楊國(guó)棟(中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司吐哈鉆井公司，新疆 鄯善 838200)

1 前期施工概況

前期完成井主要存在以下難點(diǎn)：(1)新近系底部、古近系上部和中下部地層膏質(zhì)泥巖發(fā)育，易膨脹縮徑、污染鉆井液性能，阻卡問(wèn)題較多。(2)侏羅系J2x、J1b煤層發(fā)育，易坍塌；三疊系T1j和二疊系P3wt水敏性泥巖，易剝落坍塌，形成大肚子井眼。(3)侏羅系煤系地層容易發(fā)生漏失；J2t-J2x、J1b-T2k、P3wt-P2l界面不整合，承壓能力低易漏。(4)水平段延長(zhǎng)，長(zhǎng)斜井段巖屑懸浮攜帶和潤(rùn)滑防卡問(wèn)題突出。

2 室內(nèi)研究

2.1 膏質(zhì)泥巖地層研究

2.1.1 礦物組分分析

對(duì)新近系-古近系膏質(zhì)泥巖樣品進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果表明：該地層膏質(zhì)泥巖礦物組分主要為硬石膏(CaSO4)和粘土，含少量石膏(CaSO4·2H2O)；粘土礦物伊蒙混層為主，易水化膨脹。

2.1.2 理化特性及復(fù)雜機(jī)理

(1)硬石膏(CaSO4)填充于泥巖孔隙和微裂縫中，吸水后變?yōu)樯?CaSO4·2H2O)，體積增26%左右；該地層泥巖自身也易水化膨脹導(dǎo)致縮徑。(2)石膏溶解產(chǎn)生Ca2+，對(duì)鉆井液造成污染，導(dǎo)致粘切、失水升高，流態(tài)變差。

2.1.3 主處理劑優(yōu)選

(1)確定復(fù)合鹽配比。分別測(cè)定三種鹽在不同配比下對(duì)應(yīng)的巖心膨脹量變化，得出：當(dāng)NaCl濃度達(dá)到15%～20%后，Weigh2加量5%即能滿足抑制需要，繼續(xù)提高加量膨脹趨勢(shì)減弱。綜合考慮，確定復(fù)合鹽最優(yōu)配比：7%KCl+15-20%NaCl+5%Weigh2。

(2)優(yōu)選包被抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明：IND10抑制泥巖水化分散效果最佳，最優(yōu)加量為0.6%～0.8%。

(3)優(yōu)選抗鹽降失水劑。實(shí)驗(yàn)表明：Redu1和SP-8抗鹽降失水效果好，最優(yōu)加量均1%～1.5%。SP-8具有一定的調(diào)流型降粘作用，Redu1具有一定的增粘作用，粘切較低時(shí)護(hù)膠效果顯著。

(4)復(fù)合鹽體系基礎(chǔ)配方確定：清水+4%土粉+0.5%NaOH+0.6-0.8%IND10+1-1.5%SP-8(Redu1)+7%KCl+15-20%NaCl+5%Weigh2。

2.1.4 基礎(chǔ)配方性能評(píng)價(jià)

表1 抑制性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

表2 抗污染性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

優(yōu)化后的配方抑制泥巖水化膨脹、分散能力更強(qiáng)，具有較強(qiáng)的抗粘土、抗鈣污染能力。

2.2 易塌易漏地層研究

2.2.1 地層三壓力分析

韭菜園組、梧桐溝組地層坍塌壓力相對(duì)較高(平均1.38～1.45g/cm3)，井壁穩(wěn)定性較差。結(jié)合已完成井施工情況，韭菜園組及以下井段鉆井液密度需保持在1.50～1.60g/cm3。

2.2.2 巖石礦物組分分析

通過(guò)全巖X射線衍射和電鏡掃描分析，得出以下結(jié)論：(1)該區(qū)域地層粘土礦物含量偏高，伊蒙混層為主，地層水敏性強(qiáng)，易水化膨脹分散。

(2)J2x、J1b屬于強(qiáng)分散中等膨脹地層；T1j-P3wt屬于強(qiáng)分散中膨脹地層；P2l屬于中分散弱膨脹地層。

(3)煤系地層膠結(jié)疏松、孔隙較大，易塌易漏；P3wt地層微裂縫發(fā)育，充填膨脹性礦物組分較多，膠結(jié)強(qiáng)度差。

2.2.3 井壁失穩(wěn)機(jī)理

(1)J2x、J1b煤系地層孔隙、裂縫發(fā)育，膠結(jié)疏松，濾液侵入后加速粘土礦物水化效應(yīng)，易形成大面積垮塌。

(2)T1j-P3wt地層坍塌壓力較高，粘土礦物含量高，伊蒙混層為主，易水化分散使巖石強(qiáng)度下降，導(dǎo)致剝落坍塌。

(3)侏羅系煤系地層和各不整合面承壓能力低，容易發(fā)生漏失；P3wt、P2l孔隙、微裂縫發(fā)育易漏。

2.2.4 防塌性能優(yōu)化

表3 防塌瀝青軟化點(diǎn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，垂深2000米前用KR-n、NFA-25封堵效果好；2000米后， KH-n能起到更好的封堵防塌效果，最優(yōu)加量2%～3%。復(fù)配2%超微粉，能進(jìn)一步提高封堵造壁性。

2.3 水平段井眼凈化技術(shù)研究

2.3.1 巖屑運(yùn)移規(guī)律研究

(1)造斜段：鉆桿在井眼高邊，高流速泥漿位于低邊攜帶鉆屑。0～45°：返速達(dá)到1.04～1.34m/s即能滿足攜帶；大于45°：巖屑床沉積，隨井斜增大厚度增加。

(2)水平段：鉆桿位于井眼低邊，高流速泥漿位于高邊，攜帶鉆屑較困難。利用鉆具的轉(zhuǎn)動(dòng)和泥漿性能混合形成的粘性耦合作用使巖屑運(yùn)移到流速較高的泥漿中。

2.3.2 鉆井液流變參數(shù)優(yōu)選

研究表明，井斜小于45°層流效果最好，45～65°層流和紊流效果相同，65～90°紊流效果好。但實(shí)際很難形成紊流，且紊流沖刷嚴(yán)重，不利于井壁穩(wěn)定。故采用平板型層流，通過(guò)提高低剪切粘度滿足攜帶，主要是提高動(dòng)塑比和φ6值。動(dòng)塑比保持在0.36～0.7，φ6保持在8～10 最佳。

2.3.3 優(yōu)選提切劑

選用以下四種常用提切劑進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)，測(cè)量120℃、16h熱滾前后的流變性能：

表4 提切劑優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)

TCLT-1、AP220具有較高的動(dòng)塑比，熱穩(wěn)定性良好，φ6能提高至8以上；AP220在提切的同時(shí)對(duì)表觀粘度影響較小。

2.3.4 優(yōu)選潤(rùn)滑劑

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用潤(rùn)滑劑進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比：液體潤(rùn)滑劑中LU-99潤(rùn)滑性最好，復(fù)配2%固體潤(rùn)滑劑后潤(rùn)滑性明顯提升。最優(yōu)配比：3%LU-99+2%PGCS-1+2%石墨粉。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2019年，該技術(shù)在新疆油田吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)累計(jì)應(yīng)用11口水平井，整體應(yīng)用情況如表5：

表5 水平井整體應(yīng)用情況

(1)相比應(yīng)用前事故復(fù)雜率減少6.53個(gè)百分點(diǎn)，鉆井液成本降低88.18元/米。

(2)優(yōu)化后的鉆井液抑制性明顯增強(qiáng)，返出鉆屑成型規(guī)整；上部膏質(zhì)泥巖地層阻卡復(fù)雜率減少3.13%；水平段潤(rùn)滑性改善顯著，起下鉆遇阻次數(shù)減少，最大摩阻降低44.5%。

(3)單井指標(biāo)多次刷新新疆油田吉木薩爾頁(yè)巖油指標(biāo)：J10057_H井，創(chuàng)新疆油田水基泥漿水平段最長(zhǎng)、水平段周期最短等多項(xiàng)紀(jì)錄；JHW152井，創(chuàng)吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)三開水平井斜井段用時(shí)最短紀(jì)錄。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)吉木薩爾頁(yè)巖油水平井復(fù)合鹽鉆井液技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行分析研究。應(yīng)用結(jié)果表明，取得了顯著效果。單井指標(biāo)多次刷新新疆油田吉木薩爾頁(yè)巖油指標(biāo)：J10057_H井，創(chuàng)新疆油田水基泥漿水平段最長(zhǎng)、水平段周期最短等多項(xiàng)紀(jì)錄；JHW152井，創(chuàng)吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)三開水平井斜井段用時(shí)最短紀(jì)錄。