聚胺酯復合鹽鉆井液技術(shù)在致密油氣井的應(yīng)用

楊光昭

摘要：隨著油田鉆井生產(chǎn)深入發(fā)展，井型有常規(guī)井，大斜度，水平井，致密油氣水平井施工常遇到碳質(zhì)泥巖，易垮塌和井漏，垮塌引起井下復雜，起下鉆困難，劃眼時間長;堵漏周期長，費用大，鉆井成本高;斜井段和水平段定向托壓嚴重，機械鉆速低，鉆井周期增大，為了尋找最佳的解決方案，鉆井液方面通過對三磺鉆井液，聚磺鉆井液和復合鹽鉆井液的優(yōu)點進行綜合考慮，突出鉆井液防塌和防漏優(yōu)點加以利用，復配出聚胺酯復合鹽鉆井液體系，該鉆井液既能穩(wěn)定井壁、防止井漏，又能減少對油氣層的損害，解決了坍塌應(yīng)力要求鉆井液高密度防塌與低氣層孔隙壓力。

關(guān)鍵詞：聚胺酯;復合鹽;致密油氣

前言：鉆井中遇到的困難井壁垮塌、井漏，保護油氣層、保護環(huán)境，鉆井液工作者一直在尋求能夠在鉆進頁巖地層安全經(jīng)濟的水基鉆井液。一種以聚胺酯復合鹽為主劑的高性能水基鉆井液已廣泛應(yīng)用于鄂爾多斯盆地鉆井市場，操作簡單，維護方便，成本低，性能穩(wěn)定等特點，取得較好的效果。聚氨酯復合鹽鉆井液體系主要使用的是酰胺類作為聚合物的主劑，加強鉆井液的絮凝能力和包被性，復合鹽和樹脂具有很強的抑制性和包被性，能夠很好的提高鉆井液的防塌和潤滑性，為此優(yōu)選出一種適用于長慶油氣田、且成本較低，并具有強抑制性的聚胺酯復合鹽鉆井液體系，該體系能夠很好地解決井塌定向托壓等問題。

1 鄂爾多斯盆地鉆井液技術(shù)難點

鄂爾多斯地區(qū)水平井井型通常為三和四開制，二開和三開斜井段主要為三疊系和二疊系上，主要目的層為二疊系下石盒子組、山西組和太原組，其中含有大量層理發(fā)育的煤層、泥質(zhì)含量高碳質(zhì)泥巖、深灰色泥巖地層，鉆井施工過程中極易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)形成大面積垮塌現(xiàn)象，造成起下鉆遇阻劃眼周期長及定向滑動托壓嚴重等情況。

1.1井壁不穩(wěn)定性

1）延長組、馬家溝組、和尚溝組、劉家溝組地層層理裂縫發(fā)育，遇水易水化膨脹分散剝落掉塊，形成大面積垮塌出現(xiàn)大肚子井眼，劉家溝組地層存在裂縫性發(fā)育明顯，承壓能力差，對壓力敏感，易發(fā)生井漏，堵漏難度大。

2）延長組，石千峰和石盒子組地層泥頁巖、碳質(zhì)泥巖巖性脆，層理發(fā)育良好，微裂縫發(fā)育明顯，易發(fā)生剝落垮塌掉塊，周期性垮塌明顯。

3）山西組和太原組含多套煤層，煤層裂隙發(fā)育。

層理性強，膠結(jié)松散，多含有泥巖膠結(jié)物、性脆，且滲透性良好，易發(fā)生滲透性漏失;煤層膠結(jié)質(zhì)泥巖易吸水膨脹，造成煤層應(yīng)力失衡，導致煤層嚴重垮塌，形成大肚子井眼，引起井下復雜。

4）滑動定向鉆進中鉆具與井壁接觸面較大，鉆具斜躺在井壁上，摩阻大，鉆壓加不到鉆頭上，一味強調(diào)加大鉆壓，出現(xiàn)蹩泵現(xiàn)象，多次活動鉆具造成工具面不穩(wěn)定，增斜率低。由于粘附造成托壓，對鉆井液的潤滑、泥餅質(zhì)量提出了更高要求。

1.2 滑動鉆進托壓

1）淺井階段定向，鉆井液粘土含量較高，鉆井液分散性差，形成的泥餅虛厚，固相含量高，粘附力強，泥餅質(zhì)量差。

2）油溶性潤滑劑在鉆井液中分散差，使用周期短，潤滑效果不理想;

3）油溶性潤滑劑消耗快，使用量比較大，加量多時影響鉆井液泥餅質(zhì)量，鉆井液性能差。

4）聚合物類潤滑劑，由于聚合物使用周期短，潤滑效果不理想。

2 技術(shù)思路與應(yīng)用

根據(jù)油氣井水平井斜井段地層和巖性特點，從提高鉆井液的潤滑性，降低摩阻，提高滑動能力，提高鉆井液對泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤層等井壁的防塌能力和井壁的穩(wěn)定機理分析出發(fā)，尋找更好的防塌抑制劑、封堵材料及高效潤滑劑。

1）防塌性能 將 KCL、液體潤滑劑和聚胺酯抑制劑FTJ-1 復配使用，達到協(xié)同防塌的效果，室內(nèi)試驗見表 1。由表 1 可知，在 3%KCL 基礎(chǔ)上加入 0.4% FTJ-1，泥頁巖滾動回收率可繼續(xù)得到提高，在2%KCL 基礎(chǔ)上復配 2%液體潤滑劑，頁巖滾動回收率提高明顯，繼續(xù)復配FTJ-1，頁巖滾動回收率明顯提高，表明 FTJ-1與KCL、液體潤滑劑的協(xié)同與共同作用良好，防塌效果比較理想。確定抑制防塌方案為：

2）封堵能力 提高鉆井液對底層的封堵能力，通過對目前現(xiàn)場所有堵漏劑的優(yōu)選與復配，尋找更適合所鉆地層的堵漏劑，提高堵漏效率，降低堵漏成本，對現(xiàn)場使用的封堵劑（氧化瀝青、乳化瀝青、超細碳酸鈣、青石粉、海泡石絨、石墨、QD-1 和 QD-2）和研發(fā)的隨鉆超細植物纖維和超細凝膠進行了現(xiàn)場實驗。實驗方法：在現(xiàn)場井漿（3%膨潤土+0.2%LV-CMC+0.1%降失水劑+3%封堵劑）中分別加入3%的封堵劑，根據(jù)不同井的現(xiàn)場試驗，其中氧化瀝青、DF-A和QD-1的加入使鉆井液的封堵能力提高1倍以上，循環(huán)鉆井液漏失量明顯減小。

3）潤滑性。針對鄂爾多斯定向油氣井深淺不一樣，地層不一樣，地溫差異大，處理劑的抗溫性不一樣，處理及選擇難度大;潤滑劑一般都是活性劑類價格高，用量大成本高，選擇種類有限，固相控制難度大，泥餅中有害固相多，難以形成薄而韌的泥餅，油脂性潤滑材料分散性差，溫度影響比較大，淺井斜井段加入油脂類潤滑劑分散性差，鉆井液和潤滑劑不配伍導致定向托壓的問題，進行了潤滑劑優(yōu)選實驗，結(jié)果見表 2

由實驗結(jié)果及泥餅質(zhì)量可知，現(xiàn)場使用的液體潤滑劑潤滑效果良好，潤滑劑的配伍性差，導致泥餅質(zhì)量差;單獨使用液體潤滑劑潤滑性不明顯，通過引入表面活性劑進行吸附性能改進，使?jié)櫥缘玫搅嗣黠@提高;表面活性劑的種類對提高液體潤滑劑的潤滑性影響很大，OP-10 對提高潤滑性基本無作用，SP-80 可有效提高液體潤滑劑的潤滑作用，因此決定應(yīng)用水溶性液體潤滑劑，提高泥餅質(zhì)量，改善潤滑性，減少因鉆井液原因引起的定向托壓。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

1）鉆井速度明顯提升，采用強抑制強封堵聚胺酯鉆井液所鉆的靖77--64與靖77--62井比同一井隊在同一井場所鉆的陜56--26 與陜28—39--59井機械鉆速提高 21%～20%鉆井周期縮短3～20d;完井周期縮短10～30d。

2）防塌效果明顯。該井致密油層位于一下段，長達2000 m 的水平段返出的巖屑仍然以泥巖或泥砂巖為主，泥巖易水化膨脹分散，容易造成井壁失穩(wěn)難題。該井通過維持鹽含量不低于7%，保證濾液具有較低的活度，同時保持白土含量2-3%，保證鉆井液有一定的切力，維護鉆井液的穩(wěn)定性，結(jié)合高效封堵劑，形成薄而韌的致密泥餅，封堵硬脆性泥頁巖的微裂縫，增強體系的護壁性。該井盡管后期完井作業(yè)超過40d，但是并沒有出現(xiàn)任何井壁垮塌、掉塊現(xiàn)象，驗證了該體系良好的抑制防塌效果。

3）有效防止托壓。該井斜井段造斜率高，水平段長，水平段鉆井過程中井斜調(diào)整次數(shù)多，多處狗腿度大，井眼軌跡復雜，鉆具與井壁接觸面積大，容易產(chǎn)生托壓，導致滑動定向鉆進時加壓困難，但是實鉆過程中，通過高效液體潤滑劑和固體潤滑劑的協(xié)同作用，同時配合固控設(shè)備的使用，維持盡可能低的固相含量，控制體系潤滑系數(shù)小于0.05，整個水平段鉆進中沒有出現(xiàn)因為托壓影響定向鉆進的現(xiàn)象。

4）井徑規(guī)則。采用強抑制強封堵聚胺酯鉆井液所鉆的16口井，劉家溝組以下地層平均井徑擴大率均小于12%。而該地區(qū)已完鉆井劉家溝以下地層平均井徑擴大率大于20%。

4 結(jié)論與探討

1）鄂爾多斯盆地油田造斜段與水平段鉆井過程中井壁垮塌的主要原因是部分地層泥頁巖遇水膨脹分散，導致垮塌嚴重，鉆井液防塌性能不足，不能很好的平衡地層應(yīng)力，導致巖石脆裂。采用具有良好抑制能力和封堵能力的鉆井液是預防和減少該地區(qū)井壁失穩(wěn)的重要措施。

2）提高鉆井液切力與動塑比，改善鉆井液的流變性，減少鉆井液的流動阻力;能夠有效地提高鉆井液攜帶巖屑的能力，減少巖屑床的形成;降低鉆井液的濾失量，有利于形成薄且韌的泥餅，減少井下鉆桿壓差卡鉆的發(fā)生。

3）通過室內(nèi)實驗，形成了聚胺酯復合鹽鉆井液配方，評價結(jié)果表明，該體系具有良好的流變性能和抑制性能，能夠有效抑制泥頁巖的水化膨脹。該體系形成的泥餅薄而韌，潤滑性能較好，能夠減少鉆進過程中托壓現(xiàn)象。