高效水基鉆井液在蘇里格南小井眼的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

劉社明，董易凡，楊圣方，劉博卿

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

■工程建設(shè)

高效水基鉆井液在蘇里格南小井眼的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

劉社明，董易凡，楊圣方，劉博卿

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

針對(duì)155.6mm（618＂）小井眼鉆井時(shí)扭矩大、環(huán)空間隙小、摩阻大、攜砂困難、大段泥巖剝落掉塊等施工問題，決定小井眼的鉆井液采用高效水基鉆井液體系。該體系中的主劑ZJ-1、BBJ、RH-1通過相互協(xié)同作用可以在井壁巖石和鉆屑表面形成薄膜，很大程度地提升了體系的抑制性、包被性和潤滑性。該鉆井液性能穩(wěn)定易維護(hù)抗污染能力強(qiáng)，并且無毒，易生物降解，較好地滿足了當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)的要求，特別針對(duì)部分地層的強(qiáng)水敏性泥巖有著顯著效果，縮短了鉆井時(shí)間，大大減少了泥漿的稀釋率，保障了井壁穩(wěn)定和井下安全。

小井眼；高效水基鉆井液體系；聚胺抑制劑

蘇里格南區(qū)塊地處鄂爾多斯盆地，自2011年大規(guī)模開發(fā)以來，二開井段一直采用215.9mm（812＂）井眼的鉆井工藝。二開井段上部井段（垂深800～3 100m）泥漿采用無固相聚合物鉆井液體系，該體系的最大特點(diǎn)是比重低、固相低、成本低、不控失水、機(jī)械鉆速高等特點(diǎn)，但是需要在地面挖將近2 000 m3的泥漿坑配合該體系進(jìn)行鉆屑的自沉降處理。但是自2015年1月，新的環(huán)保法頒布實(shí)施以后，鄂爾多斯當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求整個(gè)大蘇里格地區(qū)所有鉆井作業(yè)執(zhí)行“泥漿不落地”的原則，所有的地面泥漿池和排污池將不再允許使用。在此情況下，無固相鉆井聚合物體系只能采用循環(huán)罐閉路系統(tǒng)，通過固控設(shè)備來清除固相，但是效果很差，鉆井過程中出現(xiàn)定向托壓、泥巖垮塌、地面設(shè)備巖屑清除效果不好、固相含量居高不下等現(xiàn)象。完鉆后，出現(xiàn)測井困難，測井工具卡死，打撈，最后不得以實(shí)施鉆桿輸送測井等。如SNXXX-09井，鉆井時(shí)由于泥漿的抑制性差，直羅組出現(xiàn)大量掉塊，電測時(shí)發(fā)生卡電測儀器事故，使用三球打撈筒打撈失敗，最終將鋼珠磨損后，下入卡瓦打撈筒解除事故，最后采用鉆桿輸送測井，該井處理事故耗時(shí)282h。針對(duì)此技術(shù)難題，在小井眼155.6mm（618＂）施工時(shí)，決定采用強(qiáng)抑制性的高效水基泥漿鉆井液體系，該體系在SNXXX-01井的二開井段成功進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，并取得了良好效果。

1 高效水基鉆井液體系

1.1 體系介紹及其特點(diǎn)

高效水基鉆井液體系（HPWBF）是一種強(qiáng)抑制性能的水基鉆井液[1]，可以提高整體的鉆井液性能，同時(shí)產(chǎn)生惰性的廢棄物而有利于后期的處理與排放。該體系的特點(diǎn)如下：

1）低膠體含量；

2）強(qiáng)抑制性和潤滑性；

3）低稀釋率，低毒性；

4）環(huán)保無氯根；

5）不分散；

6）剪切稀釋性。

1.2 體系的配方及性能

高效水基鉆井液體系的配方及性能如表1、表2所示。

表1 高效水基鉆井液配方

表2 高效水基鉆井液設(shè)計(jì)性能

1.3 核心添加劑及其工作機(jī)理

高效水基鉆井液核心添加劑的作用機(jī)理如下[2]。①抑制劑ZJ-1具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其分子能很好地鑲嵌在黏土層間，并使黏土層緊密結(jié)合在一起，從而降低黏土吸收水分的趨勢(shì)。它主要是中性的胺類化合物分子通過金屬離子吸附在黏土上，或者是質(zhì)子態(tài)的胺通過離子交換作用替代金屬離子。②潤滑劑RH-1能在金屬和巖石表面形成一層油膜，使金屬和鉆屑表面的潤濕性發(fā)生改變，防止鉆屑的聚結(jié)和黏附，從而提高機(jī)械鉆速。③包被劑BBJ是一種分子量在100萬左右，極易溶于水的陽離子共聚物乳液，起包被鉆屑和穩(wěn)定泥巖作用，具有良好的生物降解性。這種共聚物能在泥巖和鉆屑表面形成保護(hù)膜，避免鉆屑黏糊振動(dòng)篩和鉆屑相互黏結(jié)。其合適的電荷密度能限制水穿透黏土顆粒，改善聚合物和黏土間的鍵和能力。④黃原膠HXC是糖類經(jīng)黃單胞桿菌發(fā)酵，產(chǎn)生的胞外微生物多糖。由于他的大分子特殊結(jié)構(gòu)和膠體特性，可以改善鉆井液的流動(dòng)性，提高鉆井液的低剪切速率。

2 現(xiàn)場鉆井液技術(shù)

2.1 地質(zhì)工程概況

SNXXX-01井位于蘇里格南作業(yè)區(qū)塊，地處毛烏素沙漠南部，地勢(shì)平緩,屬于陸地生產(chǎn)井。該井為小井眼試驗(yàn)井，目的是降本增效，減少鉆屑，控制污水的產(chǎn)生量，保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境。同時(shí)為了評(píng)價(jià)境內(nèi)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，落實(shí)盒8和山1主力氣層，搞清儲(chǔ)層展布和含氣性。在該井鉆井過程中，特別是二開由膨潤土漿轉(zhuǎn)化為高效水基鉆井液后性能穩(wěn)定，施工順利，多次起下鉆均暢通無阻，無復(fù)雜事故。

SNXXX-01井位一口二開四段制定向開發(fā)井，井深為3 788 m,垂深為3 696 m,最大井斜為18°。套管程序?yàn)棣?18.4 mm×Φ177.8 mm+Φ155.6 mm×Φ88.9 mm。目的層為盒8段和山1段。固井方式為無油管固井一次上返工藝，完井方式為射孔和TAP閥投球壓裂工藝。

2.2 配置和轉(zhuǎn)化

由于環(huán)保和廢物量的壓力，必須考慮一開膨潤土漿的重復(fù)利用，所以將循環(huán)罐內(nèi)一開膨潤土漿放掉1/3，然后通過固控設(shè)備和加水稀釋的辦法控制膨潤土含量＜20 g/L,密度＜1.04 g/cm3處理好后按配方依次加入藥品。調(diào)整鉆井液性能至開鉆水平。下入鉆具，開泵將套管內(nèi)的鉆井液全部頂替直接放掉。待鉆井液循環(huán)好后。更換2個(gè)振動(dòng)篩一個(gè)孔徑為74μm，一個(gè)振動(dòng)篩孔徑為95μm，同時(shí)開啟除砂器，除泥器和離心機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉆井液密度和黏度，嚴(yán)格控制鉆井液的比重、固體含量、含砂量和膨潤土含量。

2.3 鉆井液維護(hù)與處理

1）鉆進(jìn)過程中不斷補(bǔ)充ZJ-1、BBJ和RH-1等處理劑，主劑以膠液維護(hù)為主，保持有效的含量，確保鉆井液具有良好的抑制性和潤滑性，同時(shí)嚴(yán)格控制膨潤土含量，防止井塌和井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)需要補(bǔ)充其他相關(guān)處理劑，調(diào)整鉆井液性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證井下安全。

2）鉆井過程中，每鉆井200 m根據(jù)需要交替打5 m3稠塞或者稀塞幫助攜砂清洗，保證井眼的清潔。同時(shí)定期做短程起下鉆、拉井壁、破壞并清除巖屑床，保證井眼的通暢和安全。

3）鉆井過程，始終關(guān)注振動(dòng)篩的返砂情況，同時(shí)開啟全部固控設(shè)備清除有害固體。開啟離心機(jī)，以補(bǔ)充膠液的方法降低鉆井液的固體含量，確保鉆井液比重、黏度、固體含量、含砂量、失水量等參數(shù)控制在設(shè)計(jì)范圍。

4）保證鉆井液體系中潤滑劑的有效含量，鉆井過程中發(fā)現(xiàn)扭矩，拉力異?；蛘叨ㄏ蛲袎簳r(shí)，即使增加潤滑劑RH-1加量，防止放生卡鉆事故。

5）進(jìn)入到劉家溝易漏底層之前，提前在體系中加入一定量的超細(xì)碳酸鈣，防止在劉家溝易漏地層放生滲漏或者大面積漏失。在鉆遇劉家溝地層時(shí)，控制起下鉆的速度，通過平穩(wěn)開泵等措施，避免由于激動(dòng)壓力在該層位發(fā)生漏失。

6）進(jìn)入石河子組之前，在石千峰組以膠液的形式加入降失水劑和防塌劑，控制API失水量＜6 mL，同時(shí)根據(jù)需要，及時(shí)加入重晶石，提高鉆井液的密度。

7）進(jìn)尺鉆完后，充分循環(huán)鉆井液，將井筒內(nèi)砂子攜帶干凈，搞好短程起下鉆，保證井眼通暢。同時(shí)在現(xiàn)有完鉆鉆井液密度1.16 g/cm3的基礎(chǔ)上，提高鉆井液密度至1.18 g/cm3來支撐井壁，確保了后期電測和下套管的順利完成。

2.4 鉆井液性能

高效水基鉆井液在SNXXX-01井二開井段應(yīng)用，具體性能見表3。該井二開開鉆日期2016年6月15日，完鉆日期2016年7月4日。

表3 SNXXX-01井2016年二開期間性能監(jiān)測結(jié)果

3 鉆井液評(píng)估

3.1 包被良好的巖屑

1）圖1的巖屑取自井隊(duì)的震動(dòng)篩，層位分別為泥巖段較多的直羅組、延安組、延長組、紙坊組及和尚溝組。

2）從圖1中可以看出，振動(dòng)篩返出的巖屑顆粒大小均勻且包被良好。

3）從巖屑顆粒形態(tài)上看，充分說明了該體系中使用的ZJ-1聚胺抑制劑具有良好的抑制性，防止了泥巖的水化和分散。巖屑包被良好，也充分說明了BBJ具有良好的包被抑制性。

圖1 振動(dòng)篩巖屑返出情況

3.2 電測過程順利

完鉆后起鉆進(jìn)行電測作業(yè)，電測一共兩趟，都順利一次到底。SNXXX-01井電測過程中沒有發(fā)生下放過程遇阻及卡電纜的事故，說明該井沒有較大的狗腿、大肚子及縮徑井段。

3.3 螺桿使用壽命

鉆井過程中，鉆井液一直保持較低的固相含量和含砂量，保障了螺桿的使用壽命。螺桿設(shè)計(jì)使用壽命為120h（表4）。

表4 螺桿使用壽命統(tǒng)計(jì)

3.4 泥漿稀釋率

二開后，由于鉆井液具有良好的抑制性，固控設(shè)備工作良好，大量的有害固相通過固控設(shè)備能夠得到有效地清除，保證了鉆井液的性能[3]。

二開后，一共放漿60 m3,完鉆后鉆井液體系共180 m3,稀釋率只有33%。

3.5 井下安全

1）由于該鉆井液體系具有良好的潤滑性，二開后最大附加拉力為26t。

2）API失水從二開井段開始就得到控制，進(jìn)入油氣層后失水進(jìn)一步降低，沒有發(fā)生壓差卡鉆現(xiàn)象。

3）井眼通暢沒有發(fā)生鉆具遇阻和環(huán)空憋堵現(xiàn)象[4-5]。

3.6 巖屑收集量

由于該井為155.6mm（618＂）小井眼，配合良好的鉆井液性能和較低的鉆井液稀釋率，完鉆后巖屑收集量為248 m3,只有215.9mm（812＂）井眼的1/2。

4 結(jié)論

1）高效水基鉆井液體系中的主劑ZJ-1、BBJ和RH-1經(jīng)相互協(xié)同作用后可以在井壁巖石和鉆屑表面形成膜，很大程度地提升了體系的抑制性和潤滑性。

2）高效水基鉆井液配合良好的固控設(shè)備，保證了該體系的性能參數(shù)，特別針對(duì)直羅組和延安組地層易剝落掉塊，以及延長組和紙坊組部分地層的強(qiáng)水敏性泥巖有著顯著效果。

3）高效水基鉆井液性能穩(wěn)定，抗污染能力強(qiáng)，并且無毒，易生物降解，滿足了當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)的要求。

4）高效水基鉆井液性能良好，較低的固相含量和含砂量，保障了螺桿的使用壽命，減少了由于螺桿失效多次起下鉆造成的非作業(yè)時(shí)間（NPT）。

5）高效水基鉆井液無熒光，有利于地質(zhì)卡層，確保油氣層的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

6）綜上所述，由于該鉆井液具有良好的性能及可控的成本，因而具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1]黃煥閣,崔應(yīng)中,王 薦,等.大位移井高性能水基鉆井液技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014(17)：113-114.

[2]張 捷,許 根.聚胺鉀鹽鉆井液在哥倫比亞南部區(qū)塊的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2014,4(31)：86-88.

[3]Jim Hayes,Bill Beasley.One-Sack HPWBM System Improves Drilling Efficiency[Z].AADE-04-DF-HO-43,2004：2-3.

[4]HALLIBURTON.High Performance Water-Based Systems[Z].BaroidTech,2010：1-4.

[5]Jeff Elliott,Bill Sills.New Inhibitive Water-based Fluid Provided Drilling Performance Comparable to Invert Emulsion Systems in Reactive Shale Sections[Z].AADE-05-NTCE-03,2005：4-6.

An efficient water base drilling fluid was used in slim hole drilling of southern Sulige according to the difficulties encountered in the drilling of 155.6 mm slim hole,such as large torque,small annular space,large friction,difficult sand carrying,mudstone spalling,and so on,its own characteristics of the block.The main agents ZJ-1,BBJ and RH-1 in the drilling fluid system can form film on the well wall rock and drill cuttings surface by the synergistic effect of them,which greatly improves the inhibition and the lubricity of the system.The drilling fluid has the advantages of stable performance,easy maintenance and strong anti pollution ability,and is non-toxic and easy to degrade.It can meet the local environmental protection requirements,especially for water sensitive mudstone formation,it shortened drilling time,greatly reduces the dilution rate of mud,and ensures the stability and safety of wellbore.

slim hole;efficient water base drilling fluid;polyamine inhibitor

劉社明（1966-），男，高級(jí)工程師，主要從事鉆井及壓裂工程技術(shù)研究和管理工作。

2017-07-11