唐冰 張勇 呂燭 劉銳 駱強(qiáng)
【摘要】川西蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組為川西中深水平井主要開發(fā)儲(chǔ)層,地層泥頁(yè)巖發(fā)育,地層砂體發(fā)育不均質(zhì)性,地層埋深淺。中深水平井存在水平井水平段長(zhǎng)、位垂比大、靶點(diǎn)調(diào)整、控制點(diǎn)增加,井眼軌跡復(fù)雜,摩阻、扭矩大等難點(diǎn)。聚胺仿油基鉆井液具有較強(qiáng)的封堵性,有效地抑制泥頁(yè)巖水化分散及較佳的潤(rùn)滑性,較好地應(yīng)用于川西中深水平井鉆井。
【關(guān)鍵詞】蓬萊鎮(zhèn) 沙溪廟 泥頁(yè)巖 封堵 抑制
川西中深層致密氣藏一直是西南油氣分公司的主力氣藏,由于水平井能大大增加儲(chǔ)層的泄流面積,提高鉆遇裂縫的機(jī)會(huì),降低流向井筒的阻力,從而使其也逐漸應(yīng)用到低滲致密氣藏開發(fā)中。目前川西中深水平井以蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組為主要目的層,2012年針對(duì)開發(fā)蓬萊鎮(zhèn)組氣層共開發(fā)了63口水平井,針對(duì)開發(fā)沙溪廟組共開發(fā)了45口水平井。川西中深水平井開發(fā)區(qū)域主要分布在馬井氣田、孝泉?dú)馓铩⑿聢?chǎng)氣田、合興場(chǎng)氣田、新都—洛帶氣田、什邡—馬井地區(qū)及廣金地區(qū)等。
1 地質(zhì)特征
川西中深水平井主要目的層蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組,地層泥頁(yè)巖發(fā)育,含砂質(zhì),鉆井施工過程中極易發(fā)生井壁失穩(wěn)復(fù)雜井況。
蓬萊鎮(zhèn)組地層巖性多樣,主要為綠灰、棕褐色(粉砂質(zhì))泥巖與淺灰、綠灰、褐灰色細(xì)粒巖屑、巖屑長(zhǎng)石石英砂巖、(泥質(zhì))粉砂巖不等厚~等厚互層。區(qū)內(nèi)蓬萊鎮(zhèn)組泥巖較發(fā)育,一般都暗褐色、暗紫色。部分含砂質(zhì),含少量石膏。
沙溪廟組地層巖性主要為砂、泥巖及礫巖地層,分上沙溪廟組和下沙溪廟組。上沙溪廟組地層巖性主要為:綠灰、紫棕泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與褐灰、綠灰色細(xì)粒巖屑、巖屑長(zhǎng)石、巖屑石英砂巖、中粒巖屑砂巖、(泥質(zhì))粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖略等厚~不等厚互層;下沙溪廟組地層巖性主要為:綠灰、棕、紫棕色(粉砂質(zhì))泥巖與淺灰、綠灰色細(xì)粒巖屑、長(zhǎng)石巖屑砂巖、中粒長(zhǎng)石巖屑、巖屑砂巖、粉砂巖不等厚互層,底為一套淺灰色粉~中砂巖。
2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)
2.1 靶點(diǎn)調(diào)整、控制點(diǎn)增加,井眼軌跡復(fù)雜,摩阻、扭矩大
水平儲(chǔ)層段存在砂體發(fā)育不均質(zhì)性,水平段控制點(diǎn)增加,導(dǎo)致水平段井眼軌跡復(fù)雜情況、井下摩阻增加。
2.2 水平位移大、位垂比大、水平段長(zhǎng),易阻卡
地層埋深淺,水平段長(zhǎng)(最大1500m)、位垂比大(最大2.01:1),在造斜段及水平段鉆井施工時(shí)易出現(xiàn)“托壓”,完鉆下套管時(shí)可能存在摩阻大,下放困難等難題;同時(shí)其水平段較長(zhǎng),隨著水平段的延伸,起下鉆摩阻也相應(yīng)增大,特別是水平段蓬萊鎮(zhèn)組鉆井時(shí)可能出現(xiàn)砂巖、泥巖交替出現(xiàn)的情況,在水化作用下,井壁易失穩(wěn),鉆遇泥巖時(shí)井內(nèi)摩阻較大;在水平段鉆進(jìn)時(shí),鉆具帶有井下馬達(dá),加之鉆井液密度較低,因此可能存在鉆具對(duì)井內(nèi)的擾動(dòng)不夠和排量受限等難題,而導(dǎo)致井內(nèi)存在巖屑堆積以致形成巖屑床導(dǎo)致井下阻卡。
2.3 B靶點(diǎn)上翹
部分中深水平井,B靶點(diǎn)上翹,鉆井時(shí)井內(nèi)摩阻大,易阻卡。
2.4 易井壁失穩(wěn)
蓬萊組、沙溪廟組地層為川西工區(qū)中深主產(chǎn)氣層,地層微裂縫發(fā)育,富含泥頁(yè)巖,含砂質(zhì),極易水化分散,鉆井施工中極易發(fā)生坍塌、掉塊、縮徑等井壁失穩(wěn)復(fù)雜井況。
3 聚胺仿油基鉆井液配方及性能評(píng)價(jià)
適用于川西中深水平井快速鉆井的聚胺仿油基鉆井液配方如下所示:
3~5%膨潤(rùn)土、4%純堿(土量)、0.2~0.3%聚合物包被劑、0.1~0.4%聚合物降粘劑、0.8~1.5%聚合物降濾失劑、5~8%仿油基處理劑、4~7%液體潤(rùn)滑劑、1~2%極壓潤(rùn)滑劑、2~4%磺化褐煤、2~4%磺化丹寧、3~5%瀝青類防塌劑、0.8~1.5%聚胺抑制劑。3.1 抑制性
取50g蓬萊鎮(zhèn)組泥頁(yè)巖巖心,將其在鉆井液及清水中于100℃下滾動(dòng)16h后回收,通過目數(shù)為40目的篩網(wǎng),巖屑回收率分別為98.5%及27.3%。表明該鉆井液體系具有很強(qiáng)的抑制能力,夠有有效的抑制川西蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組的泥頁(yè)巖水化分散,從而保護(hù)井壁。
3.2 潤(rùn)滑性
在鉆井液中加入15%的巖屑粉,分別選取鉆井液基漿及加入巖屑粉后的鉆井液熱滾100℃×16h,測(cè)試其摩阻系數(shù)。鉆井液基漿摩阻系數(shù)為0.07,加入巖屑粉后的鉆井液摩阻系數(shù)為0.1。由此可以看出,該鉆井液體系潤(rùn)滑性能較好,有利于大位移、長(zhǎng)水平段、大位垂比水平井的鉆井施工。
3.3 封堵性
將鉆井液在100℃×16h熱滾后,測(cè)試其60℃條件下的API失水及100℃下的高溫高壓失水,其API失水為3ml泥餅為0.5mm,高溫高壓失水為6ml泥餅為2mm。由此可以看出該鉆井液體系具有良好的封堵性能,能有效的封堵蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組地層,減少鉆井液濾液對(duì)地層的浸泡,較好的維護(hù)井壁穩(wěn)定及保護(hù)儲(chǔ)層。
綜上所述,該鉆井液體系具有較好的抑制性和封堵性,有利于井壁穩(wěn)定;且具有良好的潤(rùn)滑性,適合于川西工區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組等不穩(wěn)定巖性地層及大位移、長(zhǎng)水平段、大位垂比水平井的鉆井施工。
4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
該鉆井液體系廣泛應(yīng)用于川西中深水平井鉆井施工,如孝蓬2-1H井,該井位垂比(1.91:1),創(chuàng)川西地區(qū)水平井水平位移最大(1821.97m)和水平段最長(zhǎng)(1502m)兩項(xiàng)紀(jì)錄;什邡104-3HF井完鉆井深2844m,鉆井周期26.42天,臺(tái)月效率3231.81米/臺(tái)月,創(chuàng)川西地區(qū)2501~3000m水平井鉆井周期最短和臺(tái)月效率最高紀(jì)錄;什邡115-1HF水平井完鉆井深2114m,位垂比2.01,創(chuàng)川西地區(qū)2001~2500m水平井位垂比最大紀(jì)錄。
2012年川西水平井平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.36m/h,同比去年提高29.3%;2012年蓬萊鎮(zhèn)水平井完井63口,鉆機(jī)月速度1663m/臺(tái)月,同比去年提高20%;沙溪廟水平井完井45口,鉆機(jī)月速度1498m/臺(tái)月,同比去年提高7%。
該鉆井液體系在鉆井施工過程中主要的維護(hù)處理措施如下所示:
(1)將聚合物包被劑、聚合物降粘劑等處理劑配成膠液,以“細(xì)水流長(zhǎng)”地方式維護(hù)鉆井液流變性,同時(shí)控制鉆井液坂含在30~50g/L。
(2)維護(hù)鉆井液中磺化褐煤、聚合物降濾失劑等降慮失處理劑的含量,維護(hù)鉆井液失水小于4ml,減少鉆井液濾液對(duì)井壁的浸泡作用。
(3)維護(hù)鉆井液中仿油基處理劑、液體潤(rùn)滑劑、極壓潤(rùn)滑劑等處理劑的含量,控制鉆井液粘附系數(shù)≤0.10。
(4)采取如下措施防止巖屑沉積和清除已形成的巖屑床:
①合理利用不同流型(層流與紊流)的鉆井液段塞來清除巖屑床,避免過渡流。若井底已形成巖屑床,應(yīng)先用低粘度高速紊流清掃,緊接6~8m3高粘層流攜帶。保持鉆井液動(dòng)塑比控制在0.4~0.6之間。
②盡可能使用大排量洗井,鉆進(jìn)中加強(qiáng)短程起下鉆劃眼,破壞巖屑床。
③鉆井過程中加強(qiáng)對(duì)摩阻的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)比。
(5)維護(hù)鉆井液中聚合物包被劑、聚胺抑制劑、瀝青類防塌劑等處理劑的含量并根據(jù)進(jìn)尺情況及時(shí)補(bǔ)充,強(qiáng)化鉆井液的防塌抑制性能,有效封堵蓬萊鎮(zhèn)組和沙溪廟組泥頁(yè)巖,抑制其水化分散。
(6)根據(jù)地質(zhì)提示使用合理的鉆井液密度,維持井壁的力學(xué)平衡,確保有足夠的支持力。
(7)鉆遇漏失,采用高酸溶率防漏堵漏材料實(shí)施堵漏作業(yè),有效保護(hù)儲(chǔ)層。
(8)使用好固控設(shè)備,嚴(yán)格控制鉆井液中的劣質(zhì)固相含量和低密度固相。根據(jù)需要,間斷使用離心機(jī),遇氣侵,使用除氣器。
(9)如井眼軌跡或方位變化大引起鉆具運(yùn)動(dòng)遇阻、遇卡等井內(nèi)復(fù)雜情況,以及測(cè)井、下套管前,可使用固體潤(rùn)滑劑(玻璃微珠)降低摩阻。微珠粒徑以20~40目為好,加量以1~2%為宜(表1)。
5 結(jié)論及建議
(1)川西中深水平井目的層蓬萊鎮(zhèn)組及沙溪廟組地層泥頁(yè)巖發(fā)育,鉆井施工中極易井壁失穩(wěn);
(2)川西中深水平井水平儲(chǔ)層段存在砂體發(fā)育不均質(zhì)性,靶點(diǎn)調(diào)整、控制點(diǎn)增加,井眼軌跡復(fù)雜,摩阻、扭矩大以及水平位移大、位垂比大、水平段長(zhǎng)等鉆井液技術(shù)難點(diǎn);
(3)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明,聚胺仿油基鉆井液對(duì)泥頁(yè)巖具有較強(qiáng)的封堵性,有效地抑制泥頁(yè)巖水化分散,同時(shí)具有較佳的潤(rùn)滑性能,滿足中深水平井快速鉆井,2012年川西水平井平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.36m/h,同比去年提高29.3%。
參考文獻(xiàn)
[1] 齊從麗.川西深層水平井鉆井液技術(shù)[J].化工時(shí)代,2012,09
[2] 楊國(guó)興,張珍,周成華,等.川西沙溪廟組水平井封堵防卡鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液,2012,04