低黏土疏水暫堵鉆井液體系在排673-P1井的應(yīng)用

鄭成勝,藍(lán) 強(qiáng),張守文,張敬輝,李公讓,劉寶鋒

(中石化勝利石油工程服務(wù)有限公司 鉆井工藝研究院,山東 東營 257017)

新疆準(zhǔn)噶爾盆地西緣車排子地層是中石化西部勘探開發(fā)戰(zhàn)略的重要接替陣地之一,其中,石炭系是準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起重要的勘探層系之一,具有巨大的勘探潛力。排673-P1井是其中的一口評價(jià)井,位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起車排子凸起東部排673構(gòu)造。該井井型為三開水平井,設(shè)計(jì)井深1 656 m,三開目的層為石炭系,井段1 001～1 656 m。根據(jù)鄰井資料,該地層地層壓力系數(shù)低、儲層裂縫發(fā)育,油層易受鉆井液侵害,針對這些特點(diǎn),采用有針對性的儲層保護(hù)鉆井液體系,及時發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層,提高該區(qū)塊的勘探程度,成為開發(fā)工作的重要任務(wù)。

1 目的層地質(zhì)、施工特點(diǎn)及鉆井液難點(diǎn)

(1)石炭系巖性比較復(fù)雜,以火成巖為主,多為灰色、深灰色凝灰?guī)r、玄武巖互層,局部可能發(fā)育火山角礫巖、安山巖、泥巖。大塊的角礫巖、泥巖、互層對鉆井液的攜帶、抑制、造壁能力提出較高要求,火成巖鉆進(jìn)慢、巖屑細(xì),對固控設(shè)備要求較高。

(2)地層壓力系數(shù)低,根據(jù)鄰井石炭系壓力測試情況,該地層壓力系數(shù)在1.05～1.14。常規(guī)鉆井液體系密度一般在此范圍之上,即便鉆井液配制初期在范圍內(nèi),隨著細(xì)固相侵入,密度超過1.14非常容易,而該井設(shè)計(jì)要求密度在1.05～1.08 g/cm3。無法保持井底低壓差、近平衡鉆井,容易損害油氣層。

(3)儲集層裂縫發(fā)育,鄰井在該層有鉆井液漏失情況,鉆井液漏失密度在1.07～1.10 g/cm3,鉆井液漏失將對油氣層產(chǎn)生重大損害、增加材料費(fèi)用、引發(fā)鉆井工程復(fù)雜情況,因此裂縫發(fā)育必須作為該井油保、施工重要問題考慮。一方面保持鉆井液低密度,另一方面鉆井液必須有封堵功能,再加工程措施予以配合,萬一漏失有應(yīng)急預(yù)案。

(4)鉆井液必須滿足發(fā)現(xiàn)油氣層需要,避免采用熒光處理劑,滿足環(huán)保減量化需要,避免大量排放鉆井液,保持鉆井液整體低用量。

2 鉆井液設(shè)計(jì)思路

根據(jù)排673-平1井三開井段地質(zhì)、施工特點(diǎn),及環(huán)保、油層保護(hù)要求,設(shè)計(jì)采用低黏土疏水暫堵鉆井液體系,主要設(shè)計(jì)思路如下:

(1)針對微裂縫油層保護(hù)采用疏水暫堵技術(shù)。疏水暫堵是在屏蔽暫堵的基礎(chǔ)上,將封堵材料疏水化,使鉆井液形成的泥餅具備疏水親油通道,在鉆井過程中泥餅阻止水相進(jìn)入地層,完井泥餅脫離鉆井液后,可以在地層有機(jī)流體的作用下,實(shí)現(xiàn)自解堵,從而免除了屏蔽暫堵在完井后清除泥餅所需要的時間和成本,尤其適用于完井管柱和地層之間裸眼完井的施工中。疏水暫堵的顆粒可以實(shí)現(xiàn)對微裂縫的暫時性封堵,阻止鉆井液中的顆粒和液相進(jìn)一步侵入裂縫深部,造成更大傷害。完井負(fù)壓自解堵,則能夠及時發(fā)現(xiàn)油氣層[1-3]。

(2)針對泥餅形成初期,侵入微裂縫較深的鉆井液濾液,采用鉀離子聚合物、聚合醇。鉀離子能夠抑制黏土的水化堵塞孔隙;聚合醇具有的濁點(diǎn)、表面活性,有利于封堵和降低濾液表面張力,一定程度避免微孔隙的水鎖效應(yīng)[4-5]。疏水暫堵的封堵效果,加液相抑制、界面改善,能夠?qū)崿F(xiàn)該裂縫發(fā)育儲層的較好保護(hù)。

(3)嚴(yán)控黏土固相,實(shí)現(xiàn)低密度、近平衡鉆井。充分利用固控設(shè)備,及時清除侵入鉆井液中的固相。在保證足夠切力的基礎(chǔ)上,嚴(yán)控黏土含量?？刂起ね恋暮?必須讓黏土保持在適度分散的程度,不能過度分散而不能清除[6-7]。一方面保持聚合物加量,保持黏土適度分散,另一方面加入提黏切聚合物,取代一部分黏土起作用。水解聚丙烯酰胺,高黏、低黏聚陰離子纖維素,改性淀粉等材料可供使用。

3 黏土疏水暫堵鉆井液體系室內(nèi)研究

3.1 暫堵劑配方優(yōu)選

根據(jù)排673-P1井三開鉆井液設(shè)計(jì)思路,首先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)配方1:3%膨潤土+0.2%碳酸鈉+0.2%燒堿+1%無固相增黏劑+0.5%JS-9+0.5%高黏聚陰離子纖維素+0.3%JS-3+0.3%低黏聚陰離子纖維素+0.05%殺菌劑+0.2%聚丙烯酸鉀+0.5%無水聚合醇+3%液體潤滑劑。

在配方1的基礎(chǔ)上形成疏水暫堵配方:配方1+疏水封堵粒子+疏水可變形高分子。疏水封堵粒子和疏水可變形高分子共同構(gòu)成疏水暫堵劑。

排673-P1井目的層為火成巖、微裂縫儲層,因此選擇較粗的疏水封堵粒子,平均在0.074～0.02 mm。疏水可變形高分子為天然高分子改性產(chǎn)物,起連接封堵粒子的作用,兩種疏水材料共同改善泥餅孔道的潤濕性,保證孔道疏水親油[8-9]。

室內(nèi)采用靜態(tài)巖心流動裝置、石炭系均質(zhì)巖心、煤油介質(zhì)。首先對巖心人工造縫,確定測試圍壓,模擬初始滲透率,然后采用不同配方鉆井液,對巖心裂縫進(jìn)行污染恢復(fù),模擬地下裂縫的污染恢復(fù)情況[9-10]。根據(jù)滲透率恢復(fù)值,確定了疏水暫堵劑配方。各鉆井液配方在80 ℃/老化24 h后進(jìn)行各項(xiàng)測試，見表1。

表1 不同粒子配比下的滲透率恢復(fù)值

注:測試圍壓4MPa、污染壓差1MPa、污染時間120min

由表1結(jié)果可以看出,疏水封堵粒子和疏水可變形高分子必須具有合理的配比,才能對裂縫具有較好的污染恢復(fù)效果。可變形的疏水高分子超過一定濃度,在連接封堵粒子之外,在壓力下擠入裂縫,容易造成不易反排的堵塞,因此濃度不宜過大。疏水封堵粒子本質(zhì)仍是一種固相顆粒,滿足封堵功能之外,濃度也不宜過大。綜合考慮,選定疏水封堵粒子和疏水可變形高分子的配比為2∶1,總用量為鉆井液體積的3.0%。

3.2 膨潤土含量確定

根據(jù)排673-P1井的地質(zhì)、風(fēng)險(xiǎn)情況,室內(nèi)通過對鉆井液體系黏土含量對裂縫污染恢復(fù)情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn),做出綜合性選擇。室內(nèi)仍采用上述巖心流動裝置、實(shí)驗(yàn)程序,確定疏水暫堵劑含量3%(除膨潤土外,其他處理劑同基礎(chǔ)配方1,對不同黏土含量下,鉆井液對裂縫的污染恢復(fù)進(jìn)行評價(jià)。各鉆井液配方在80 ℃/老化24h后進(jìn)行各項(xiàng)測試,見表2。

表2 不同黏土含量鉆井液滲透率恢復(fù)值及鉆井液部分常規(guī)性能

由表2可知，隨著鉆井液中膨潤土含量的降低,對微裂縫的污染恢復(fù)效果變好,但是黏切、失水增大幅度明顯。即使沒有膨潤土,通過增加其他材料,也可以實(shí)現(xiàn)增黏、降濾失,但是綜合考慮成本、風(fēng)險(xiǎn),保持鉆井液中膨潤土含量2.0%～3.0%,一方面易于保持性能、滿足井下,另一方面能實(shí)現(xiàn)較好的油層保護(hù)效果。

4 低黏土疏水暫堵鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 排673-P1井工程簡況

排673-P1井2017年4月28日18:00一開,鉆進(jìn)84.00m,下套管至83.87m,固井候凝。2017年4月29日23:30二開,造斜點(diǎn)為746.00m,二開井深1 001m,下技術(shù)套管至999.36m。2017年5月7日23:00三開,至5月12日18:00鉆進(jìn)至井深1 652.00m完鉆。采用鉆桿送電測儀器下井的方式電測,電測順利。于5月16日12:00下尾管完,下入井段:965.12～1 619.21m。5月16日18:00完井。

4.2 三開低黏土疏水暫堵鉆井液配制

開始鉆進(jìn)前,全部放掉二開鉆井液,在二開套管內(nèi)循環(huán)配漿。套管下深999.36m,循環(huán)總體積約80m3,按照室內(nèi)優(yōu)選的疏水暫堵鉆井液配方,計(jì)算各材料加量,按循環(huán)周加入配漿罐,24h后現(xiàn)場測量鉆井液各性能,與鉆井液設(shè)計(jì)性能對比如表3所示。由表3中數(shù)據(jù)可見,室內(nèi)設(shè)計(jì)的鉆井液配方在現(xiàn)場放大配制之后,各項(xiàng)性能都在設(shè)計(jì)指標(biāo)之內(nèi)。

表3 三開鉆井液初始性能

4.3 三開低黏土疏水暫堵鉆井液性能變化與維護(hù)

本井三開小井眼(165.1mm),主要難點(diǎn)在于在造斜及水平段鉆進(jìn)過程中,鉆井液需控制較好的流變性、潤滑性,保證沖刷攜巖,避免形成巖屑床,定向鉆進(jìn)前及時補(bǔ)充潤滑劑,避免托壓。針對低黏土疏水體系的維護(hù),現(xiàn)場采取以下措施:①循環(huán)鉆進(jìn)時,鉆井液只以膠液維護(hù),起下鉆時,在上水罐有選擇配入增黏劑或少量膨潤土粉;②監(jiān)測鉆井液密度,及時開啟離心機(jī),開離心機(jī)之前,將鉆井液黏切提高,開離心機(jī)之后,補(bǔ)充部分疏水暫堵劑;③選用較高目數(shù)的振動篩(0.125mm以上),全程開啟除砂器,避免循環(huán)時加增黏材料。

三開全井段鉆井液性能見下表。數(shù)據(jù)可見,鉆井液性能穩(wěn)定,未發(fā)生性能大幅變化,保證鉆進(jìn)、取心未發(fā)生任何井下復(fù)雜情況。

表4 三開全井段鉆井液性能

4.4 井眼狀況及油保效果

三開使用165.1 mm鉆頭,完鉆井深1 652 m。A靶點(diǎn)井深1 147.99 m,垂深1 013.69 m,投影位移249.11 m,方位179.86°,井斜85.80°。B靶點(diǎn)井深1 648.15 m,垂深1 925.94 m,投影位移749.07 m,方位179.81°,井斜88.70°。三開井徑測量數(shù)據(jù)見表5。

表5 三開井徑測量數(shù)據(jù)

經(jīng)計(jì)算,三開井段平均井徑擴(kuò)大率為3.6%。由表5數(shù)據(jù)可見,井眼在1 225～1 325 m井眼較大,在其他井段井眼基本沒有擴(kuò)大率,甚至表現(xiàn)為小幅“縮徑”現(xiàn)象。分析原因,主要是三開井段巖性以安山巖為主,硬脆性較強(qiáng),裂縫發(fā)育比較集中的區(qū)域,井徑偏向于擴(kuò)大,而在裂縫較少區(qū)域,井徑基本沒有擴(kuò)大率,甚至由于封堵材料、黏附巖屑的原因,電測井徑甚至小于鉆頭外徑。本井三開鉆井液在較低密度下,未現(xiàn)任何掉塊、未出現(xiàn)起下鉆劃眼情況,可見并不存在真正的“縮徑”,裂縫的破碎也得到了有效控制。

與鄰井相比,本井采用低黏土疏水暫堵鉆井液體系,發(fā)現(xiàn)了相對較好的油氣顯示,投產(chǎn)達(dá)到15 t/d。該區(qū)塊地層壓力系數(shù)較低,三開設(shè)計(jì)為尾管完井,采用低黏土疏水暫堵鉆井液體系,有利于保護(hù)裂縫發(fā)育儲層、有利于投產(chǎn)負(fù)壓井下有機(jī)流體進(jìn)入井筒,以較低的啟動壓力,迅速見產(chǎn)。本井在三開施工過程中,未發(fā)生任何井漏情況,避免了井漏對裂縫性儲層的深度傷害。

5 結(jié) 論

(1)針對排673-P1井石炭系配方,疏水暫堵劑中疏水封堵粒子和疏水可變形高分子的配比為2∶1,且在鉆井液中總加量3.0%時,對微裂縫具有較好的污染恢復(fù)效果。

(2)隨著黏土含量的降低,疏水暫堵鉆井液對裂縫的污染恢復(fù)效果變好,但是為維持性能滿足工程需要,需適量黏土含量,利于降低成本。

(3)針對排673-P1井石炭系,低黏土疏水暫堵鉆井液體系完全能夠滿足水平段攜巖、封堵、油層保護(hù)需要。

(4)排673-P1井眼狀況說明,低黏土疏水暫堵鉆井液體系能在較低密度下,有效控制石炭系裂縫集中區(qū)域的破碎坍塌,為該區(qū)未來更長水平段鉆井液提供一個選擇。