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        高黏低固相鉆井液體系研究與應(yīng)用

        2018-12-12 08:35:46黃旭平韓成福陳明勇中石油川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司陜西西安710018
        關(guān)鍵詞:失劑泥餅隴東

        黃旭平,韓成福,陳明勇 (中石油川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司,陜西 西安 710018)

        目前,中國逐步對水平穿越大段泥頁巖相關(guān)的鉆井液防塌及井壁穩(wěn)定機(jī)理加強(qiáng)研究,但普遍認(rèn)為應(yīng)該以物理防塌為主,封堵抑制為輔,所以導(dǎo)致各復(fù)雜區(qū)域施工井鉆井液密度逐年升高[1,2]。近年來,隨著水平井的增多,在鄂爾多斯盆地多個(gè)構(gòu)造水平段穿越長段泥頁巖時(shí),發(fā)生了不同程度的井壁失穩(wěn),以致無法保證安全鉆進(jìn),成為制約鉆井提速的瓶頸[3,4]。近期,在位于長慶油田隴東伊陜斜坡多口水平氣井水平段應(yīng)用高黏低固相鉆井液技術(shù),通過對井壁穩(wěn)定新技術(shù)研究和探索,創(chuàng)優(yōu)效果明顯。

        1 隴東氣田氣井水平段鉆井技術(shù)難點(diǎn)

        圖1 山西組石英砂巖巖屑放大對比圖

        目的層埋藏較深,井底溫度高。目的層山西組埋藏較深,垂深一般在4200~4300m之間。目的層鉆進(jìn)過程中,井底溫度在120~130℃,高溫對鉆井液性能的影響大。山西組可鉆性差,施工周期長。山西組砂巖中石英含量高(圖1),導(dǎo)致鉆頭磨損嚴(yán)重,單只鉆頭進(jìn)尺少,起下鉆頻繁,鉆井周期長導(dǎo)致鉆井液維護(hù)難度大。水平段滑動(dòng)頻繁,滑動(dòng)進(jìn)尺和純鉆時(shí)間長。近水平段氣層薄,泥巖鉆遇率高,軌跡調(diào)整頻繁,定向鉆進(jìn)段多,5%的滑動(dòng)進(jìn)尺占用了20%的鉆進(jìn)時(shí)效,長時(shí)間的滑動(dòng)對鉆井液潤滑性能要求高。水平氣井完井方式多采用裸眼封隔器,井下安全要求高。因隴東水平氣井目的層較深,常規(guī)完井方式不能滿足試采需求,因此采用裸眼封隔器或懸掛尾管固井的方式完井,對井下安全、井眼軌跡、鉆井液性能要求高。

        2 關(guān)鍵處理劑優(yōu)選及性能評價(jià)

        2.1 防塌封堵劑線性膨脹率測試

        圖2 不同防塌封堵劑線性膨脹率測定

        通過測量幾種防塌封堵劑的線性膨脹率變化,優(yōu)選出主要防塌封堵劑。測試結(jié)果如圖2所示,3%FT-342和3%SFT-1的線性膨脹率最低,分別為38%、27%,綜合考慮抗溫、抗鹽能力,優(yōu)選SFT-1為主要防塌封堵劑。

        2.2 聚合物降濾失劑效果對比

        鉆井液基漿:清水+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.1%燒堿+6%瀝青粉SFT+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細(xì)鈣ZDS +10%重晶石。分別加入降濾失劑JMP-1、SH-1、JT-1進(jìn)行試驗(yàn)對比(表1),SH-1的降濾失量效果最好,同時(shí)SH-1的表觀黏度最高,因此優(yōu)選出SH-1作為成膜類降濾失劑。

        表1 聚合物類降濾失劑降濾失性能評價(jià)

        2.3 封堵性能優(yōu)化

        圖3 加入聚合物后泥餅對比圖

        采用不同粒徑軟性粒子填充,在防塌同時(shí)形成優(yōu)質(zhì)泥餅,提高滑動(dòng)施工效率。提高SFT質(zhì)量分?jǐn)?shù),由常規(guī)的3%~5%提高至6%~8%。將瀝青、超細(xì)鈣、酚醛樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1∶1∶1調(diào)整到2∶1∶1。復(fù)配納米級石墨和超細(xì)鈣加強(qiáng)封堵,聚合物類膠體填充空隙,同時(shí)形成一層疏水的高分子膜,從而起到降摩減阻作用。圖3是加入聚合物后泥餅對比圖,體系中加入不同分子鏈聚合物在鉆井液中形成立體網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu),且隨著加量的增加,形成的膜結(jié)構(gòu)更加致密,提高致密柔韌性,降低鉆井液滲濾作用。

        2.4 體系配方確定

        根據(jù)測試對比結(jié)果,確定配方為:清水+0.1%燒堿+0.2%聚陰離子纖維素PAC+0.2%提切劑XCD+0.2%降濾失劑SH-1+6%瀝青粉SFT-1+2%磺化酚醛樹脂SMP-2+4%超細(xì)鈣ZDS+重晶石。

        2.5 滾動(dòng)回收率分析

        稱取粒徑為0.9~2.0mm的石千峰頁巖50g分別與高黏低固相鉆井液、聚磺鉆井液、復(fù)合鹽鉆井液混合,在130℃×16h條件下熱滾老化,用孔徑0.45mm篩網(wǎng)回收,100℃下烘干4h,冷卻稱量計(jì)算一次滾動(dòng)回收率,用清水重復(fù)試驗(yàn)并計(jì)算二次滾動(dòng)回收率,結(jié)果如表2所示。高黏低固相鉆井液泥頁巖滾動(dòng)回收率遠(yuǎn)高于聚磺體系,略低于復(fù)合鹽體系,具有較強(qiáng)抑制水化分散能力。

        表2 3種鉆井液體系泥頁巖滾動(dòng)回收量及回收率

        2.6 熱穩(wěn)定性分析

        測試高黏低固相鉆井液熱滾前后的性能,結(jié)果如表3所示。在室溫下具有較好的流變性能和較低的濾失量,在130℃老化后,其表觀黏度、塑性黏度、動(dòng)切力稍有降低,但濾失量表現(xiàn)良好,該體系具有良好的熱穩(wěn)定性。

        表3 120℃滾動(dòng)前后熱穩(wěn)定性對比

        3 高黏低固相鉆井液體系的應(yīng)用

        圖4 2種鉆井液體系應(yīng)用對比

        圖5 隴東氣田水平段鉆井參數(shù)對比

        1)與聚磺有機(jī)鹽體系對比(圖4),在同區(qū)域施工井中高黏低固相鉆井液密度保持穩(wěn)定(1.09~1.16g/cm3),漏斗黏度高(60~75s)。

        2)在隴東氣田多口井水平段應(yīng)用中,高黏低固相鉆井液體系有效弱化塌漏矛盾。水平段機(jī)械鉆速提高51.98%(圖5)。

        4 結(jié)論與建議

        1)高黏低固相鉆井液體系通過材料優(yōu)選、配方優(yōu)化逐步形成一套成熟體系和配套技術(shù)措施,有效地提高了機(jī)械鉆速。

        2)通過配方調(diào)整提高封堵防塌能力,從而解決塌漏矛盾。

        3)優(yōu)選乳化瀝青,納米級石墨等軟性粒子填充形成泥餅,復(fù)配不同分子鏈的聚合物,有效封堵護(hù)壁。

        4)高黏低固相鉆井液根據(jù)其特性,值得在塌漏共存區(qū)域通過改善泥餅加強(qiáng)封堵降低鉆井液密度來解決此矛盾。

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