘土礦物水化膨脹、分散，泥頁巖整體強度降低，一定時間后形成周期性坍塌掉塊，尤其在起下鉆過程中由于鉆具的碰撞，導(dǎo)致局部井壁坍塌掉塊現(xiàn)象明顯，給錄井取樣、鉆井和固井作業(yè)帶來很大的困難和風(fēng)險。

（2）有效解決鉆井液氣泡問題。塔中地區(qū)三開井段鉆井液起泡現(xiàn)象非常普遍。在受到氣體污染后，鉆井液主要表現(xiàn)為粘切上升，流變性能變差，失水增大，伴有大量氣泡導(dǎo)致泥漿泵上水效率明顯下降，泵壓波動大，鉆時變慢、起下鉆摩阻增大等。多口井實踐證明，起泡主要歸結(jié)于CO32-、HCO3-的污染，其來源主要是：鉆井液材料、地層中CO2氣體和人為CO2的侵入。

處理方式為：及時監(jiān)測濾液中礦化度成分，特別是CO32-和HCO3-濃度的監(jiān)測，同時借鑒錄井儀上CO2曲線和出現(xiàn)的峰值，適時加足CaO或CaCl2，清除CO32-和HCO3-以防鉆井液污染而起泡。處理劑加量以控制合適的Ca++離子濃度為宜，一般Ca++離子濃度控制在500 mg~1 000 mg/L之間；降低鉆井液粘切，動塑比不大于0.38，漏斗粘度小于45 s，靜切力低于1~2/7~8 Pa，動切力控制在5.5~6.5 Pa之間，坂含在38 g/L以內(nèi)，固相含量低于16％。此性能即可攜砂又不會裹泡，讓氣泡自行破滅；在地質(zhì)條件允許前提下提高密度控制地層CO2侵入量；加入SP-80配合高效消泡劑、柴油等；同時利用除氣器、攪拌器等進行機械消泡。一旦發(fā)現(xiàn)因CO32-和HCO3-產(chǎn)生的氣泡要立即分析處理，不能拖延而誤了最佳處理時機。

（3）科學(xué)解決高壓低滲鹽水層污染問題，防止鉆井液性能惡化。該井段自井深5 000 m左右開始鉆遇高壓低滲鹽水層，鹽水（Cl-）濃度8 000~15 000 ppm，地層壓力系數(shù)為1.20~1.30，鹽水日滲出量5~10 m3。實踐表明：在作業(yè)過程中鉆遇此類鹽水層，沒有必要一味去提高密度來壓穩(wěn)，而是結(jié)合井下實際情況合理調(diào)整鉆井液密度，一般控制在1.20~1.28 g/cm3之間，這樣既可控制地層鹽水滲出量，防止鉆井液性能惡化，又降低了鉆井液維護難度和成本。同時要提高鉆井液的抗鹽、鈣能力。對于靜止時滲出的鹽水柱和鉆井液污染嚴重段要及時循環(huán)排放掉，避免對循環(huán)鉆井液的大面積污染。

4 三開鉆井液體系

4.1 四開鉆井液體系

研究區(qū)目的層主要以奧陶系灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)云巖儲層為主，地層相對穩(wěn)定，鉆井液的重點任務(wù)是有效保護油氣層[3]。

體系：無固相弱凝膠鉆井液體系。

主要配方：1%膨潤土+0.1%燒堿+0.2% CX216+1.2% JMP-1+2% PF-PRD + 1.75% YX -1 + 1.25% YX-2 + 石灰石粉，同時該井段還要根據(jù)H2S預(yù)計含量加入堿式碳酸鋅（0.5%~1%）等除硫劑，及時去除H2S氣體。

特點：該體系具有獨特的流變性，其表觀粘度低，動塑比高，剪切速率粘度低，且切力與時間無依賴性、即使在一定溫度下也具有良好的懸浮、攜砂能力，具有良好的潤滑性和抑制性。另外，該鉆井液體系能夠快速的形成低滲透性泥餅，可以阻止外來流體的侵入，使儲層不受污染。其次，該體系形成的弱凝膠具有很高的低剪切速率粘度，能進一步阻止固、液相侵入地層，有效的控制污染帶的深度，也可以避免對井壁的沖蝕，具有穩(wěn)定井壁、保護儲集層雙重作用。

體系的局限性：防氣竄能力較差。該體系具有其獨特的流變性，表觀粘度低，動塑比高，剪切速率粘度低等。但由于坂土含量很低，僅為1%左右，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較弱，就如同“清水”一樣，防氣竄能力差，氣竄速度高達1 000 m/h以上，使現(xiàn)場技術(shù)人員防不勝防。密度調(diào)節(jié)范圍有限。該體系為保護油氣層，只能采用密度較低的酸溶性加重材料石灰石粉進行加重，當密度超過1.35 g/cm3時，再提高密度就比較困難，而且其性能很難保證優(yōu)良，給壓井工作帶來被動。

4.2 低土相弱凝膠體系

低土相弱凝膠鉆井液完井液是在無固相弱凝膠鉆井液完井液體系基礎(chǔ)上改進的一種新型的利用分子間相互纏繞、形成一種空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的弱凝膠鉆井液完井液體系。

配方：水+1%膨潤土漿+0.1% NaOH + 0.3% CX-215+1% JMP-1 +2% KL-HFT1 + 1% CMF + 2% CX-508 + 3% KCL + 2% TYRF-1 + 2% EPL-1 + 1% PF-PRD + 1% YX-1 + 1% YX-2 + 石灰石粉。

性能。密度：1.20 g/cm3，粘度：76 s，塑性粘度：28 mPa?s，屈服值：16 Pa，靜切力：3/7，API失水：6.2 mL，泥餅：0.5 mm，坂含：10 g/L，HTHP失水/泥餅：12 mL/1 mm，KF：0.1，（Cl-）：14 857 ppm。

特點及維護要點：該體系剛開始由于相關(guān)材料沒有充分水溶，性能一般。但隨著井溫作用和循環(huán)時間增加，配方中各種材料充份水溶且相互作用之后性能會越來越好。pH值控制在8~9之間，pH值過高會加速聚合物降解，過低性能則不穩(wěn)定。提前做好因滋生細菌而引起的加速降解預(yù)防工作，防止因降解而導(dǎo)致水土分層現(xiàn)象。同時，該體系具有一定的潤滑性，但在長裸眼水平井段把泥餅?zāi)ψ杞抵涟踩煽恐颠€需補充適量低螢光潤滑劑等。

5 結(jié) 論

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)層系特征，結(jié)合長期以來鉆井經(jīng)驗，優(yōu)化了三開鉆井過程中鉆井液泥漿體系，提高鉆井液的防塌效果，保證井下安全。降低鉆井過程井壁坍塌風(fēng)險，有效解決鉆井液氣泡問題，解決高壓低滲鹽水層污染問題，防止鉆井液性能惡化。滿足深井、水平井鉆井技術(shù)需求，為提高機械鉆速提供了有利平臺。

［1］張歡慶，周志世，劉鋒報，等.白油基鉆井液體系研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝，2016，39（3）：99-102.

［2］李明，王偉，鄭友志，等.單因素法分析鉆井液處理劑對水泥漿性能的影響[J].石油與天然氣化工，2014，43(3):297-301.

［3］劉建軍，劉曉棟，馬雪勤，等.抗高溫耐鹽增黏劑及其無固相鉆井液體系研究[J].鉆井液與完井液，2016，33(2):5-11.

Summary of Drilling Fluid System Optimization Technology

（Tarim Oilfield Company, Xinjiang Korla 841000, China）

For deep and ultra deep wells, the drilling fluid plays a very important role in the drilling process. As the circulating flushing medium, the drilling fluid can cleanthe bottom hole, carry the suspended dust, and keep the hole clean. At the same time, it can also transfer the water power to help the bit break the rock, balance formation pressure, prevent wellbore collapse and lost circulation etc.So how to optimize the drilling fluid system and its performance is of great significance to improve the drilling efficiency. Based on years of actual drilling experiences, different drilling fluid systems for the three-open well drilling process at different drilling phase were optimized, suitable drilling fluid system for the study area was determined.Finally,the comprehensive benefits of drilling can be effectively improved, so as to effectively protect the gas reservoir and improve the drilling efficiency.

drilling fluid; solid free drilling fluid; drilling efficiency; security risk

國家科技重大專項（2011ZX05049）資助

2016-11-30

張珺（1992-），男，助理工程師，寧夏固原人，研究方向：油氣田開發(fā)。

TE 245

A

1004-0935（2017）01-0096-03