聚磺鉆井液體系的研究及應(yīng)用

王浩, 魏艷，趙瑩，吳建德，李威明

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聚磺鉆井液體系的研究及應(yīng)用

王浩, 魏艷，趙瑩，吳建德，李威明

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司，陜西 西安 710000）

隨著長(zhǎng)慶油田區(qū)塊的不斷勘探開(kāi)發(fā)，深井及超深探井日益增加，地層更加復(fù)雜，對(duì)鉆井液的抗溫性、抑制性及防塌性能要求隨之不斷提高，普通的鉆井液體系已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足目前的施工要求。針對(duì)此種情況，通過(guò)對(duì)目前使用的抗溫防塌鉆井液體系的分析，在大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了一種高抗溫性、強(qiáng)抑制性、強(qiáng)防塌性適用于長(zhǎng)慶區(qū)塊的聚磺鉆井液體系配方，并對(duì)其抑制性及抗溫性進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)，其均能滿(mǎn)足目前現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。此配方在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的效果，且在本區(qū)塊得到了廣泛的應(yīng)用及推廣。

復(fù)雜時(shí)效； 井下復(fù)雜； 抗溫性； 抑制性；防塌性

長(zhǎng)慶油田區(qū)塊的設(shè)計(jì)井深通常在5 000 m左右，由于裸眼井段受鉆井液浸泡時(shí)間廠(chǎng)，延長(zhǎng)組-石盒子組坍塌嚴(yán)重，井下復(fù)雜頻發(fā)，為后期取心、電測(cè)及下套管帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。僅2015年鹽池區(qū)塊完成的6口天然氣探井中，4口井不同程度的出現(xiàn)了井壁坍塌，起下鉆遇阻、卡鉆等井下復(fù)雜問(wèn)題，復(fù)雜平均時(shí)效為3.22%，嚴(yán)重制約了油氣勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。提高鉆井液的抗溫性、抑制性及防塌性，以解決井壁坍塌問(wèn)題，成為了該區(qū)塊安全快速鉆進(jìn)的迫切需求[1-6]。

1 聚磺鉆井液體系配方的確定及性能評(píng)價(jià)

1.1 聚磺鉆井液體系組成的篩選及配方的確定

對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)所用處理劑進(jìn)行篩選，以形成適合長(zhǎng)慶油田區(qū)塊勘探施工的要求鉆井液體系。

1.1.1 聚磺鉆井液體系組成的篩選

（1） 膨潤(rùn)土的選擇

由于鹽池區(qū)塊生產(chǎn)水水質(zhì)礦化度較高，普通膨潤(rùn)土在使用時(shí)不能較好的水化分散，體系分層現(xiàn)象嚴(yán)重，因此體系中選用抗鹽土。

（2） 主處理劑優(yōu)選

由表1、圖1可知，各處理劑均有明顯降失水作用，其中JLSJ1在加量很少時(shí)就能有效降低失水，因此體系中以JLSJ1作為主要降失水劑，加量為2%；各種處理劑均能一定程度改善泥餅質(zhì)量，其中JLSJ2隨著加量的增加，泥餅致密、薄，造壁性能較其他幾種處理劑好，因此作為體系中的封堵劑，加量為3%~4%；由于該體系需加少量預(yù)水化白土漿，因此JLSJ4作為流變性調(diào)節(jié)劑進(jìn)行使用，加量為1.5%~2%。

表1 各處理劑降失水效果

注：基漿配方：清水聚合物+2%抗鹽土（預(yù)水化）

由表2可知，4#配方性能較好，選用該配方作為基礎(chǔ)配方繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于鹽池區(qū)塊延長(zhǎng)下部地層坍塌嚴(yán)重，因此體系必須具有較強(qiáng)的抑制性，本體系選用KCl作為抑制防塌劑，利用鉀離子鑲嵌作用防止泥巖坍塌，現(xiàn)對(duì)KCl加量做如表3實(shí)驗(yàn)。

圖1 各處理劑降失水效果

1.1.2 聚磺鉆井液體系配方的確定

由表3可知，基漿中加入KCl后，隨著KCl加量的增加，中壓失水逐漸降低，漏斗粘度，動(dòng)塑比減小，當(dāng)KCl含量達(dá)到5%時(shí)，均能有較好的失水和流變性，因此，鹽池區(qū)塊氣探井配方確定為：清水+1.5%白土（預(yù)水化）+0.15% JHW1+ 3.5% JLSJ2+ 2% JLSJ1+1.5%JLSJ4 +3%ZZJ+ 0.05% JHW2 +0.1% SJ+5%KCl。

1.2 鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

1.2.1 抗溫性及流變性評(píng)價(jià)

由表4可知，隨著溫度的升高，漏斗粘度，動(dòng)切力變化不大，高溫高壓失水略有增大，表明聚磺體系具有較強(qiáng)的抗溫性，良好流變性能，能夠滿(mǎn)足井深4 000 m以上鉆井要求。

表2 鉆井液配方室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

注：白土均為與水化24 h。

表3 KCl對(duì)基漿性能影響

注：基漿配方：清水+1.5%白土（預(yù)水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ

表4 聚磺體系抗溫及流變性實(shí)驗(yàn)

注：基漿配方:清水+1.5%白土（預(yù)水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ+5%KCl,熱滾16 h。

1.2.2 抑制性評(píng)價(jià)

由表5可以看出，在基漿中分別加入5%的工業(yè)鹽、有機(jī)鹽JS1、KCl，均能提高巖屑回收率，加入KCl后回收率最高，說(shuō)明其防塌性能最好。

表5 抑制性實(shí)驗(yàn)

注：基漿配方：清水+1.5%白土（預(yù)水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ

1.3 分地層規(guī)范鉆井液性能

表6 分地層鉆井液性能

1.4 鉆井技術(shù)措施

（1）每趟起鉆前計(jì)算環(huán)空循環(huán)壓耗，配相應(yīng)密度重漿，泵入井內(nèi)進(jìn)行壓力補(bǔ)償，防止空井井壁垮塌;

（2）起下鉆過(guò)程中若出現(xiàn)遇阻，立即開(kāi)泵建立循環(huán)，必須充分循環(huán)一周后再繼續(xù)起下鉆;

（3）下鉆時(shí)中途循環(huán)時(shí)，避開(kāi)易塌地層，減少鉆井液對(duì)井壁的沖刷。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 李字號(hào)探井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年鹽池區(qū)塊共施工4口李字號(hào)氣探井，井下正常，起下鉆無(wú)遇阻，取心、電測(cè)及下套管正常。與2015年對(duì)比，平均井深增加278 m，取心次數(shù)增加1次，取心進(jìn)尺增加7.03 m，平均鉆井周期縮短3.95 d，鉆機(jī)月速度提高11.5%，電測(cè)一次成功率100%，復(fù)雜時(shí)效降低79.62%。

2016年完成的4口井，均在延長(zhǎng)下部按照方案配方轉(zhuǎn)換體系，體系轉(zhuǎn)換后再加入5%KCl防塌，正常維護(hù)以膠液形式進(jìn)行補(bǔ)充，配方簡(jiǎn)單，維護(hù)操作方便，體系維護(hù)配方：4%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+ 0.05%JHW2 +5%KCl，進(jìn)入山西組后體系加入1%的預(yù)水化白土漿，改善泥餅質(zhì)量。同時(shí)根據(jù)各地層調(diào)整鉆井液性能，整個(gè)施工期間井下無(wú)明顯掉塊，井徑規(guī)則，平均及最大井徑擴(kuò)大率分別降低了10.5%和23.8%，井下正常。

2.2 李34、梁探1井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

李34、梁探1井為三開(kāi)超深井，二開(kāi)大井眼攜砂及井壁穩(wěn)定是鉆井液技術(shù)面臨的難點(diǎn)，其中梁探1井二開(kāi)存在兩個(gè)斷層，井塌風(fēng)險(xiǎn)極大。兩口井在施工時(shí)選用聚磺鉆井液體系，鉆井過(guò)程中能夠滿(mǎn)足攜砂要求，井壁穩(wěn)定。李34井二開(kāi)取心6次，井下正常；梁探1井在斷層施工時(shí)使用垂直鉆井系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)井壁穩(wěn)定要求非常嚴(yán)格，斷層施工期間共起下鉆6趟，井下均正常，二開(kāi)下套管正常。

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）聚磺鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性、抗溫性及流變性良好、攜砂性較好、性能穩(wěn)定、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，聚磺鉆井液體系能夠滿(mǎn)足鹽池區(qū)塊氣探井施工要求，鉆井過(guò)程中井下正常。

（3）優(yōu)化鉆井液體系轉(zhuǎn)換點(diǎn)、按照地層規(guī)范鉆井液性能及相應(yīng)的工程技術(shù)措施，是保證鹽池區(qū)塊安全鉆井的重要技術(shù)保障。

（4）對(duì)于垂深超過(guò)5 000 m的探井，該體系仍需在抗高溫性能上做進(jìn)一步研究。

［1］寧印平，崔迎春，薛波, 等. 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)區(qū)塊天然氣探井鉆井液技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液，2009，26（2）：126-128．

［2］曾李, 于培志, 任凌云, 等. 陽(yáng)離子聚磺鉆井液體系研究與應(yīng)用 [J]. 石油鉆探技術(shù), 2009, 37 (6): 61-66．

［3］石秉忠, 金軍斌. 復(fù)合金屬離子聚磺混油鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J]. 石油鉆探技術(shù), 2000, 28 (5): 35-36．

［4］王亮. 抗高溫聚磺鉆井液體系研究[D]. 東北石油大學(xué), 2015.

［5］瞿凌敏, 王書(shū)琪, 王平全, 等. 抗高溫高密度飽和鹽水聚磺鉆井液的高溫穩(wěn)定性 [J]. 鉆井液與完井液, 2011, 28 (4): 22-24．

［6］王平金, 羅平亞. 三磺處理劑高溫交聯(lián)對(duì)泥漿性能的影響[J]. 天然氣工業(yè), 1992 (5):8+55-63．

［6］楊光昭. 封堵型聚磺鉆井液體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2017, 37 (2): 69-71.

Research and Application of Polysulfonate Drilling Fluid System

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（CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co., Ltd. Changqing Drilling Branch, Shaanxi Xi'an 710000, China）

With the continuous exploration and development of Changqing oilfield blocks, the number of deep wells and ultra deep wells is increasing, the formation is more complex, so the performance requirements for temperature resistance, inhibition and collapse prevention of drilling fluid are higher and higher, then ordinary drilling fluid system has been unable to meet the construction requirements. Aiming at the situation, through analysis on common temperature-resisting anti-collapse drilling fluid system, on the basis of a large number of indoor experiments, a kind of high temperature resistance, strong inhibition and anti-collapse polysulfide drilling fluid formula for Changqing block was determined, and the inhibition and temperature resistance were evaluated. The results showed that the drilling fluid system can meet the requirements of the site construction. This formula has achieved good results in field application and has been widely used and popularized in this block.

complex prescription; downhole complexity; heat- resistance; inhibition; anti-collapse

TE 254

A

1004-0935（2017）10-0994-03

2017-08-21

王浩（1984-），男，工程師，研究方向：主要從事鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用。

魏艷（1984-），女，工程師，油田應(yīng)用化學(xué)碩士，研究方向：主要從事鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。