陳華

（中國石油集團川慶鉆探長慶鉆井總公司，西安710018）

井漏是鉆井過程中最為普遍的井下事故，長期的實踐、研究已經(jīng)形成了一系列堵漏及預防措施來應對這一問題[1-2]。然而，對于蘇里格氣田，隨著開發(fā)的不斷進行，地層壓力因采氣而逐漸下降，導致后續(xù)鉆井過程中的漏失嚴重，而且斜井段垮塌事故頻發(fā)[3]，漏失、垮塌矛盾突出，嚴重影響蘇里格氣田水平井鉆井施工[4]。2012～2015年在蘇里格氣田施工完成的62口水平井，其中28口井在鉆至斜井段時發(fā)生漏失，井漏復雜率高達45.16%。尤其是在蘇54區(qū)塊，該區(qū)塊共完成4口水平井，均發(fā)生大型井漏，水平井斜井段施工中漏失、垮塌同層出現(xiàn)。大斜度井段的雙石層組地層坍塌壓力高，降低鉆井液密度后易發(fā)生井塌，降低排量易導致砂堵卡鉆[5]。加入堵漏劑后，鉆井液體系潤滑效果變差并且容易引起托壓或黏附卡鉆[6]，嚴重影響鉆井施工進度。為解決蘇里格區(qū)塊漏失、垮塌矛盾突出的技術難題，通過室內(nèi)研究對已有鉆井液體系進行了改進，增強了鉆井液的抑制性和封堵性，有效降低了該地區(qū)鉆井漏失、垮塌事故的發(fā)生。

1 防漏防塌鉆井液體系配方的確定

復合鹽鉆井液體系具有抑制性強、防塌性好等特點[7-8]，前期在蘇里格氣田水平井施工中取得了較好效果。故以原復合鹽體系（聚合物井漿+（0.3%～0.5%）PAC141+（3%～4%）改性淀粉GD-K+（2%～3%）磺化瀝青+3%超細碳酸鈣（1 250目，粒徑為 12 μm）+（8%～10%）甲酸鈉 +（10%～15%）NaCl）為基礎，進行有針對性的配方優(yōu)化，以達到提高體系防漏、堵漏性能的目的。

1.1 抑制劑優(yōu)選

1）抑制劑溶液活度實驗。為了突出體系的強抑制防塌性，對主要鹽類抑制劑進行了優(yōu)選。鹽類抑制劑的抑制性首先表現(xiàn)在降低鉆井液水活度[9]，表1為常用鹽類抑制劑的活度評價結果。隨著濃度增大，鹽類抑制劑水溶液活度逐漸減小，相同濃度下氯化鈉溶液的水活度最小。

表1 不同濃度鹽類抑制劑水溶液活度值對比

2）抑制劑防塌性能評價。鹽類抑制劑的抑制性除了體現(xiàn)在降低鉆井液水活度外，還表現(xiàn)在對滲透水化的抑制作用[10-11]。用自來水配制不同鹽類抑制劑的溶液，采用直羅組巖樣，在模擬井底86 ℃熱滾16 h后測試一次滾動回收率，結果見圖1。

圖1 鹽類抑制劑一次回收率對比

由圖1可知，高濃度有機鹽溶液中巖樣的一次回收率均大于對應的無機鹽，而且鉀鹽的巖樣回收率均大于對應的鈉鹽。因此，初步將原體系中8%～10%的甲酸鈉含量提高為10%～15%，將10%～15%的氯化鈉改為8%～10%的氯化鉀，以保持與原體系具有相似的密度。

1.2 封堵劑優(yōu)選

1）剛性封堵材料。為了增強體系的封堵性能，將原體系中1 250目超細碳酸鈣改為3 000目的（粒徑為5 μm），以提高泥餅質(zhì)量。對比不同加量下的鉆井液濾失量變化情況，如圖2所示。隨著超細碳酸鈣濃度增加，濾失量逐漸降低，加量達到2%～3%時，不同時間對應的濾失量接近。

圖2 超細碳酸鈣加量對基漿濾失量的影響

2）柔性封堵材料。為了進一步提高體系的封堵性能，對原有體系中的磺化瀝青進行了優(yōu)化。從評價結果（圖3和圖4）可以看出，3%乳化瀝青具有更好的封堵效果，且1%聚乙二醇的加入可大幅度降低體系的濾失量。

3）封堵劑組合優(yōu)選與評價。按照正交設計方法，進行剛性材料與可變形封堵劑復配實驗，利用高溫高壓失水儀在80 ℃下測定各種封堵配方的封堵性能，見圖5。可以看出，乳化瀝青和超細碳酸鈣的最優(yōu)組合為2%+3%，并配合1%的聚乙二醇使用。

圖3 不同磺化材料對基漿濾失量的影響

圖4 不同含量聚乙二醇對基漿濾失量的影響

圖5 封堵材料配比優(yōu)化

1.3 白土護壁性

從形成泥餅的機理上看，井壁上能否形成優(yōu)質(zhì)的泥餅，是鉆井液護壁性的根本體現(xiàn)，同時也是加強鉆井液封堵性的一種有利補充，而白土黏性細顆粒正是形成優(yōu)質(zhì)泥餅的重要部分。所以在不影響原性能的基礎上，在復合鹽體系中加入適量白土，形成優(yōu)質(zhì)泥餅，提高體系封堵性和護壁性，在低密度下保證井壁穩(wěn)定性。采用高溫高壓失水儀進行濾失性測試，并對形成的濾餅進行清水透過率測試見表2。由表2可知，加入1%水化24 h的白土后，井漿初濾失時間延長將近1倍，30 min的濾失量從2.6 mL降低到2.0 mL，濾失量降低23%，說明預水化白土的加入可提高體系的初始封堵和堵實效果。

表2 白土對體系封堵性影響評價

1.4 白土與鹽類抑制劑的兼容性評價

白土可以有效提高體系的護壁性和封堵性，增強體系的防塌性，但一定量的白土與鹽會發(fā)生反應，發(fā)生鹽侵稠化，導致鉆井液黏度增大，所以對原體系中加入白土后的性能變化需要進行實驗評價。根據(jù)實際需要以白土含量為3%的白土漿為基漿，在室內(nèi)與氯化鈉、氯化鉀、甲酸鈉、甲酸鉀進行實驗，檢驗鹽類抑制劑對白土漿性能的影響，評價結果如圖6～圖8所示。

圖6 鹽類抑制劑對白土漿表觀黏度的影響

從圖6～圖8中可以看到，當鹽類抑制劑濃度在0～2%范圍內(nèi)時，隨著鹽類抑制劑濃度的升高，體系的表觀黏度、動切力及塑性黏度明顯升高，尤其是甲酸鉀和氯化鉀表現(xiàn)得最為突出，鹽濃度超過4.0%后，增大鹽濃度對體系的表觀黏度影響變得不太明顯。這是因為鹽類抑制劑的加入壓縮了黏土的擴散雙電層，使其Zeta電位降低，水化膜變薄，黏土顆粒之間形成網(wǎng)架結構，導致鉆井液黏度和動切力上升。當鹽類抑制劑濃度增大到一定程度后，黏土顆粒面-面聯(lián)結，黏土分散程度明顯降低，從而使黏度和動切力下降。

圖7 鹽類對白土漿塑性黏度的影響

圖8 鹽類對白土漿動切力的影響

結合室內(nèi)實驗，為在鹽類抑制劑含量高于4%的基漿中加入不同濃度的白土，按照GB/T 16783.1—2006對該鉆井液體系進行相關性能的評價，測試結果見表3。

表3 原漿中加入不同含量白土后性能對比

由表3可以看出，白土含量超過5%后，體系的表觀黏度和塑性黏度明顯升高，會影響機械鉆速，降低滑動效率，增加黏附卡鉆的風險。且體系的初始封堵和堵實效果變化不大。所以白土的加量應以5%為上限，實際操作中通過亞甲基藍法來確定鉆井液中的白土含量。

通過以上的評價實驗確定斜井段防漏復合鹽體系配方及轉(zhuǎn)化方法：原漿內(nèi)先加入（0.3%～0.5%）PAC141+（3%～4%）GD-K+2%乳化瀝青+3%超細碳酸鈣（3 000目）+1%聚乙二醇，轉(zhuǎn)化體系10 h后加入0.1%NaOH、（10%～15%）甲酸鈉和（8%～10%）KCl，井斜30°以后開始混入白土含量為2%～3%的預水化白土漿。

2 現(xiàn)場應用及效果

2016年應用斜井段防漏防塌鉆井液技術在蘇54區(qū)塊完成8口水平井施工，斜井段施工正常，電測成功率100%。斜井段鉆井液密度下降后，堵漏時間縮短16.23 d，堵漏成本減少150萬元，鉆井周期縮短18.83 d，全井鉆井周期縮短11.17 d。以蘇54-25-106H2井為例，該井從斜井段開始使用該鉆井液技術，在3 166 m開始轉(zhuǎn)化鉆井液，鉆進過程中隨著井深和井斜增加，逐漸提高鉆井液性能，井斜30°前，由于石千峰組造漿嚴重，甲酸鈉含量增至12%，KCl含量增至8%，并加入1%聚乙二醇，協(xié)同防塌，鉆井液抑制性大大增強，鉆屑成形；井斜45°時，甲酸鈉含量增至15%，KCl含量增至10%，同時加入3% 3 000目的超細碳酸鈣和2%乳化瀝青提高鉆井液封堵性；另外，井斜大于30°之后加入白土含量為2%～3%的預水化白土漿，改善泥餅質(zhì)量，提前防漏。完鉆鉆井液密度僅1.18～1.19 g/cm3，相對改進之前的完鉆鉆井液密度降低了0.10～0.12 g/cm3，一定程度地降低了漏失概率，且井壁穩(wěn)定，完鉆短程起下鉆及完井管串下入順利，電測成功率100%，實現(xiàn)了本區(qū)塊低密度情況下的防塌目的。其井斜為17°～89°的斜井段施工鉆井液性能如表4所示。

3 結論

1.通過對原復合鹽體系的改進，提高甲酸鈉含量至10%～15%， 使用氯化鉀替代工業(yè)鹽，強化了體系抑制性；使用2%乳化瀝青+3%超細碳酸鈣（3 000目），替代磺化瀝青及1 250目超細碳酸鈣，增強體系的封堵能力；配合使用1%聚乙二醇，依靠其濁點效應達到協(xié)同防塌和強化封堵的目的。

表4 蘇54-25-106H2井斜井段鉆井液性能參數(shù)

2．井斜30°后加入適量預水化白土漿，加入后及時測定鉆井液白土含量，使其控制在5%以內(nèi)，從而有效地增強體系的護壁性，同時提高鉆井液的動切力，增強了其攜砂洗井的能力。

參 考 文 獻

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