杜洪韜，李 強(qiáng)，張文波，黨文輝

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鉀鈣基聚磺鉆井液在紅153井區(qū)的應(yīng)用

杜洪韜1，李 強(qiáng)2，張文波3，黨文輝3

（1. 油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 防漏堵漏技術(shù)研究室，長(zhǎng)江大學(xué)（武漢校區(qū)）石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430100； 2. 新疆油田公司開發(fā)公司， 新疆 克拉瑪依 834000; 3. 新疆油田公司工程技術(shù)研究院， 新疆 克拉瑪依 834000）

針對(duì)新疆油田二開井身結(jié)構(gòu)的難題開展鉆井液技術(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。分析該區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)以及不下技套鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，確定采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)蒸餾水、常規(guī)聚磺鉆井液以及鉀鈣基聚磺鉆井液采用泥頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)浸泡在鉀鈣基聚磺鉆井液中的巖樣，24 h后膨脹高度為0.68 mm。確定鉀基聚磺鉆井液具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖水化膨脹和分散的能力。同時(shí)進(jìn)行巖屑滾動(dòng)回收率評(píng)價(jià)，鉀鈣基聚磺鉆井液體系對(duì)鉆屑有很好的抑制分散的作用，鉆屑回收率高達(dá)85.2％，在現(xiàn)場(chǎng)得到了良好的應(yīng)用。

鉀鈣基聚磺；防漏；井壁穩(wěn)定

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅153井在二疊系夏子街組勘探獲得突破后，為進(jìn)一步落實(shí)油藏含油面積和儲(chǔ)量規(guī)模，并為油藏整體開發(fā)奠定基礎(chǔ)，2014~2015年，在該區(qū)部署評(píng)價(jià)井12口、以及開發(fā)試驗(yàn)井20口，2015年10月探明石油控制地質(zhì)儲(chǔ)量2 452.0×104t，其中基質(zhì)儲(chǔ)量2 326.0×104t，裂縫地質(zhì)儲(chǔ)量126.0×104t。2016年開發(fā)部署14口井，建產(chǎn)能7.56×104t。前期探井、評(píng)價(jià)井主要采用三開井身結(jié)構(gòu)，開發(fā)井試驗(yàn)二開復(fù)合井眼井身結(jié)構(gòu)，但施工過(guò)程中容易出現(xiàn)井漏這一復(fù)雜情況。井漏是鉆井過(guò)程中常見(jiàn)的復(fù)雜情況之一，若處理不當(dāng)容易誘發(fā)井噴、井壁垮塌等重大事故。針對(duì)紅153井區(qū)地質(zhì)特性以及收集該區(qū)塊井漏情況分析原因，結(jié)合室內(nèi)研究，所研制一種防漏堵漏鉆井液體系在紅153井區(qū)取得了良好的效果。

1 研究背景

1.1 地質(zhì)概況

紅153區(qū)塊在石炭系基底上自下而上發(fā)育的地層有二疊系佳木河組（P1）、夏子街組（P2）、上烏爾禾組（P3），三疊系下克拉瑪依組（T21）、上克拉瑪依組（T22）、白堿灘組（T3），侏羅系八道灣組（J1）、三工河組（J1）、西山窯組（J2）、頭屯河組（J2）、齊古組（J3）和白堊系吐谷魯群（K1）。其主要目的層為夏子街組（P2）。白堊系吐谷魯群與侏羅系（齊古組~八道灣組）主要是少量泥巖以及砂礫巖，煤層發(fā)育，地層承壓能力低，三疊系（下克拉瑪依組~白堿灘組主要是泥巖以及含礫不等粒砂巖及泥巖不等互層，容易坍塌、掉塊。二疊系夏子街組主要是以礫石、沙礫為主，均質(zhì)性較好，微裂縫特別發(fā)育。

1.2 復(fù)雜情況及對(duì)策分析

紅153井區(qū)二開井段侏羅系地層承壓能力低，八道灣組底部砂礫巖發(fā)育，與下部地層呈不整合接觸，易發(fā)生井漏。白堊系K1~三疊系 T21地層壓力系數(shù)在0.99～1.08之間，巖性復(fù)雜，巖石顆粒粗、膠結(jié)差，滲透性較高，鉆井過(guò)程中復(fù)雜形式只要表現(xiàn)為滲漏；目的層二疊系夏子街組（P2）地層壓力系數(shù)1.27，儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，以斜交縫為主，其次為高角度的直劈縫，易發(fā)生置換性漏失。

根據(jù)防漏堵漏鉆井液思路[1-3]，對(duì)紅153井區(qū)提出以下技術(shù)方案。鉆井復(fù)雜預(yù)防對(duì)策主要有三點(diǎn)：（1）優(yōu)化鉆井液體系，提高體系的抑制性，防止侏羅系及其以上泥巖發(fā)育地層水化膨脹，提高井壁化學(xué)穩(wěn)定性；（2）設(shè)計(jì)合理鉆井液密度，提高整個(gè)裸眼井段的井壁力學(xué)穩(wěn)定性；（3）提高地層的承壓能力，防止發(fā)生漏失。

1.3 不下技套鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析

紅153井區(qū)鉆井工藝由三開井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為二開井身結(jié)構(gòu)，鉆井液難題有以下幾個(gè)方面[4,5]：（1）裸眼段長(zhǎng)，地層侵泡時(shí)間長(zhǎng)，鉆遇地層有多套礫石層和泥巖地層，易發(fā)生井塌、縮徑、卡鉆。（2）侏羅系和石炭系地層薄弱，承壓能力較低，鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏的風(fēng)險(xiǎn)較高。因此，該區(qū)塊鉆井液應(yīng)具有很強(qiáng)的抑制性，防止含泥巖地層水化膨脹；同時(shí)應(yīng)具有良好的封堵能力，有效封堵地層微裂縫，形成低滲透率的致密泥餅，阻止液柱壓力向地層傳遞，穩(wěn)定井壁，保護(hù)好油氣層；最后應(yīng)具有較好的流變特性，滿足快速鉆井的要求。

2 室內(nèi)研究

2.1 鉆井液優(yōu)選

依據(jù)紅153井區(qū)地層特性，結(jié)合鉆井實(shí)際情況，二開鉆進(jìn)井段長(zhǎng)，常規(guī)聚磺鉆井液體系性能難以滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井要求。按照鉆井液優(yōu)選原則，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，確定二開井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系。鉀鈣基聚磺鉆井液體系是以聚磺鉆井液體系為基礎(chǔ)，進(jìn)一步強(qiáng)化鉆井液抑制能力，強(qiáng)化K+、Ca2+離子增效抑制作用，精選與之配套的處理劑，完善鉆井液流變控制技術(shù)形成了鉀鈣基聚磺鉆井液體系。

體系配方：

4%坂土+0.2%Na2CO3+0.5%KOH+0.6%~0.8%FA367+0.6%~0.8% SP-8+7%KCl+0.5%復(fù)配銨鹽+3%SMP-1（粉）+2%SPNH+0.5%CMC-LV+3%磺化瀝青+0.2%~0.5%CaO+2%QCX-1+1%+1%潤(rùn)滑劑+重晶石

鉀鈣基聚磺鉆井液由KOH和KCl提供K+，K+能有效的抑制泥頁(yè)巖的膨脹和分散。來(lái)自KOH或石灰中的OH-，比來(lái)自NaOH中的OH-，對(duì)泥頁(yè)巖的破壞或分散作用要小，同時(shí)引入CMC-LV進(jìn)一步改善體系空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)體系攜帶能力。

主控性能指標(biāo)：鉆井液性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 鉆井液性能指標(biāo)

2.2 鉆井液性能評(píng)價(jià)

2.2.1 常規(guī)性能

根據(jù)上述配方，室內(nèi)對(duì)鉀鈣基聚磺鉆井液體系的常規(guī)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并考察了不同密度下鉀鈣基體系的性能，結(jié)果分別列于表2、表3中。

表2 鉆井液性能指標(biāo)

表3 鉀鈣基體系不同密度下鉆井液性能

從表2、表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在鉆井液密度相同的條件下，鉀鈣基體系熱滾前后性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足二開段鉆井需要。

2.2.1 抑制性研究

1）膨脹率評(píng)價(jià)

將鉀鈣基聚磺鉆井液在150 ℃溫度下熱滾16 h，冷卻后采用泥頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。線性膨脹高度越小，則鉆井液的抑制性越好。為了進(jìn)行比較，使用同樣方法分別測(cè)定巖心在蒸餾水和常規(guī)聚磺鉆井液中的膨脹高度隨時(shí)間的變化。測(cè)試溫度均為室溫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和圖1。

表4 巖心在不同液體中的膨脹量

圖1 巖心在不同液體中的膨脹曲線

由表4和圖1可以看出，浸泡在鉀鈣基聚磺鉆井液中的巖樣，24 h后膨脹高度為0.68mm，且膨脹高度與時(shí)間關(guān)系曲線比較平緩；浸泡在聚磺鉆井液中的巖心，24 h膨脹量為1.33 mm；而浸泡在蒸餾水中的巖心，24 h后膨脹量高達(dá)1.79 mm。由此可見(jiàn)，研究所優(yōu)選的鉀基聚磺鉆井液具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖水化膨脹和分散的能力。

2）巖屑滾動(dòng)回收率評(píng)價(jià)

選取極易分散的過(guò)6目~10目篩網(wǎng)的鉆屑50 g，加入鉀鈣基聚磺鉆井液中。在150 ℃下熱滾16 h后，用40目篩網(wǎng)濕篩回收鉆屑并烘干至恒重，所回收的鉆屑質(zhì)量與初始鉆屑質(zhì)量之比即為頁(yè)巖回收率。頁(yè)巖回收率越高，抑制性越好。并用同樣的方法測(cè)出鉆屑在蒸餾水和常規(guī)聚磺鉆井液中的回收率。實(shí)驗(yàn)操作程序按中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 鉆屑在不同鉆井液中的回收率

從表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鉀鈣基聚磺鉆井液體系對(duì)鉆屑有很好的抑制分散的作用，鉆屑回收率高達(dá)85.2％，而鉆屑在聚磺體系中的滾動(dòng)回收率為33.6%，在蒸餾水中的滾動(dòng)回收率僅為19%。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以前期室內(nèi)研究為依據(jù)，采用鉀鈣基聚磺鉆井液作為紅153井區(qū)二開段鉆井液體系，合理控制鉆井液主控性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能和井徑情況進(jìn)行研究分析，考察該體系在二開井段的應(yīng)用效果。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果列于表6中。

表6 紅153井區(qū)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能

從表6可以看出，鉆井液密度控制在1.30以內(nèi)，整體流變性能良好，能夠滿足井眼凈化的要求，為快速鉆進(jìn)創(chuàng)造了良好條件，達(dá)到預(yù)期效果。

針對(duì)二開鉆井情況，對(duì)井1井徑作圖分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 1井二開段井徑曲線

從圖2可以看出，井1的井徑呈現(xiàn)一定的不規(guī)則，但其井徑擴(kuò)大率最大在10%以內(nèi)，能夠滿足井身質(zhì)量要求。因此所采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系旨在增強(qiáng)鉆井液的抑制性和封堵造壁性，防止地層造漿，井眼失穩(wěn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合紅153井區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)研究以及對(duì)不下技套鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析，以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)鉀鈣基聚磺鉆井液體系的常規(guī)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，確定二開井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系。鉀鈣基聚磺鉆井液整體流變性能較好，具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖水化膨脹和分散的能力，能夠達(dá)到清洗井眼的要求，在紅153井區(qū)快速鉆井得到了良好的應(yīng)用。

［1］艾貴稱.鉀鈣基陽(yáng)離子鉆井液技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2007,29(4).

［2］郭明賢,莊義江,胡曉津,等.聚磺鉀鹽鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2002，19（6）.

［3］喬?hào)|宇,段利波,張蔚,等.鉀鈣基聚磺鉆井液在滴403井的應(yīng)用[J].新疆石油科技,2008,18（2）.

［4］李益壽,劉光忠,汪軍英,喬國(guó)文,許尾.鉀鈣基鉆井液在吐哈西部區(qū)塊的研究應(yīng)用[J].新疆石油科技,2006,16（4）.

［5］余進(jìn),劉鵬,吳義成,黃凱,謝亮.火燒山油田北部區(qū)塊優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)鉆井液技術(shù)[J].新疆石油科技,2013,23（2）.

Application of Potassium Calcium Based Polysulfonate Drilling Fluid in Red 153 Well Area

1,2,3,3

（1. National Engineering Laboratory of Petroleum Drilling Technology, Leak Resistance & Sealing Technology Research Department, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100，China； 2. Xinjiang Oil Field Company Development Branch, Xinjiang Karamay 834000，China；3.Xinjiang Oilfield Company Engineering Technology Department, Xinjiang Karamay 834000，China）

The drilling fluid technology laboratory experiment was carried out in view of the difficult problem of the two-open well structure in Xinjiang oilfield. Geological characteristics of the block were analyzed as well as drilling fluid technical difficulties, calcium potassium polysulfonate drilling fluid system was selected for the block. Combined with laboratory experiments, the distilled water, conventional polysulfonate drilling fluid and potassium calcium polysulfonate drilling fluid were tested with shale swelling experiment method. It's found that the expansion height of the rock soaked in potassium calcium polysulfonate drilling fluid for 24 h was 0.68 mm. It's concluded that potassium based sulfonate drilling fluid has strong ability to inhibit shale hydration, expansion and dispersion. At the same time, the cuttings roller recovery was evaluated. The results show that the potassium calcium based polysulfonate drilling fluid system has good effect on inhibiting the dispersion of drilling cuttings. The recovery rate of drilling cuttings is as high as 85.2%, which has been well applied in the field.

Calcium potassium based polysulfonate;Leak proof;Wellbore stability

TE 357

A

1671-0460（2017）08-1690-03

2017-06-06

杜洪韜（1992-），男，碩士研究生，研究方向：防漏堵漏。E-mail：incredibletroy@163.com。