蘇里格氣田水平井斜井段防漏防塌鉆井液技術(shù)

陳華

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探長慶鉆井總公司，西安710018）

井漏是鉆井過程中最為普遍的井下事故，長期的實踐、研究已經(jīng)形成了一系列堵漏及預(yù)防措施來應(yīng)對這一問題[1-2]。然而，對于蘇里格氣田，隨著開發(fā)的不斷進(jìn)行，地層壓力因采氣而逐漸下降，導(dǎo)致后續(xù)鉆井過程中的漏失嚴(yán)重，而且斜井段垮塌事故頻發(fā)[3]，漏失、垮塌矛盾突出，嚴(yán)重影響蘇里格氣田水平井鉆井施工[4]。2012～2015年在蘇里格氣田施工完成的62口水平井，其中28口井在鉆至斜井段時發(fā)生漏失，井漏復(fù)雜率高達(dá)45.16%。尤其是在蘇54區(qū)塊，該區(qū)塊共完成4口水平井，均發(fā)生大型井漏，水平井斜井段施工中漏失、垮塌同層出現(xiàn)。大斜度井段的雙石層組地層坍塌壓力高，降低鉆井液密度后易發(fā)生井塌，降低排量易導(dǎo)致砂堵卡鉆[5]。加入堵漏劑后，鉆井液體系潤滑效果變差并且容易引起托壓或黏附卡鉆[6]，嚴(yán)重影響鉆井施工進(jìn)度。為解決蘇里格區(qū)塊漏失、垮塌矛盾突出的技術(shù)難題，通過室內(nèi)研究對已有鉆井液體系進(jìn)行了改進(jìn)，增強(qiáng)了鉆井液的抑制性和封堵性，有效降低了該地區(qū)鉆井漏失、垮塌事故的發(fā)生。

1 防漏防塌鉆井液體系配方的確定

復(fù)合鹽鉆井液體系具有抑制性強(qiáng)、防塌性好等特點[7-8]，前期在蘇里格氣田水平井施工中取得了較好效果。故以原復(fù)合鹽體系（聚合物井漿+（0.3%～0.5%）PAC141+（3%～4%）改性淀粉GD-K+（2%～3%）磺化瀝青+3%超細(xì)碳酸鈣（1 250目，粒徑為 12 μm）+（8%～10%）甲酸鈉 +（10%～15%）NaCl）為基礎(chǔ)，進(jìn)行有針對性的配方優(yōu)化，以達(dá)到提高體系防漏、堵漏性能的目的。

1.1 抑制劑優(yōu)選

1）抑制劑溶液活度實驗。為了突出體系的強(qiáng)抑制防塌性，對主要鹽類抑制劑進(jìn)行了優(yōu)選。鹽類抑制劑的抑制性首先表現(xiàn)在降低鉆井液水活度[9]，表1為常用鹽類抑制劑的活度評價結(jié)果。隨著濃度增大，鹽類抑制劑水溶液活度逐漸減小，相同濃度下氯化鈉溶液的水活度最小。

表1 不同濃度鹽類抑制劑水溶液活度值對比

2）抑制劑防塌性能評價。鹽類抑制劑的抑制性除了體現(xiàn)在降低鉆井液水活度外，還表現(xiàn)在對滲透水化的抑制作用[10-11]。用自來水配制不同鹽類抑制劑的溶液，采用直羅組巖樣，在模擬井底86 ℃熱滾16 h后測試一次滾動回收率，結(jié)果見圖1。

圖1 鹽類抑制劑一次回收率對比

由圖1可知，高濃度有機(jī)鹽溶液中巖樣的一次回收率均大于對應(yīng)的無機(jī)鹽，而且鉀鹽的巖樣回收率均大于對應(yīng)的鈉鹽。因此，初步將原體系中8%～10%的甲酸鈉含量提高為10%～15%，將10%～15%的氯化鈉改為8%～10%的氯化鉀，以保持與原體系具有相似的密度。

1.2 封堵劑優(yōu)選

1）剛性封堵材料。為了增強(qiáng)體系的封堵性能，將原體系中1 250目超細(xì)碳酸鈣改為3 000目的（粒徑為5 μm），以提高泥餅質(zhì)量。對比不同加量下的鉆井液濾失量變化情況，如圖2所示。隨著超細(xì)碳酸鈣濃度增加，濾失量逐漸降低，加量達(dá)到2%～3%時，不同時間對應(yīng)的濾失量接近。

圖2 超細(xì)碳酸鈣加量對基漿濾失量的影響

2）柔性封堵材料。為了進(jìn)一步提高體系的封堵性能，對原有體系中的磺化瀝青進(jìn)行了優(yōu)化。從評價結(jié)果（圖3和圖4）可以看出，3%乳化瀝青具有更好的封堵效果，且1%聚乙二醇的加入可大幅度降低體系的濾失量。

3）封堵劑組合優(yōu)選與評價。按照正交設(shè)計方法，進(jìn)行剛性材料與可變形封堵劑復(fù)配實驗，利用高溫高壓失水儀在80 ℃下測定各種封堵配方的封堵性能，見圖5。可以看出，乳化瀝青和超細(xì)碳酸鈣的最優(yōu)組合為2%+3%，并配合1%的聚乙二醇使用。

圖3 不同磺化材料對基漿濾失量的影響

圖4 不同含量聚乙二醇對基漿濾失量的影響

圖5 封堵材料配比優(yōu)化

1.3 白土護(hù)壁性

從形成泥餅的機(jī)理上看，井壁上能否形成優(yōu)質(zhì)的泥餅，是鉆井液護(hù)壁性的根本體現(xiàn)，同時也是加強(qiáng)鉆井液封堵性的一種有利補(bǔ)充，而白土黏性細(xì)顆粒正是形成優(yōu)質(zhì)泥餅的重要部分。所以在不影響原性能的基礎(chǔ)上，在復(fù)合鹽體系中加入適量白土，形成優(yōu)質(zhì)泥餅，提高體系封堵性和護(hù)壁性，在低密度下保證井壁穩(wěn)定性。采用高溫高壓失水儀進(jìn)行濾失性測試，并對形成的濾餅進(jìn)行清水透過率測試見表2。由表2可知，加入1%水化24 h的白土后，井漿初濾失時間延長將近1倍，30 min的濾失量從2.6 mL降低到2.0 mL，濾失量降低23%，說明預(yù)水化白土的加入可提高體系的初始封堵和堵實效果。

表2 白土對體系封堵性影響評價

1.4 白土與鹽類抑制劑的兼容性評價

白土可以有效提高體系的護(hù)壁性和封堵性，增強(qiáng)體系的防塌性，但一定量的白土與鹽會發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生鹽侵稠化，導(dǎo)致鉆井液黏度增大，所以對原體系中加入白土后的性能變化需要進(jìn)行實驗評價。根據(jù)實際需要以白土含量為3%的白土漿為基漿，在室內(nèi)與氯化鈉、氯化鉀、甲酸鈉、甲酸鉀進(jìn)行實驗，檢驗鹽類抑制劑對白土漿性能的影響，評價結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 鹽類抑制劑對白土漿表觀黏度的影響

從圖6～圖8中可以看到，當(dāng)鹽類抑制劑濃度在0～2%范圍內(nèi)時，隨著鹽類抑制劑濃度的升高，體系的表觀黏度、動切力及塑性黏度明顯升高，尤其是甲酸鉀和氯化鉀表現(xiàn)得最為突出，鹽濃度超過4.0%后，增大鹽濃度對體系的表觀黏度影響變得不太明顯。這是因為鹽類抑制劑的加入壓縮了黏土的擴(kuò)散雙電層，使其Zeta電位降低，水化膜變薄，黏土顆粒之間形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鉆井液黏度和動切力上升。當(dāng)鹽類抑制劑濃度增大到一定程度后，黏土顆粒面-面聯(lián)結(jié)，黏土分散程度明顯降低，從而使黏度和動切力下降。

圖7 鹽類對白土漿塑性黏度的影響

圖8 鹽類對白土漿動切力的影響

結(jié)合室內(nèi)實驗，為在鹽類抑制劑含量高于4%的基漿中加入不同濃度的白土，按照GB/T 16783.1—2006對該鉆井液體系進(jìn)行相關(guān)性能的評價，測試結(jié)果見表3。

表3 原漿中加入不同含量白土后性能對比

由表3可以看出，白土含量超過5%后，體系的表觀黏度和塑性黏度明顯升高，會影響機(jī)械鉆速，降低滑動效率，增加黏附卡鉆的風(fēng)險。且體系的初始封堵和堵實效果變化不大。所以白土的加量應(yīng)以5%為上限，實際操作中通過亞甲基藍(lán)法來確定鉆井液中的白土含量。

通過以上的評價實驗確定斜井段防漏復(fù)合鹽體系配方及轉(zhuǎn)化方法：原漿內(nèi)先加入（0.3%～0.5%）PAC141+（3%～4%）GD-K+2%乳化瀝青+3%超細(xì)碳酸鈣（3 000目）+1%聚乙二醇，轉(zhuǎn)化體系10 h后加入0.1%NaOH、（10%～15%）甲酸鈉和（8%～10%）KCl，井斜30°以后開始混入白土含量為2%～3%的預(yù)水化白土漿。

2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

2016年應(yīng)用斜井段防漏防塌鉆井液技術(shù)在蘇54區(qū)塊完成8口水平井施工，斜井段施工正常，電測成功率100%。斜井段鉆井液密度下降后，堵漏時間縮短16.23 d，堵漏成本減少150萬元，鉆井周期縮短18.83 d，全井鉆井周期縮短11.17 d。以蘇54-25-106H2井為例，該井從斜井段開始使用該鉆井液技術(shù)，在3 166 m開始轉(zhuǎn)化鉆井液，鉆進(jìn)過程中隨著井深和井斜增加，逐漸提高鉆井液性能，井斜30°前，由于石千峰組造漿嚴(yán)重，甲酸鈉含量增至12%，KCl含量增至8%，并加入1%聚乙二醇，協(xié)同防塌，鉆井液抑制性大大增強(qiáng)，鉆屑成形；井斜45°時，甲酸鈉含量增至15%，KCl含量增至10%，同時加入3% 3 000目的超細(xì)碳酸鈣和2%乳化瀝青提高鉆井液封堵性；另外，井斜大于30°之后加入白土含量為2%～3%的預(yù)水化白土漿，改善泥餅質(zhì)量，提前防漏。完鉆鉆井液密度僅1.18～1.19 g/cm3，相對改進(jìn)之前的完鉆鉆井液密度降低了0.10～0.12 g/cm3，一定程度地降低了漏失概率，且井壁穩(wěn)定，完鉆短程起下鉆及完井管串下入順利，電測成功率100%，實現(xiàn)了本區(qū)塊低密度情況下的防塌目的。其井斜為17°～89°的斜井段施工鉆井液性能如表4所示。

3 結(jié)論

1.通過對原復(fù)合鹽體系的改進(jìn)，提高甲酸鈉含量至10%～15%， 使用氯化鉀替代工業(yè)鹽，強(qiáng)化了體系抑制性；使用2%乳化瀝青+3%超細(xì)碳酸鈣（3 000目），替代磺化瀝青及1 250目超細(xì)碳酸鈣，增強(qiáng)體系的封堵能力；配合使用1%聚乙二醇，依靠其濁點效應(yīng)達(dá)到協(xié)同防塌和強(qiáng)化封堵的目的。

表4 蘇54-25-106H2井斜井段鉆井液性能參數(shù)

2．井斜30°后加入適量預(yù)水化白土漿，加入后及時測定鉆井液白土含量，使其控制在5%以內(nèi)，從而有效地增強(qiáng)體系的護(hù)壁性，同時提高鉆井液的動切力，增強(qiáng)了其攜砂洗井的能力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張希文，李爽，張潔，等.鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術(shù)研究進(jìn)展[J].鉆井液與完井液，2009，26（6）：74-76，79.ZHANG Xiwen， LI Shuang， ZHANG Jie， et al. Research progress on lost circulation materials and lost circulation control technology[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2009，26（6）：74-76，79.

[2] 王信，張民立，王偉忠，等.BH-NAT鉆井液在蘇20-17-16H 井的應(yīng)用 [J].鉆井液與完井液，2011，28（6）：88-90，97.WANG Xin， ZHANG Minli， WANG Weizhong， et al.Application of BH-NAT drilling fluid in well of Su 20-17-16H[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2011，28（6）：88-90，97.

[3] 李希君，肖黨林，王海軍，等. 鄂爾多斯盆地LP14H井強(qiáng)抑制封堵鉆井液技術(shù)應(yīng)用[J]. 承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報， 2015（4）：1-4，53.LI Xijun， XIAO Danglin， WANG Haijun， et al，.Application of strong inhibition sealing drilling fluid technology in horizontal well LP14H of Erdos basin[J].Journal of Chengde Petroleum College， 2015（4）：1-4， 53.

[4] 段曉東，趙強(qiáng). 蘇里格氣井水平井鉆井液技術(shù)難點分析[J]. 西部探礦工程，2015（2）：42-44.DUAN Xiaodong， ZHAO Qiang. Analysis on difficult points of horizontal wells drilling in Sulige gas field[J].West-China Exploration Engineering，2015（2）：42-44.

[5] 王仕水.川東復(fù)雜地質(zhì)條件下的防塌技術(shù)初探[J].天然氣工業(yè)，1999， 19（6）：58-59.WANG Shishui. A preliminary discussion on antisloughing technique under the complex geological conditions in east sichuan[J]. Natural Gas Industry，1999， 19 （6）：58-59.

[6] 范維慶，蘇長明.大斜度定向井、水平井泥漿技術(shù)[J].鉆井液與完井液，1995，12（3）：48-51.FAN Weiqing， SU Changming. Mud technology for high angle directional and horizaontal wells[J]. Drilling Fluid& Completion Fluid， 1995，12（3）：48-51.

[7] 王健，董家林，張雄雄. 隴東區(qū)塊強(qiáng)抑制復(fù)合鹽水平井鉆井液體系的探索[J].化工管理，2016（11）：193.WANG Jian， DONG Jialin， ZHANG Xiongxiong. Study on drilling fluid system of strongly suppressed compound salt horizontal well in Longdong block[J]. Chemical Enterprise Management， 2016（11）：193.

[8] 劉榆， 宋元森， 彭云濤， 等. 新型高鈣復(fù)合鹽鉆井液體系的研制與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2004（4）：68-70.LIU Yu， SONG Yuansen， PENG Yuntao， et al.Development and application of a new type of high calcium compound salt drilling fluid system[J]. West-China Exploration Engineering， 2004（4）：68-70.

[9] 張行云，郭磊，張興來，等. 活度平衡高效封堵鉆井液的研究及應(yīng)用[J]. 鉆采工藝， 2014（1）：84-87.ZHANG Xingyun， GUO Lei， ZHANG Xinglai， et al.Research and application of activity balance plugguing drilling fluid[J].Drilling & Production Technology， 2014（1）：84-87.

[10] 馮京海，張克勤.水基鉆井液配方組合的回顧與展望[J].油田化學(xué)，2005（3）：269-275.FENG Jinghai， ZHANG Keqing. An overview on formulation of water base drilling fluids[J]. Oilfield Chemistry， 2005（3）：269-275.

[11] 吳飛，陳禮儀，周應(yīng)華，等．甲酸鹽無固相鉆井液研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，30（3）：322-326.WU Fei， CHEN Liyi， ZHOU Yinghua， et al. Study of the environmentally benign formate clay- free drilling fluids[J]. Journal of chengdu university of technology（natural science edition）， 2003，30（3）：322-326.