王偉吉，邱正松，暴 丹，王洪偉，鐘漢毅

(1.中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580;2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 塘沽 300452)

引 言

KL3-2油田開發(fā)井鉆遇的明下段、館陶組、東營(yíng)組巖性復(fù)雜。明下段為泥巖與粉砂巖互層，下部為少量細(xì)砂巖，泥巖以綠灰色、紅褐色泥巖為主，局部為黃褐色、紫色泥巖;館陶組為含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖與泥巖互層，下部為少量含礫中砂巖，泥巖以紅褐色、綠灰色泥巖為主，少量灰褐色、黃褐色泥巖;東營(yíng)組上部為泥巖與含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖互層，下部為厚層泥巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖，泥巖以綠灰色泥巖為主，部分為灰褐色、紅褐色泥巖。該井段砂泥巖互層、分散性強(qiáng)、膠結(jié)性差、存在斷層，易導(dǎo)致鉆頭泥包、起下鉆遇阻、憋扭矩、倒劃困難、井漏等井下復(fù)雜情況。針對(duì)上述地層情況，以加強(qiáng)砂巖封堵，加強(qiáng)砂泥巖互層的膠結(jié)，加強(qiáng)泥巖抑制為原則，研制了溫壓成膜封堵鉆井液。

1 溫壓成膜封堵鉆井液作用機(jī)理

(1)高滲砂巖防滲防漏。采用PFS復(fù)合封堵劑對(duì)高滲砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行防滲防漏處理，PFS復(fù)合封堵劑由彈性顆粒、膠束聚合物、填充加固劑組成。封堵過程中，較大尺寸的彈性顆粒具有一定的可變形性，對(duì)不同形狀與尺寸的孔隙與裂縫，進(jìn)行充填和架橋，形成初級(jí)封堵;膠束聚合物能在固液界面上迅速大量吸附，形成膠束，形成進(jìn)一步的封堵層;填充加固劑通過填充作用進(jìn)入由彈性材料和膠束聚合物形成的封堵層的微孔隙，進(jìn)一步降低封堵層的滲透率，增強(qiáng)封堵層的強(qiáng)度［1-5］。

(2)加強(qiáng)砂泥巖互層膠結(jié)。采用溫壓成膜劑HCM對(duì)砂泥巖互層進(jìn)行封堵，HCM由高交聯(lián)度的硬殼、含有非親水性官能團(tuán)的中間層、含有親水性官能團(tuán)的外層組成。這種核殼結(jié)構(gòu)在井底溫度、壓差和失水作用下，粒子間在井壁附近聚并。當(dāng)一粒子殼層進(jìn)入另一粒子核層時(shí)，分布在殼層與核層的官能團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，直至粒子殼層的親水性官能團(tuán)完全反應(yīng)。井壁附近的無數(shù)膠束粒子之間都發(fā)生著同樣的聚并和交聯(lián)過程，最后形成連續(xù)性的封堵膜。在鉆井液中，成膜封堵劑HCM的這種成膜特性能夠顯著降低井眼附近巖石的滲透率，減少水進(jìn)入地層，改善鉆井液與巖石顆粒間的黏結(jié)性，從而提高井壁穩(wěn)定性［6-8］。

(3)加強(qiáng)泥巖抑制。胺基硅醇是在聚胺抑制劑的基礎(chǔ)上引入硅羥基，分子中的Si-OH鍵與黏土上的Si-OH鍵縮聚成Si-O-Si鍵，在黏土表面能有效形成疏水層，保證黏土表面具有合理的水化膜，阻止和減緩黏土表面的水化作用。同時(shí)，胺基通過電荷吸附在黏土顆粒表面，形成牢固的化學(xué)吸附，通過壓縮雙電層原理防止黏土水化膨脹。由于胺基硅醇首先通過硅羥基對(duì)鉆井液中的黏土粒子表面形成疏水層，削弱了胺基對(duì)黏土顆粒的絮凝作用，因此，胺基硅醇對(duì)鉆井液的流變性和濾失量均無明顯影響，彌補(bǔ)了以往小陽離子、有機(jī)正電膠、聚胺等陽離子抑制劑對(duì)鉆井液流變性和濾失量影響大的不足之處［9-14］。

2 溫壓成膜封堵鉆井液性能評(píng)價(jià)

溫壓成膜封堵鉆井液基本配方如下:3%海水土漿+0.3%NaOH+0.15%Na2CO3+0.3%LVPAC+0.5%PF-PLH+2.0%RS-1+2%HCM+1.5%PFS+1%有機(jī)正電膠+1%HAS+0.1%XC(重晶石加重到1.15 g/cm3)。

2.1 滲透性漏失堵漏性能評(píng)價(jià)

通過砂床濾失實(shí)驗(yàn)，在常溫條件下，評(píng)價(jià)溫壓成膜封堵鉆井液體系對(duì)高滲砂床(20～40目砂床)的堵漏效果［15］(圖1)。加入PFS前砂床侵入深度為15.0 cm，加入PFS后砂床侵入深度下降到0.9 cm，表明溫壓成膜封堵鉆井液有著較好的滲透性漏失堵漏性能。

圖1 溫壓成膜封堵鉆井液高滲砂床堵漏效果

2.2 成膜封堵性能評(píng)價(jià)

采用井壁封堵性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)儀評(píng)價(jià)溫壓成膜鉆井液的成膜封堵性能(圖2、3)。加入成膜封堵劑PFS后濾失速率下降60%左右，濾液侵入深度大大降低，封堵后在巖心表面、濾餅表面形成一層連續(xù)性的封堵膜。

2.3 抑制性評(píng)價(jià)

圖2 瞬時(shí)濾失速率與濾失時(shí)間關(guān)系

圖3 成膜封堵效果圖

表1 鉆井液體系巖樣滾動(dòng)分散回收率

圖4 溫壓成膜鉆井液頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)曲線

將KL3-2油田明化鎮(zhèn)組(1 475～1 675 m井段)巖屑混合均勻，處理成粒徑為2～5 mm和100目2種規(guī)格，通過滾動(dòng)分散實(shí)驗(yàn)和膨脹率實(shí)驗(yàn)，對(duì)比評(píng)價(jià)溫壓成膜封堵鉆井液與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的有機(jī)正電膠鉆井液(PEC)和陽離子鉆井液的抑制性(表1、圖4)。溫壓成膜封堵鉆井液體系的滾動(dòng)分散回收率為94.88%，高于PEC體系(76.35%)和陽離子體系(80.02%)，大幅降低了巖屑的膨脹率，膨脹率降低率大于90%，優(yōu)于PEC體系和陽離子體系。實(shí)驗(yàn)表明，與有機(jī)正電膠鉆井液和陽離子鉆井液相比，溫壓成膜封堵鉆井液體系能更好地抑制KL3-2油田上部泥巖地層水化。

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)性能

選用KL3-2-A4井明化鎮(zhèn)組巖心進(jìn)行動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度為4.765 cm，直徑為2.492 cm，孔隙體積為4.2 cm3，孔隙度為15.98%，氣測(cè)滲透率為308.10×10-3μm2，污染前滲透率為 88.91 ×10-3μm2污染實(shí)驗(yàn)驅(qū)替壓力為3.5 MPa，圍壓為5.5 MPa，測(cè)量溫度為110℃［16-17］，結(jié)果見圖5。90 min后動(dòng)濾失量保持為0.8 mL左右，表明溫壓成膜鉆井液具有很好的封堵性，并且能夠有效地阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層，減少對(duì)儲(chǔ)層的液相傷害。

圖5 動(dòng)濾失量隨時(shí)間的變化

巖心被污染后，巖心滲透率恢復(fù)值隨驅(qū)替孔隙倍數(shù)的變化情況見圖6。巖心被截去0.5 cm后，滲透率恢復(fù)值比初始滲透率恢復(fù)值提高很多，最高滲透率恢復(fù)值大于95%，說明溫壓成膜鉆井液具有良好的封堵效果和儲(chǔ)層保護(hù)能力。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

KL3-2-A4井是1口調(diào)整井，完鉆井深為1 831.92 m，完鉆垂深為1 673.84 m，完鉆井斜角為19.25°，最大井斜角為 37.70°(436.69 m)。

該井在鉆井液體系應(yīng)用中主要考察PEC體系的改進(jìn)，考察溫壓成膜劑HCM和頁巖抑制劑胺基硅醇HAS在PEC體系中對(duì)體系流變性能、穩(wěn)定性、封堵性的影響，以及對(duì)井壁穩(wěn)定性、機(jī)械鉆速、起下鉆效率的影響。

圖6 巖心滲透率恢復(fù)值隨驅(qū)替孔隙體積的變化

KL3-2-4A井二開，采用海水膨潤(rùn)土漿進(jìn)行作業(yè)，漏斗黏度為31 s，鉆進(jìn)至1 263 m時(shí)控制機(jī)械鉆速為30 m/h，開始使用PEC鉆井液體系。從現(xiàn)場(chǎng)的使用情況來看，使用PEC體系后，泥漿漏失情況嚴(yán)重(漏失速率為7.8 m3/h)，從短起下鉆后循環(huán)返出的鉆屑來看，鉆井液的抑制性偏弱，鉆屑細(xì)且呈絮凝狀，同時(shí)，鉆井液密度有所增加。

鉆進(jìn)至1 420 m，加入0.5%頁巖抑制劑HAS，并加入一定量的溫壓成膜劑HCM，提高體系的抑制性和封堵性。從現(xiàn)場(chǎng)流變性情況來看，HAS和HCM可以起到明顯穩(wěn)定鉆井液的作用，后期鉆井過程中鉆井液的漏斗黏度基本保持不變(28～32 s)，YP值由17.2 Pa下降到14.3 Pa，有所降低，在石灰石加重以后，固相含量增加，依然有良好的流變穩(wěn)定作用，封堵性能明顯提高，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的泥漿漏失情況。

該井完鉆后短起下，直拔方式遇阻，因此，采用倒劃眼的方式起鉆，起鉆順利，沒有出現(xiàn)難劃眼的現(xiàn)象，表明胺基硅醇與有機(jī)正電膠發(fā)生了協(xié)同作用，采用軟抑制的方式，不會(huì)對(duì)地層造成硬化影響。

綜合來看，溫壓成膜劑HCM和頁巖抑制劑HAS的第1口實(shí)驗(yàn)井初步達(dá)到了效果，能夠有效維持PEC鉆井液體系的流變性，并提供一定的抑制性、封堵性，增強(qiáng)了井壁穩(wěn)定性，提高了機(jī)械鉆速和起下鉆效率。

4 認(rèn)識(shí)與建議

(1)針對(duì)砂泥巖互層鉆井復(fù)雜情況，采用復(fù)合封堵劑PFS對(duì)高滲砂巖進(jìn)行防滲防漏，采用溫壓成膜劑HCM加強(qiáng)砂泥巖互層的膠結(jié)，采用頁巖抑制劑HAS抑制泥頁巖的水化效應(yīng)。

(2)溫壓成膜封堵鉆井液有著較強(qiáng)的封堵性和抑制性，儲(chǔ)層保護(hù)效果好?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，溫壓成膜封堵鉆井液配置簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，便于維護(hù)，能有效地解決砂泥巖互層的復(fù)雜情況，顯著提高鉆井效率。

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