蘇里格氣田蘇59區(qū)塊二開結(jié)構(gòu)水平井鉆井液技術(shù)

侯博 何輝 李錄科

川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司 陜西 西安 710000

本文針對原天然高分子強封堵強抑制CQSP-4鉆井液體系在鉆遇深井水平井時抗溫能力不足，出現(xiàn)高溫增稠現(xiàn)象，且鉆遇泥巖后封堵能力不足，引起井壁失穩(wěn)等問題，以提高現(xiàn)有體系抗溫能力為重點，通過優(yōu)選抗溫材料，發(fā)揮處理劑協(xié)同增效作用，并復(fù)配封堵材料，形成了蘇里格氣田蘇59區(qū)塊二開結(jié)構(gòu)水平井抗高溫深井鉆井液技術(shù)，解決了該區(qū)塊深井水平井抗溫性能差以及長裸眼段鉆遇泥頁巖井壁失穩(wěn)問題，滿足了二開結(jié)構(gòu)水平井安全鉆井要求，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 工程地質(zhì)概況

蘇里格氣田蘇 59 區(qū)塊位于該氣田西緣地帶，氣田開發(fā)主要以石盒子盒8段、山西組山1段儲層為主，其巖性主要為含礫中粗粒石英砂巖、巖屑砂巖，屬低壓、低滲氣藏。除此之外，儲層段砂泥巖互層，泥巖夾層主要為灰色、深灰色、灰黑色泥巖。通過巖性分析，此類泥巖主要以伊利石和伊蒙混層為主，屬于硬脆性泥巖，其可塑性差，硬脆性較好。

該區(qū)塊劉家溝、石千峰承壓能力較好，不易發(fā)生井漏，地層承壓試驗符合要求。依據(jù)鉆采工藝方案，以二開結(jié)構(gòu)水平井為主。井身結(jié)構(gòu)大致為：表層Φ346mm鉆頭×1130m/273.1mm套管×1130m；二開Φ222.2mm鉆頭×3000m+215.9mm鉆頭×5200m/139.7mm套管×5195m。由于二開井段需鉆遇多個易塌層，且斜井段和水平段處于同一裸眼段，對鉆井液性能提出更高要求[1]。

2 鉆井液技術(shù)難點

1）泥頁巖垮塌。由于石盒子盒8和山西組山1段氣層上部覆蓋有硬脆性泥巖，其微觀結(jié)構(gòu)微裂縫均發(fā)育，前期由于鉆井液封堵性能不足，在毛細(xì)管力作用下，鉆井液濾液進入泥巖裂縫后導(dǎo)致裂縫擴展，井壁出現(xiàn)剝落、坍塌。2022年施工的蘇59區(qū)塊施工9口二開水平井井中有3口井在鉆遇石盒子組、山西組泥巖時發(fā)生坍塌，劃眼困難，耗時長達(dá)半月之久，最終被迫填井側(cè)鉆。

2）井底溫度高，鉆井液性能不易控制。該區(qū)塊屬于異常高溫區(qū)塊，且斜井段入窗垂深較其他區(qū)塊深500～600m，應(yīng)用隨鉆測量儀器測出井底溫度在123～130℃，由于目前所用處理劑抗溫在100℃左右，該井溫已為處理劑發(fā)揮作用極限溫度，加之鉆進過程中鉆井液中土相較多，出現(xiàn)黏土高溫增稠和處理劑高溫降解現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆井液性能惡化甚至喪失流動性，且濾失量也難于控制[2]。

3）裸眼段浸泡周期長，井壁失穩(wěn)問題。該區(qū)塊平均完鉆井深5200m，裸眼段長達(dá) 4000m，二開平均施工周期30d，如何保證上部直井段水敏性地層和斜井段、水平段泥巖在長時間浸泡后不坍塌，是水平井鉆井液防塌性能的關(guān)鍵所在，同時鉆井液還需保持良好的高溫穩(wěn)定性，這對水基鉆井液技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 井壁防塌技術(shù)

發(fā)揮雙鉀離子在鉆井液的化學(xué)抑制和包被能力。一方面使用無機鹽KCl，通過K+進入粘土層間發(fā)生的交換吸附作用、鑲嵌拉緊作用，實現(xiàn)對泥巖井壁抑制作用；另一方面選用聚合物包被劑（K-PAM），使其在鉆屑表面的包被吸附，抑制泥頁巖水化膨脹。通過雙鉀離子處理劑配比，形成協(xié)同作用實現(xiàn)對泥巖有效抑制?，F(xiàn)場選取等量的石盒子上部易造漿的棕紅色泥巖4份，將其加入不同加量包被抑制劑的 KCl 鉆井液中，在 120℃下滾動 16 h，然后用標(biāo)準(zhǔn)篩過篩后回收巖屑，測得在 2% 膨潤土 +0.2% 燒堿+10%KCl中加入0、0.1%、0.3% 和 0.5% K-PAM的回收率分別為42%、61%、78.8% 和 80%。從實驗結(jié)果看，當(dāng)加入K-PAM 0.3% 和0.5%抑制效果近乎相同，基于成本考慮，現(xiàn)場施工中K-PAM加量控制在 0.3% 左右。

通過柔性粒子與剛性離子復(fù)配，提高鉆井液封堵防塌性能。由于原鉆井液中已加入5%剛性粒子ZDS，現(xiàn)將鉆井液用防塌封堵劑FT401配比后，通過石油瀝青獨有的“軟化點”實現(xiàn)對地層微裂縫有效封堵 。從實驗結(jié)果可以看出，提高FT401含量至5%后，中壓和高溫高壓濾失量顯著降低，鉆井液封堵性得到明顯改善，實驗結(jié)果見表1。

表1 井漿中加入FT-401對鉆井液封堵性的影響

3.2 提升鉆井液的抗溫能力

一般情況下，纖維素類材料的抗溫性只能到110～120℃，且原體系中有淀粉，在高溫下會發(fā)酵，伴隨土相后鉆井液性能越發(fā)不可控制。因此，當(dāng)必須改變原鉆井液的成分以解決體系自身的熱穩(wěn)定性問題。通過實驗研究，在體系中加入殺菌劑（CJSJ-3）、交聯(lián)劑（WXCD-2）可以不同程度地提高體系抗溫能力。

WXCD-2將鉆井液抗溫能力從100℃提升到130℃。WXCD-2在黏土表面有較強的吸附性，可以緩解黏土顆粒的高溫分散；同時該處理劑還可以與K-PAM相互作用 ，增加聚合物分子上的親水基團，克服高溫去水化作用和取代基脫落造成的分子親水性的不足，從而提高體系的抗溫能力。取井深3600m處井漿加入 0.5%、1.0% WXCD-2后在130℃熱滾16h，然后測量其90℃流變性及高溫高壓濾失量，結(jié)果見表2。從表2可以看出，井漿加入1%的交聯(lián)劑WXCD-2后，熱滾前后流性指數(shù)、靜切力都有所降低，高溫高壓濾失量熱滾前后變化不大，抗溫性顯著提高。

表2 交聯(lián)劑不同加量下對井漿抗溫性能影響結(jié)果

2）引入CJSJ-3，鞏固提升鉆井液抗溫能力。

取井深3978m處井漿加入0.1%、0.2%CJSJ-3后進行130℃/16h 熱滾，然后測量其90℃流變性及高溫高壓濾失量，評價該劑的抗高溫能力，結(jié)果見表 3。從表3可知，加入 0.2%CJSJ-3后井漿略有增稠，但是在120℃熱滾16h后，性能變化不大，且高溫高壓濾失量還有所降低，說明 CJSJ-3能提高體系的抗溫性。

表3 CJSJ-3不同加量下對井漿抗溫性能影響結(jié)果

綜上，選取抗溫型CQSP-4鉆井液的現(xiàn)場配制配方如下：

（2.0%～2.5%）土粉 + 0.3% 燒 堿 +（1 0%～1 2%）K C l+1.0% 交聯(lián)劑W X C D-2.0+0.3%K-PAM+ 3.0% NFA25 +1.5%～2.0%NAT20+5.0%ZDS+5.0%FT-401 +2.0% RY-838 +石灰石粉/重晶石粉。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 鉆井液性能維護

蘇里格區(qū)塊上部直井段主要使用低固相聚合物鉆井液，施工中控制聚合物加量大于0.5%，同時加入降濾失，（0.5%～0.8%）NAT20，控制鉆井液濾失量≤15mL，鉆進至劉家溝中下部將鉆井液轉(zhuǎn)型為抗溫性CQSP-4配方，其配方為 0.3%燒 堿 +（10%～12%）KCl+2% RY-838 +1% 交聯(lián)劑WXCD-2+0.3%K+PAM+ 3% NFA25 +1.5%～2%NAT20+5%ZDS +石灰石粉/重晶石粉，轉(zhuǎn)化完控制鉆井液密度在1.12～1.15g/cm3，黏度38～42S，濾失量＜5mL。轉(zhuǎn)型后開始預(yù)水化膨潤土漿，水化12h后逐步將其混入井漿中，并控制全井膨潤土含量維持為 24～32g/L，若膨潤土含量過低，鉆井液流變性黏度、切力低，膨潤土含量過高則鉆井液流變性難控制。施工后期可以適當(dāng)置換部分鉆井液，補充一部分新膨潤土漿。在石千峰和石盒子上部易水化泥巖段保持KCl 含量在 12%～15% 之間；進入硬脆性泥巖段后適當(dāng)降低含量，維持在10%～12% 即可。進入石盒子中部時將濾失量控制在2～3mL之間；斜井段70°后將高溫高壓濾失量控制在9～12ml之間。井斜60°后是防塌關(guān)鍵井段，鉆遇石盒子和山西組泥巖易發(fā)生垮塌，在原配方基礎(chǔ)上一次性加入5.0%FT-401，通過FT-401的“軟化點”機理和膜封堵機理，封堵地層的微裂縫，增強鉆井液防塌封堵性。進入定向段后一次性加入2%RY-838增強鉆井液潤滑性，以后根據(jù)施工情況隨時補充。

4.2 應(yīng)用效果

2023年在本區(qū)塊部署11口二開結(jié)構(gòu)水平井應(yīng)用抗溫型CQSP-4鉆井液體系后，斜井段及水平段起下鉆井壁穩(wěn)定，起下鉆遇阻劃眼時間由2022年的541h降低至62h，且施工井電測成功率為100%，下套管均暢通無阻。蘇59-18-42H1井鉆進中多次降井斜、扭方位，中途完鉆電測近 150 h，下鉆開泵正常，井壁沒有發(fā)生坍塌，該井循環(huán)溫度下鉆井液性能穩(wěn)定，黏度、切力波動不大，振動篩出口和循環(huán)罐內(nèi)流動性好，下套管井底鉆井液靜止45h，返出黏度僅為83S，未出現(xiàn)增稠現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

1）抗溫型CQSP-4鉆井液體系是解決蘇59區(qū)塊泥頁巖井壁穩(wěn)定問題的重要手段，通過使用交聯(lián)劑WXCD-2保護黏土粒子，配合CJSJ-3，將鉆井液體系抗溫能力逐步提升到 130 ℃，滿足了蘇59區(qū)塊高溫下二開結(jié)構(gòu)水平井鉆井技術(shù)需求。

2）在原配方基礎(chǔ)上引入FT-401，通過軟化點機理實現(xiàn)了對泥巖地層微裂縫封堵，較好解決了斜井段氣層蓋層泥巖和水平段目的層泥巖井壁坍塌問題。

3）由于該區(qū)塊儲層埋藏深度深，水平段長，施工中一定加強固控使用，同時選用優(yōu)質(zhì)潤滑劑，提高鉆井液潤滑性能。