高黏低固相鉆井液體系研究與應(yīng)用

黃旭平，韓成福，陳明勇 (中石油川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司，陜西 西安 710018)

目前，中國(guó)逐步對(duì)水平穿越大段泥頁(yè)巖相關(guān)的鉆井液防塌及井壁穩(wěn)定機(jī)理加強(qiáng)研究，但普遍認(rèn)為應(yīng)該以物理防塌為主，封堵抑制為輔，所以導(dǎo)致各復(fù)雜區(qū)域施工井鉆井液密度逐年升高[1,2]。近年來(lái)，隨著水平井的增多，在鄂爾多斯盆地多個(gè)構(gòu)造水平段穿越長(zhǎng)段泥頁(yè)巖時(shí)，發(fā)生了不同程度的井壁失穩(wěn)，以致無(wú)法保證安全鉆進(jìn)，成為制約鉆井提速的瓶頸[3,4]。近期，在位于長(zhǎng)慶油田隴東伊陜斜坡多口水平氣井水平段應(yīng)用高黏低固相鉆井液技術(shù)，通過(guò)對(duì)井壁穩(wěn)定新技術(shù)研究和探索，創(chuàng)優(yōu)效果明顯。

1 隴東氣田氣井水平段鉆井技術(shù)難點(diǎn)

圖1 山西組石英砂巖巖屑放大對(duì)比圖

目的層埋藏較深，井底溫度高。目的層山西組埋藏較深，垂深一般在4200～4300m之間。目的層鉆進(jìn)過(guò)程中，井底溫度在120～130℃，高溫對(duì)鉆井液性能的影響大。山西組可鉆性差，施工周期長(zhǎng)。山西組砂巖中石英含量高(圖1)，導(dǎo)致鉆頭磨損嚴(yán)重，單只鉆頭進(jìn)尺少，起下鉆頻繁，鉆井周期長(zhǎng)導(dǎo)致鉆井液維護(hù)難度大。水平段滑動(dòng)頻繁，滑動(dòng)進(jìn)尺和純鉆時(shí)間長(zhǎng)。近水平段氣層薄，泥巖鉆遇率高，軌跡調(diào)整頻繁，定向鉆進(jìn)段多，5%的滑動(dòng)進(jìn)尺占用了20%的鉆進(jìn)時(shí)效，長(zhǎng)時(shí)間的滑動(dòng)對(duì)鉆井液潤(rùn)滑性能要求高。水平氣井完井方式多采用裸眼封隔器，井下安全要求高。因隴東水平氣井目的層較深，常規(guī)完井方式不能滿足試采需求，因此采用裸眼封隔器或懸掛尾管固井的方式完井，對(duì)井下安全、井眼軌跡、鉆井液性能要求高。

2 關(guān)鍵處理劑優(yōu)選及性能評(píng)價(jià)

2.1 防塌封堵劑線性膨脹率測(cè)試

圖2 不同防塌封堵劑線性膨脹率測(cè)定

通過(guò)測(cè)量幾種防塌封堵劑的線性膨脹率變化，優(yōu)選出主要防塌封堵劑。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，3%FT-342和3%SFT-1的線性膨脹率最低，分別為38%、27%，綜合考慮抗溫、抗鹽能力，優(yōu)選SFT-1為主要防塌封堵劑。

2.2 聚合物降濾失劑效果對(duì)比

鉆井液基漿：清水+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.1%燒堿+6%瀝青粉SFT+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細(xì)鈣ZDS +10%重晶石。分別加入降濾失劑JMP-1、SH-1、JT-1進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比(表1)，SH-1的降濾失量效果最好，同時(shí)SH-1的表觀黏度最高，因此優(yōu)選出SH-1作為成膜類降濾失劑。

表1 聚合物類降濾失劑降濾失性能評(píng)價(jià)

2.3 封堵性能優(yōu)化

圖3 加入聚合物后泥餅對(duì)比圖

采用不同粒徑軟性粒子填充，在防塌同時(shí)形成優(yōu)質(zhì)泥餅，提高滑動(dòng)施工效率。提高SFT質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由常規(guī)的3%～5%提高至6%～8%。將瀝青、超細(xì)鈣、酚醛樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1∶1∶1調(diào)整到2∶1∶1。復(fù)配納米級(jí)石墨和超細(xì)鈣加強(qiáng)封堵，聚合物類膠體填充空隙，同時(shí)形成一層疏水的高分子膜，從而起到降摩減阻作用。圖3是加入聚合物后泥餅對(duì)比圖，體系中加入不同分子鏈聚合物在鉆井液中形成立體網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)，且隨著加量的增加，形成的膜結(jié)構(gòu)更加致密，提高致密柔韌性，降低鉆井液滲濾作用。

2.4 體系配方確定

根據(jù)測(cè)試對(duì)比結(jié)果，確定配方為：清水+0.1%燒堿+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.2%提切劑XCD+0.2%降濾失劑SH-1+6%瀝青粉SFT-1+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細(xì)鈣ZDS+重晶石。

2.5 滾動(dòng)回收率分析

稱取粒徑為0.9～2.0mm的石千峰頁(yè)巖50g分別與高黏低固相鉆井液、聚磺鉆井液、復(fù)合鹽鉆井液混合，在130℃×16h條件下熱滾老化，用孔徑0.45mm篩網(wǎng)回收，100℃下烘干4h，冷卻稱量計(jì)算一次滾動(dòng)回收率，用清水重復(fù)試驗(yàn)并計(jì)算二次滾動(dòng)回收率，結(jié)果如表2所示。高黏低固相鉆井液泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收率遠(yuǎn)高于聚磺體系，略低于復(fù)合鹽體系，具有較強(qiáng)抑制水化分散能力。

表2 3種鉆井液體系泥頁(yè)巖滾動(dòng)回收量及回收率

2.6 熱穩(wěn)定性分析

測(cè)試高黏低固相鉆井液熱滾前后的性能，結(jié)果如表3所示。在室溫下具有較好的流變性能和較低的濾失量，在130℃老化后，其表觀黏度、塑性黏度、動(dòng)切力稍有降低，但濾失量表現(xiàn)良好，該體系具有良好的熱穩(wěn)定性。

表3 120℃滾動(dòng)前后熱穩(wěn)定性對(duì)比

3 高黏低固相鉆井液體系的應(yīng)用

圖4 2種鉆井液體系應(yīng)用對(duì)比

圖5 隴東氣田水平段鉆井參數(shù)對(duì)比

1)與聚磺有機(jī)鹽體系對(duì)比(圖4)，在同區(qū)域施工井中高黏低固相鉆井液密度保持穩(wěn)定(1.09～1.16g/cm3)，漏斗黏度高(60～75s)。

2)在隴東氣田多口井水平段應(yīng)用中，高黏低固相鉆井液體系有效弱化塌漏矛盾。水平段機(jī)械鉆速提高51.98%(圖5)。

4 結(jié)論與建議

1)高黏低固相鉆井液體系通過(guò)材料優(yōu)選、配方優(yōu)化逐步形成一套成熟體系和配套技術(shù)措施，有效地提高了機(jī)械鉆速。

2)通過(guò)配方調(diào)整提高封堵防塌能力，從而解決塌漏矛盾。

3)優(yōu)選乳化瀝青，納米級(jí)石墨等軟性粒子填充形成泥餅，復(fù)配不同分子鏈的聚合物，有效封堵護(hù)壁。

4)高黏低固相鉆井液根據(jù)其特性，值得在塌漏共存區(qū)域通過(guò)改善泥餅加強(qiáng)封堵降低鉆井液密度來(lái)解決此矛盾。