鉀石灰聚磺防塌鉆井液在中江-高廟區(qū)塊的應(yīng)用

熊雪蓮 宋光明(中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院，四川 德陽(yáng) 618000)

0 引言

中江-高廟構(gòu)造施工井以上沙溪廟組或下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼，上部蓬萊鎮(zhèn)組，井深約1600m；以下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼封上沙溪廟組中下部3000m左右。中江-高廟構(gòu)造地質(zhì)情況復(fù)雜，斷層多，殘存構(gòu)造應(yīng)力極其發(fā)育，巖石破碎且膠結(jié)強(qiáng)度極低，地層傾角大。

中江-高廟構(gòu)造施工井中，在起下鉆、測(cè)井時(shí)發(fā)生阻卡，由此增加劃眼、通井工作量。其中Φ311.15mm井眼段每口井都遇阻卡。起下鉆阻卡問題成了中江-高廟構(gòu)造施工井提質(zhì)提速提效的攔路虎。中江-高廟地區(qū)施工的以沙溪廟為目的層的井，每口井均存在起下鉆遇阻劃眼問題，蓬萊鎮(zhèn)及以淺地層常遇泥團(tuán)；以及深地層常遇井壁失穩(wěn)產(chǎn)生掉塊，起下鉆遇阻卡問題；目的層水平段沙溪廟組頂部砂泥巖互層井段井壁失穩(wěn)帶來(lái)的起下鉆組卡問題尤為突出。從2015年開始，著重鉀石灰體系的室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，逐年優(yōu)選材料完善體系配方，至2019年，井下復(fù)雜情況逐年下降。

1 中江-高廟地區(qū)泥頁(yè)巖膨脹試驗(yàn)

中江-高廟地區(qū)的巖屑水化膨脹量不是很大，但由于伊利石、蒙脫石的膨脹量不一致，易引起受力不均，極易導(dǎo)致泥頁(yè)巖沿層理分散碎裂。取該區(qū)塊巖屑，做巖屑膨脹率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

2 中江-高廟地區(qū)鉀石灰聚磺防塌鉆井液體系研究

2.1 中江-高廟區(qū)塊鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

針對(duì)目的層沙溪廟組水平段鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，分析認(rèn)為提高鉆井液的封堵防塌、抑制潤(rùn)滑防卡性能是鉆井液技術(shù)的重點(diǎn)。針對(duì)該地層水敏特性，采用小分子抑制劑NH-1、加入KCl以及包被抑制劑(FA367、KHPAM、HRH)，使體系具有抗鹽、強(qiáng)包被抑制性；采用樹脂-瀝青類封堵固壁、固-液潤(rùn)滑等材料協(xié)同作用達(dá)到封堵防塌防卡的要求。

2.2 鉀石灰聚磺防塌鉆井液鉆井液優(yōu)化

根據(jù)目的層高壓氣層特點(diǎn)，確定鉆遇水平段鉆井液基礎(chǔ)配方：2%～3%坂土漿 + 0.05%～0.1% KPAM + 0.05%～0.1% FA367 +0.05%～0.3% HRH + 0.1%～0.3% PAC-LV + 2%～3% FSL150-LV +3%～5% JNJS220 + 1.5%～3% SMP-Ⅲ + 1% FT-1 + 2% DYFT-2 +0.3%～0.5% NH-1 + 1%～3%聚合醇 + 5%～7% KCl + 0.3% CNLF1 + 0.3% CaO(簡(jiǎn)稱“基漿”)。

2.2.1 封堵性能優(yōu)化

高溫高壓砂床濾失實(shí)驗(yàn)對(duì)封堵劑進(jìn)行優(yōu)選。通過材料優(yōu)選，選用超細(xì)碳酸鈣CaCO3(800目：1200目：2500目=2:1:1)作為剛性粒子封堵劑；優(yōu)選出FDFT-1、NS-1、FDM-1作為軟性粒子并對(duì)其加量進(jìn)行優(yōu)化。測(cè)試1：采用71型高溫高壓失水儀評(píng)價(jià)。在濾網(wǎng)上放入與其內(nèi)徑面積一樣大的紗布，倒入不同粒徑的石英砂壓平，再倒入配制好的鉆井液，按高溫高壓失水方法測(cè)定濾失量記錄數(shù)據(jù)FL1，實(shí)驗(yàn)條件150℃/30min，壓差3.5MPa，待冷卻后緩慢倒出杯體鉆井液，注入蒸餾水，在相同條件下測(cè)定濾失量記錄數(shù)據(jù)FL2。測(cè)試2：測(cè)定體系配方中壓失水記錄數(shù)據(jù)FL3，并記錄初失水時(shí)間，結(jié)果如表2所示。

由表2得出，添加單劑對(duì)體系封堵均有顯著效果。而采取剛性離子和軟性粒子協(xié)同使用使用效果更佳?；诔杀究紤]優(yōu)選配方1：基漿+2%CaCO3+1.0% FDFT-1+1.0%NS-1+0.5%FDM-1。

表1 巖屑膨脹率實(shí)驗(yàn)

表2 封堵防塌劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

2.2.2 潤(rùn)滑性能優(yōu)化

目的層沙溪廟絕大多數(shù)為水平段鉆進(jìn)，鉆井液密度高，必須加強(qiáng)水平段潤(rùn)滑性能，通過材料優(yōu)選出高密度極壓潤(rùn)滑劑、鉆井液用套管減摩劑、RH-220、RH200、固體潤(rùn)滑劑石墨粉作為潤(rùn)滑劑，OP-10為乳化劑；加重至2.00g/cm3，對(duì)加量?jī)?yōu)選，如表3所示。

由表3得出，在配方1加重后基礎(chǔ)上，單劑對(duì)摩阻具有明顯降低效果，使用固-液協(xié)同的潤(rùn)滑性能明顯優(yōu)于單劑，基于成本，優(yōu)選出固-液協(xié)同潤(rùn)滑的配方2：配方1+0.5%高密度極壓潤(rùn)滑劑+3%RH-200+2%RH-220+0.5%鉆井液用套管減摩劑 +1%石墨粉+0.5%OP-10，密度2.00g/cm3。

2.2.3 抑制性評(píng)價(jià)

對(duì)配方2做頁(yè)巖膨脹性實(shí)驗(yàn)和巖屑滾動(dòng)回收率，評(píng)價(jià)體系的抑制性能，結(jié)果如表4所示。

由表4得出，配方2的頁(yè)巖膨脹率顯著低于清水，二次頁(yè)巖回收率達(dá)98.7%，說明該體系的抑制性優(yōu)良。

表3 固液協(xié)同潤(rùn)滑性能優(yōu)化

表4 抑制性能評(píng)價(jià)

2.2.4 高溫沉降穩(wěn)定性

通過高溫?zé)釢L來(lái)評(píng)價(jià)體系的流變性和沉降穩(wěn)定性。測(cè)量沉降穩(wěn)定性方法：將體系在150℃下熱滾16h、24h、48h、72h后，靜置24h，測(cè)上下密度差值，以及全套性能。由實(shí)驗(yàn)得知，體系熱滾前后粘切和失水均無(wú)大的波動(dòng)。動(dòng)切力均大于14 Pa，上下密度差為0，沉降穩(wěn)定性好，能滿足水平段鉆進(jìn)過程中所需的良好攜砂性能。

3 江沙33-44HF現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 江沙33-44HF基本情況

江沙33-44HF井，是川西采氣廠在四川盆地川西坳陷東部斜坡回龍構(gòu)造部署的一口水平井，完鉆井深為3566m，完鉆層位為下沙溪廟組。

該井導(dǎo)管鉆進(jìn)使用Φ444.5mm鉆頭，鉆至井深422m，順利下套管固井順利；使用Φ311.2mm鉆頭一開鉆進(jìn)，鉆至井深422m，一開完鉆，下套管至井底固井；使用Φ241.3mm鉆頭二開鉆進(jìn)至2614m；使用Φ152.4mm鉆頭三開鉆進(jìn)鉆至井深3566m，鉆頭出井口全井完鉆。

3.2 鉆井液體系的維護(hù)與處理重點(diǎn)

抑制性強(qiáng)化：在上部泥巖為主的井段增加大分子抑制劑含量，配合小分子的聚合物，增強(qiáng)抑制性同時(shí)控制濾失量。一開井段(泥巖段)控制K+含量＞25000mg/L，同時(shí)加入小分子抑制劑NH-1。二開井段(砂、泥巖互層)控制K+含量＞18000mg/L。

封堵性調(diào)整：優(yōu)選不同軟化點(diǎn)的瀝青，同時(shí)配合其他封堵材料，以適應(yīng)地層不同孔隙或微裂縫的需要。

強(qiáng)化鉆井液的失水造壁性：控制好HTHP以及API失水，尤其是易垮塌或已發(fā)生井壁失穩(wěn)的井段，HTHP(150℃)濾失量≤7.0mL，API濾失量≤3.0mL。

控制好合理的鉆井液密度：根據(jù)實(shí)鉆情況結(jié)合以往的施工井取得的成功經(jīng)驗(yàn)，在鉆進(jìn)過程中隨地層的變化，階梯式的提高鉆井液密度。在蓬萊鎮(zhèn)組密度控制在1.56～1.88g/cm3，遂寧組密度控制在1.84～1.90g/cm3，沙溪廟組密度則控制在2.0～2.05g/cm3，避免因鉆井液物理支撐不夠而導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。

3.3 應(yīng)用效果分析

江沙33-44HF，使用鉀石灰聚磺防塌體系，做到提前防塌、強(qiáng)化治塌，在水平段能保證井眼清潔，防粘卡，整個(gè)二開井段鉆井過程中未發(fā)生起下鉆遇阻及劃眼情況。

4 結(jié)語(yǔ)

通過抑制性、封堵性、潤(rùn)滑性的優(yōu)化，得出了中江-高廟地區(qū)水平井防塌鉆井液配方為：2%～3%坂土漿+0.05%～0.1%聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)+0.05%～0.1%兩性離子聚合物包被劑(FA367) +0.05%～0.3%有機(jī)高分子絮凝劑(HRH)+0.1%～0.3%聚陰離子纖維素(PAC-LV)+0.3%～0.5%聚胺抑制防塌劑(NH-1)+2%～3%抗高溫改性淀粉(FSL150-LV)+3%～5%改性天然瀝青樹脂復(fù)合物(JNJS220)+1.5%～3%磺化酚醛樹脂(SMP-Ⅲ)+2%瀝青樹脂復(fù)合物(DYFT-2)+1%磺化瀝青粉(FT-1) +1.0%封堵防塌劑(FDFT-1)+1.0%納米封堵劑(NS-1)+2%超細(xì)碳酸鈣(CaCO3)+0.3%抗高溫減稠劑(CN-LF1)+0.5%高密度極壓潤(rùn)滑劑+3%抗高溫抗鹽油基潤(rùn)滑劑(RH-200)+2%改性油酸酯潤(rùn)滑劑(RH-220)+0.5%鉆井液用套管減摩劑+1%石墨粉+1%～3%聚合醇+0.5%OP-10+0.5%成膜封堵劑(FDM-1)+5%～7% KCl+0.3%CaO，根據(jù)井深及地層調(diào)節(jié)密度及加量。

中江-高廟地區(qū)施工井中，合理的鉆井液密度是確保井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

通過江沙33-44HF現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，二開定向及水平井段的井壁失穩(wěn)問題已經(jīng)基本解決。