倪紅霞魏云彭健王少根段明祥汪世國(guó)

（1.新疆油田防塌封堵工程技術(shù)研究中心)

(2.新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院)

(3.中原石油工程有限公司克拉瑪依項(xiàng)目部）

引言

J HW003井是新疆油田吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)的一口開發(fā)水平井，設(shè)計(jì)斜深4530 m，水平段位移1280 m。鄰井資料顯示：表層成巖性差，砂泥巖、砂礫巖交錯(cuò)互層，易塌、易漏、易竄槽。二開直井段膏質(zhì)、灰質(zhì)泥巖易造漿、易縮徑，西山窯組煤層易垮塌，韭菜園子組裂縫發(fā)育易井漏，硬脆性泥巖易掉塊、崩塌，定向造斜段地層坍塌壓力高，設(shè)計(jì)鉆井液密度1.40-1.55 g/cm3，井底溫度100℃。施工過(guò)程中鉆井液的抑制性、失水造壁性、流變性難以控制。三開水平段地層蘆草溝組碳質(zhì)、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖，成巖性好，但CO3－2、HCO3－污染嚴(yán)重，造成鉆井液粘切巨升，失水增大，嚴(yán)重時(shí)鉆井液粘度為滴流。工區(qū)內(nèi)完鉆的吉17井，井深2793 m（P3wt2）、3036 m（P3wt1）發(fā)生井漏，井深3045 m發(fā)生井壁垮塌；吉8井，井深1411.54 m（J1b）發(fā)生井漏；吉9井，井深1259.04 m發(fā)生卡鉆。

一、理論基礎(chǔ)

1.利用KCl、KOH、N H4-HP A N提供K＋、N H4＋,而K＋和N H4＋的直徑與蒙脫石硅氧四面體六角環(huán)直徑相當(dāng),可以鑲嵌在硅氧四面體的六角環(huán)中,致易水化的泥頁(yè)巖呈惰性,從而降低泥頁(yè)巖的水化分散能力。

2.CaO溶解在水中生成C a(O H)2,C a(O H)2可游離出C a2＋,而C a2＋與泥巖中吸附的N a＋發(fā)生不可逆的離子交換吸附,在粘土顆粒表面形成水化硅酸鈣6 CaO·3SiO·2 H2O，結(jié)果大幅度降低了粘土顆粒的親水性和分散度,從而抑制泥頁(yè)巖的水化分散，同時(shí)可及時(shí)沉除CO32－、HCO3－，有效防止鉆井液污染。

3.以F A 367、S P-8為代表的兩性離子聚合物分子鏈上含有陽(yáng)離子、非離子基團(tuán),對(duì)鉆井液具有較強(qiáng)的抑制能力，配合陽(yáng)離子乳化瀝青K R-n和磺化類處理劑的應(yīng)用,可有效抑制長(zhǎng)段泥巖地層膨脹縮徑、垮塌、造漿，提高鉆井液抗鈣污染能力。

4.定向造斜段和水平段混入10%-15%的白油，能大幅度降低環(huán)空流阻和泵壓，顯著降低井壁泥餅的粘滯系數(shù)，有效防止鉆屑在井壁和鉆具表面的粘附，防止巖屑床的形成，同時(shí)能改善體系的抑制性、失水造壁性和對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)能力。

二、室內(nèi)試驗(yàn)

針對(duì)鉆遇地層難點(diǎn)結(jié)合鉀鈣基聚磺混油鉆井液特點(diǎn)，室內(nèi)對(duì)鉀鈣基聚磺和鉀鈣基聚磺混油鉆井液進(jìn)行了配伍性、抑制性、潤(rùn)滑性、抗鹽膏污染等性能試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選出了二開直井段、二開造斜段、三開水平段鉆井液基本配方及性能指標(biāo)。

1.分井段鉆井液配方

二開直井段鉆井液配方：

5%-6%預(yù)水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋重晶石粉。

二開造斜段鉆井液配方：

4%-5%預(yù)水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%T P-6＋10%白油＋重晶石粉。

三開水平段鉆井液配方：

4%-5%預(yù)水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋0.3%KOH＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%F D-8＋15%白油＋重晶石粉。

2.鉆井液配方性能

⑴二開直井段鉆井液配方性能（見表1）

表1 二開直井段鉆井液配方性能表

HT HP性能：120℃ /3.5 Mpa，巖樣回收率120℃ /16 h熱滾后，下同。

⑵二開造斜段鉆井液配方性能（見表2）

表2 二開造斜段鉆井液配方性能表

＋10%巖屑粉＋15%巖屑粉1.481.48575936.59.51136102/5.52.5/73.23.6120.090.08/ /

⑶三開水平段鉆井液配方性能（見表3）

表3 三開水平段鉆井液配方性能表

從表1、表2、表3可以看出：優(yōu)選出的鉀鈣基聚磺混油鉆井液配方，與白油等處理劑配伍性好，抗溫性能強(qiáng)，120℃/16 h熱滾前后性能無(wú)較大變化。抑制強(qiáng)，120℃/16 h巖樣回收率都在90%以上，說(shuō)明可有效抑制地層中的粘土水化膨脹，防止井壁失穩(wěn)?？故辔廴灸芰?qiáng)，加入0.8%石膏污染前后鉆井液性能基本無(wú)變化，仍能保持良好的穩(wěn)定性和流變性，可有效防止膏質(zhì)泥巖對(duì)鉆井液造成的污染?？箮r屑粉侵污染能力強(qiáng)，取鄰井吉172井和吉174井800 m至2400 m地層泥巖巖屑粉，分別加入10%和15%，污染前后鉆井液性能穩(wěn)定，再次說(shuō)明可有效抑制地層中的粘土造漿。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.J HW003井井身結(jié)構(gòu)（見表4）

表4 J HW003井井身結(jié)構(gòu)

2.二開直井段

一開鉆井液用清水沖稀，保持坂含在20～30 g/L之間，按基礎(chǔ)配方依次加入處理劑充分循環(huán)均勻，再加入KCl，最后加入陽(yáng)離子乳化瀝青K R-n和隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6，性能達(dá)到要求后二開鉆進(jìn)。

3.二開造斜段

二開造斜段前50 m啟動(dòng)所有固控設(shè)備，盡量清除鉆井液中的劣質(zhì)固相，并混入一定量的膠液把坂含降至20 g/L左右，按配方在性周上均勻混入10%的白油和1%S P-80,充分循環(huán)，保持鉆井液密度不降低，待全井性能均勻穩(wěn)定后開始造斜鉆進(jìn)。

4.三開水平段

三開水平段控制坂含在20～30 g/L之間，提高白油濃度至15%，同時(shí)加入1%S P-80、2%F D-8，調(diào)整鉆井液性能至設(shè)計(jì)要求即可。

5.鉆井液維護(hù)與處理

⑴二開段鉆井液處理、補(bǔ)量和維護(hù)采用大、中、小分子聚合物、磺化類處理劑和鉀鹽復(fù)配，配制與鉆井液同密度的膠液按循環(huán)周均勻加入。隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6也必須按循環(huán)周均勻加入，以保持各種處理劑在鉆井液中的功效得到最佳發(fā)揮。

⑵造斜段和水平段，保持鉆井液良好的失水造壁性、流變性、流動(dòng)性、潤(rùn)滑性和懸浮攜帶性，始終保持鉆井液中的含油量和陽(yáng)離子乳化瀝青K R-n及隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6及井壁封固劑F D-8的含量，通過(guò)加入抑制性材料嚴(yán)格控制坂含遞增。

⑶二開后各井段必須用好四級(jí)固控設(shè)備，盡量清除鉆井液中的無(wú)用固相，實(shí)現(xiàn)以“凈化”?！皟?yōu)化”。

6.應(yīng)用效果

J HW003井二開直井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液，二開造斜段和三開水平段應(yīng)用鉀鈣基聚磺混油鉆井液，完全滿足了井下安全、快速鉆井施工，全井無(wú)事故、無(wú)復(fù)雜情況。二開直井段、造斜段和三開水平段施工中鉆井液性能良好、井眼暢通、井壁穩(wěn)定、起下鉆無(wú)阻卡，二開、三開電測(cè)均一次成功；表層套管與技術(shù)套管順利到底，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)；鉆井周期比設(shè)計(jì)縮短了17.5天，機(jī)械鉆速同比提高23%。試油與投產(chǎn)證實(shí)，J HW003井初期產(chǎn)量是吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)水平井中最高的一口井。

結(jié)論

1.鉀鈣基聚磺混油鉆井液抗污染能力強(qiáng)。具有良好的抗溫、抗鹽、抗鈣和抗膨潤(rùn)土及鉆屑污染能力，較好地解決了吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)二開直井段長(zhǎng)段膏質(zhì)泥巖和灰質(zhì)泥巖強(qiáng)造漿污染鉆井液性能和井眼縮徑、起下鉆遇阻卡的技術(shù)難題。

2.抑制與防塌能力強(qiáng)。利用同離子效應(yīng)和K＋、N H4＋和C a2＋等陽(yáng)離子和兩性陽(yáng)離子聚合物的抑制包被作用,有效地解決了二開定向造斜段長(zhǎng)段泥巖和硬脆性泥頁(yè)巖地層的垮塌問(wèn)題。

3.體系中混入10%～15%的白油在常溫和高溫條件下潤(rùn)滑性能好，同時(shí)具有較好的弱凝膠特性，可有效降低環(huán)空流阻和泥餅粘滯系數(shù)，防止因環(huán)空不暢引起泵壓升高而造成井漏，同時(shí)有效防止了造斜段、水平段巖屑床的形成和鉆屑在井壁和鉆桿上的粘附，提高了鉆井液在造斜段和水平段的攜砂能力，保證了造斜段和水平段井壁穩(wěn)定和井眼暢通。

4.定向造斜段和水平段體系中含10%～15%左右的白油，無(wú)熒光，不影響地質(zhì)錄井。

5.陽(yáng)離子乳化瀝青K R-n、隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6、井壁封固劑F D-8與鉆井液配伍性良好，加入到鉆井液中能在鉆進(jìn)過(guò)程中短時(shí)間內(nèi)在近井壁地帶裂隙中快速形成屏蔽環(huán)，起到封堵、護(hù)壁、防漏和提高地層承壓能力作用，同時(shí)降低了儲(chǔ)層傷害。

6.鉆井液中含有過(guò)量的游離C a2＋，可及時(shí)沉除CO32－、HCO3－，防止其污染鉆井液性能。

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