張文哲， 李 偉， 符喜德， 李紅梅， 王 波

(陜西延長石油〈集團(tuán)〉有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

延長油田羅龐塬區(qū)水平井鉆井液防塌技術(shù)研究

張文哲， 李 偉， 符喜德， 李紅梅， 王 波

(陜西延長石油〈集團(tuán)〉有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

延長油田羅龐塬區(qū)塊部分層段由于泥頁巖、碳質(zhì)泥巖和油頁巖發(fā)育突出，在鉆井施工中常出現(xiàn)定向托壓、掉塊普遍和地層垮塌嚴(yán)重等現(xiàn)象，針對這些技術(shù)難題進(jìn)行了該區(qū)塊鉆井液體系研究，確定4%KCl、5%聚合醇和0.6%～0.8%SI-150作為抑制性防塌處理劑主體防塌，選擇1%氧化瀝青、3%超細(xì)碳酸鈣(1% 2000目+2% 3000目)和1%彈性石墨作為封堵性防塌處理劑協(xié)助防塌，形成了適合延長油田羅龐塬區(qū)塊防塌鉆井液體系。該鉆井液體系封堵性和抑制性良好，頁巖滾動回收率保持在93%以上，極壓潤滑系數(shù)控制在0.07以下。該鉆井液體系在羅平16井和蒲平48井2口水平井成功進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好效果。

鉆井液；抑制性；封堵性；防塌；掉塊；延長油田

1 區(qū)域概況

羅龐塬區(qū)塊屬于延長油田西部深層復(fù)雜區(qū)塊，主要是定邊、吳起的部分地區(qū)；該區(qū)塊地層巖性復(fù)雜，裂縫發(fā)育，壓力異常，實際鉆井過程中多次發(fā)生垮塌等復(fù)雜事故。

該區(qū)目的層多為延長組第7段(簡稱為“長7”)，其地層厚度85～110 m，地層深度1500～2500 m，東西部不等，巖性主要為油頁巖、暗色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾黑灰色粉細(xì)砂巖。長7頂部和底部各發(fā)育一套油頁巖或黑色泥巖，中部發(fā)育一套砂體，砂體間為砂泥巖護(hù)層。在水平井鉆井過程中，造斜段鉆遇長7頂部油頁巖，地層粘土含量較高，現(xiàn)有鉆井液抑制性能不足，導(dǎo)致井壁吸水膨脹厲害、掉塊嚴(yán)重而造成垮塌，現(xiàn)場鉆井難度增大[1-2]。

2 防塌鉆井液室內(nèi)研究

針對于西部復(fù)雜區(qū)塊的復(fù)雜情況，對于鉆井液的抑制性能、流變性能提出了更高的要求，普通的K-PAM聚合物鉆井液體系，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)場施工的技術(shù)要求；室內(nèi)在現(xiàn)有體系的基礎(chǔ)上，通過對主要防塌處理劑種類、加量優(yōu)選，建立該區(qū)塊目的層防塌鉆井液體系[3-4]。主要防塌處理劑包括抑制性防塌處理劑和封堵性防塌處理劑2種，分別進(jìn)行優(yōu)選。

2.1 試驗方法

2.1.1 試驗材料

評價材料多數(shù)來自于現(xiàn)場，見表1。

2.1.2 試驗方法

試驗采用現(xiàn)場常用基漿[5]：4%膨潤土+0.2% K-PAM+0.5%COP-HFL聚合物降濾失劑+0.03%NaOH。

表1 室內(nèi)試驗用材料概況

按GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第1部分：水基鉆井液》評價該鉆井液體系流變性能。

抑制性防塌處理劑主要考察其抑制性，通過檢測其加入原漿后體系對頁巖的滾動回收率和線性膨脹率，確定其種類、加量，試驗方法參照《鉆井液用頁巖抑制劑評價方法》(SY/T 6335—1997)標(biāo)準(zhǔn)；封堵性防塌處理劑主要考察其封堵性，通過砂床封堵性濾失試驗，評價其加入基漿后的鉆井液對26目～40目砂床的封堵能力(10、20和30 min的濾失量)來對處理劑進(jìn)行優(yōu)選。

2.2 抑制性防塌處理劑優(yōu)選

室內(nèi)選擇KCl、有機胺SI-150和聚合醇復(fù)配，探究其抑制性防塌效果[6]，試驗結(jié)果見表2。由表2可以看出，在基漿加入4%KCl基礎(chǔ)上，分別加入5%聚合醇和0.8%SI-150，抑制性均有明顯提高，頁巖滾動回收率增大、線性膨脹率減小，且聚合醇對其影響較大。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)配，抑制性能更為突出，表明三者協(xié)同作用良好。根據(jù)對比和綜合評價，最終確定的抑制性防塌處理劑配方為：基漿+4%KCl+5%聚合醇+(0.6%～0.8%)SI-150。

表2 抑制性防塌處理劑滾動回收率與線性膨脹率

2.3 封堵性防塌處理劑優(yōu)選

對現(xiàn)場常用的封堵劑(氧化瀝青、不同目數(shù)超細(xì)碳酸鈣)和引進(jìn)的彈性石墨Rebound復(fù)配[7]，進(jìn)行砂床封堵性濾失試驗。該試驗通過1%氧化瀝青加入300 mL基漿中的基礎(chǔ)上，分別加入3%～4%的別樣封堵材料，測量其對砂床封堵的濾失量，試驗結(jié)果見表3。在基漿中加入氧化瀝青和超細(xì)碳酸鈣后，使鉆井液的封堵能力提高近30%，且不同目數(shù)超細(xì)碳酸鈣搭配封堵效果更好；引入彈性石墨后，鉆井液封堵能力大幅度提高，最終配方(基漿+1%氧化瀝青+超細(xì)碳酸鈣(1% 2000目+2% 3000目)+1%彈性石墨)具有良好的封堵效果。

表3 封堵性防塌處理劑封堵性能評價結(jié)果

2.4 防塌潤滑劑優(yōu)選

現(xiàn)階段使用的主要防塌潤滑劑有：改性石墨固體潤滑劑、極壓減摩水基潤滑劑等。按照下面的配方來配制鉆井液，通過測定鉆井液的潤滑系數(shù)和高溫高壓下的泥餅粘滯系數(shù)，來評價2種潤滑劑的潤滑效果，加量按照現(xiàn)場慣用的0.5%添加。

1號：基漿+0.5%改性石墨；

2號：基漿+0.5%極壓減摩劑。

2.4.1 測定鉆井液的潤滑系數(shù)

試驗采用EP潤滑儀，按照標(biāo)準(zhǔn)步驟測定，具體結(jié)果見表4。

表4 加入不同潤滑劑后鉆井液的潤滑系數(shù)

結(jié)果表明，2種潤滑劑對鉆井液的潤滑系數(shù)都有提高，但是極壓減摩劑對鉆井液的潤滑性能提高更加明顯。

2.4.2 測定高溫高壓下的泥餅粘滯系數(shù)

試驗采用高溫高壓濾失儀，在80 ℃溫度條件下按照標(biāo)準(zhǔn)步驟測定。試驗結(jié)束后取下來的泥餅見圖1，1號泥餅較厚，而且韌性不足，泥餅整體質(zhì)量不好；2號泥餅較薄，潤滑性能好，泥餅質(zhì)量整體優(yōu)于1號。最終泥餅粘滯系數(shù)測定結(jié)果見表5。

圖1 高溫高壓下的泥餅表5 加入不同潤滑劑后鉆井液的粘滯系數(shù)

編號配 方粘滯系數(shù)Kf1基漿+0.5%改性石墨0.17632基漿+0.5%極壓減摩劑0.0787

綜合對比鉆井液的潤滑系數(shù)與高溫高壓下泥餅的粘滯系數(shù)可以看出，現(xiàn)場采用的極壓減摩水基潤滑劑潤滑性要明顯優(yōu)于改性石墨固體潤滑劑：最終優(yōu)選出的防塌潤滑劑為0.5%極壓減摩水基潤滑劑。

2.5 防塌鉆井液體系確定

通過對抑制性防塌處理劑和封堵性防塌處理劑進(jìn)行合理配比，采用正交實驗確定延長油田羅龐塬復(fù)雜區(qū)塊目的層防塌鉆井液體系配方如下：3%～5%鈉膨潤土+0.2%～0.5%K-PAM+0.5%～1%COP-HFL聚合物降濾失劑+0.03%NaOH+4% KCl+5%聚合醇+0.6%～0.8%SI-150+1%氧化瀝青+超細(xì)碳酸鈣(1% 2000目+2% 3000目)+1%彈性石墨+0.5%極壓減摩劑。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

室內(nèi)研究的防塌鉆井液體系在延長油田羅龐塬復(fù)雜區(qū)塊羅平16井、蒲平48井2口水平井二開斜井段和水平段進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，在碳質(zhì)泥巖、煤層易失穩(wěn)地層井壁穩(wěn)定，無掉塊現(xiàn)象發(fā)生，井塌發(fā)生率為0，施工周期大幅度提升，應(yīng)用效果良好。

3.1 主要措施

(1)根據(jù)對現(xiàn)場選取的掉塊進(jìn)行抑制性能評價，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域掉塊主要為硬脆性掉塊，需要先從力學(xué)角度進(jìn)行平衡[8-10]。在斜井段，鉆至該不穩(wěn)定層段前50 m處就應(yīng)該提高鉆井液的密度，密度提高到1.18～1.24 g/cm3，完成水平段鉆進(jìn)。

(2)在鉆遇不穩(wěn)定的泥巖段50 m前，轉(zhuǎn)化為防塌鉆井液體系。

(3)提高鉆井液的巖屑攜帶能力?？刂坪勉@井液的漏斗粘度在50～70 s，提高鉆井液的動切力與動塑比，防止巖屑床的形成。

(4)改善泥餅質(zhì)量。在防塌鉆井液體系維護(hù)基礎(chǔ)上，降低鉆井液的高溫高壓失水量，在配方基礎(chǔ)上，加入足量的極壓減摩劑[11]，保證鉆井液的潤滑性能，提高泥餅質(zhì)量，保證泥頁巖段井眼規(guī)則。

3.2 應(yīng)用井概況

(1)羅平16井：該井位于羅龐塬區(qū)西部，井深3345 m，垂深2365 m，目的層延長組長7段。該區(qū)塊鄰井在長7頂部坍塌嚴(yán)重，該層位巖性主要以淺灰色粉細(xì)砂巖夾黑色碳質(zhì)泥巖為主，碳質(zhì)泥巖層多段長，地層較為復(fù)雜[1]。

(2)蒲平48井：該井位于羅龐塬區(qū)東部，水平位移1684 m，垂深1257 m，目的層延長組長7段。該區(qū)塊長7頂部剝落性掉塊較為嚴(yán)重，多井多次發(fā)生遇阻、卡鉆等復(fù)雜事故[12]。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

3.3.1 羅平16井

羅平16井鉆進(jìn)過程中，在進(jìn)入不穩(wěn)定地層延長組長7段之前轉(zhuǎn)化為防塌鉆井液體系，并使用加重材料逐步將鉆井液密度提高到1.21 g/cm3，鉆進(jìn)過程中鉆井液粘度一直穩(wěn)定在60～65 s，最大限度地清除鉆井液中的有害固相(含砂量0.3%以內(nèi)，固相含量3%以內(nèi))，使鉆井液體系密度在1.20 g/cm3以上仍可保持很好的流變性能；同時，在造斜段和水平段提高鉆井液的潤滑性，避免托壓問題而保證該井段的快速順利鉆進(jìn)[13-14]。

從現(xiàn)場試驗的鉆井液性能來看，防塌鉆井液體系在羅龐塬區(qū)塊應(yīng)用效果良好，鉆進(jìn)泥巖井段巖屑均勻返出，未發(fā)生明顯掉塊，很好地解決了該區(qū)塊常出現(xiàn)的井塌、卡鉆等復(fù)雜問題，現(xiàn)場鉆井液性能見表6。

3.3.2 蒲平48井

表6 羅平16井新體系試驗井段現(xiàn)場鉆井液性能

從井斜80°開始(長6底部)應(yīng)用該防塌鉆井液體系，順利完成了鉆井、測井、下套管等作業(yè)，整個過程中有效解決了井壁穩(wěn)定、攜巖和潤滑等技術(shù)問題。造斜段、水平段試驗體系鉆井液性能參數(shù)見表7。

表7 蒲平48井新體系試驗井段現(xiàn)場鉆井液性能

現(xiàn)場應(yīng)用2口水平井，鉆井液材料耗費跟鄰井相比，減少8.9%，一定程度上降低了成本，符合當(dāng)前形勢下油田“降支增效”的主體思想；蒲平48井轉(zhuǎn)化該體系后，1400 m井段施工共計7 d，相比鄰井蒲平46井機械鉆速提升23.8%，已在全油區(qū)相近地層推廣使用。

4 結(jié)論

(1)室內(nèi)研究出的防塌鉆井液體系通過復(fù)配使用KCl、有機胺SI-150和聚合醇提高鉆井液抑制性，復(fù)配使用氧化瀝青、不同目數(shù)超細(xì)碳酸鈣和引進(jìn)的彈性石墨Rebound提高鉆井液封堵性。

(2)對抑制性防塌處理劑和封堵性防塌處理劑進(jìn)行合理配比，采用正交實驗確定延長油田羅龐塬復(fù)雜區(qū)塊防塌鉆井液體系，該體系可保證滾動回收率>93%，線性膨脹率<22%，極壓潤滑系數(shù)<0.07。

(3)防塌鉆井液體系在延長油田羅龐塬區(qū)塊羅平16井、蒲平48井成功進(jìn)行了應(yīng)用，該體系抑制性和封堵性良好，有效解決了該區(qū)塊復(fù)雜層段造成的嚴(yán)重掉塊、坍塌等復(fù)雜問題。

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Research on Anti-collapse Technology of Horizontal Well Drilling Fluid in Luopangyuan Block of Yanchang Oilfield

ZHANGWen-zhe,LIWei,FUXi-de,LIHong-mei,WANGBo

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum〈Group〉 Co. Ltd., Xi’an Shaanxi 710075, China)

Due to the development of mud shale, carbonaceous mudstone and oil shale in some sections of Luopangyuan block in Yanchang oilfield, the directional backpressure, block falling and serious strata collapse often occur in the drilling construction, the research on anti-collapse drilling fluid system for this block is carried out. The results show that 4% KCl, 5% polyalcohol and 0.6%～0.8% SI-150 can be used as inhibitory anti-collapsing agent, and 1% oxidized asphalt, 3% superfine calcium carbonate (1% 2000 mesh + 2% 3000 mesh) and 1% elastic graphite as plugging anti-collapse treatment agent to help prevent collapse, together forming an anti-collapse drilling fluid system suitable for Luopangyuan block in Yanchang oilfield. With the good sealing property and inhibition of this drilling fluid system, the shale rolling recovery was remained at over 93%, extreme pressure lubrication coefficient controlled less than 0.07. The drilling fluid system has been successfully applied in 2 horizontal wells of Luoping 16th well and Puping 48th well with good results.

drilling fluid; inhibitory property; plugging property; anti-collapse; block falling; Yanchang oilfield

2016-12-29

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目“頁巖氣鉆完井及儲層評價與產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)研究”(編號：2013AA064501)

張文哲，男，漢族，1987年生，油氣井工程專業(yè)，碩士，從事鉆井液工藝研究工作，陜西省西安市科技二路75號，eagle.1983@163.com。

TE254

A

1672-7428(2017)07-0015-04