熊雪蓮 宋光明(中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院,四川 德陽 618000)
中江-高廟構(gòu)造施工井以上沙溪廟組或下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼,上部蓬萊鎮(zhèn)組,井深約1600m;以下沙溪廟組為目的層的Φ311.15mm井眼封上沙溪廟組中下部3000m左右。中江-高廟構(gòu)造地質(zhì)情況復(fù)雜,斷層多,殘存構(gòu)造應(yīng)力極其發(fā)育,巖石破碎且膠結(jié)強度極低,地層傾角大。
中江-高廟構(gòu)造施工井中,在起下鉆、測井時發(fā)生阻卡,由此增加劃眼、通井工作量。其中Φ311.15mm井眼段每口井都遇阻卡。起下鉆阻卡問題成了中江-高廟構(gòu)造施工井提質(zhì)提速提效的攔路虎。中江-高廟地區(qū)施工的以沙溪廟為目的層的井,每口井均存在起下鉆遇阻劃眼問題,蓬萊鎮(zhèn)及以淺地層常遇泥團;以及深地層常遇井壁失穩(wěn)產(chǎn)生掉塊,起下鉆遇阻卡問題;目的層水平段沙溪廟組頂部砂泥巖互層井段井壁失穩(wěn)帶來的起下鉆組卡問題尤為突出。從2015年開始,著重鉀石灰體系的室內(nèi)研究及現(xiàn)場應(yīng)用,逐年優(yōu)選材料完善體系配方,至2019年,井下復(fù)雜情況逐年下降。
中江-高廟地區(qū)的巖屑水化膨脹量不是很大,但由于伊利石、蒙脫石的膨脹量不一致,易引起受力不均,極易導(dǎo)致泥頁巖沿層理分散碎裂。取該區(qū)塊巖屑,做巖屑膨脹率實驗,實驗結(jié)果如表1所示。
針對目的層沙溪廟組水平段鉆井液技術(shù)難點,分析認為提高鉆井液的封堵防塌、抑制潤滑防卡性能是鉆井液技術(shù)的重點。針對該地層水敏特性,采用小分子抑制劑NH-1、加入KCl以及包被抑制劑(FA367、KHPAM、HRH),使體系具有抗鹽、強包被抑制性;采用樹脂-瀝青類封堵固壁、固-液潤滑等材料協(xié)同作用達到封堵防塌防卡的要求。
根據(jù)目的層高壓氣層特點,確定鉆遇水平段鉆井液基礎(chǔ)配方:2%~3%坂土漿 + 0.05%~0.1% KPAM + 0.05%~0.1% FA367 +0.05%~0.3% HRH + 0.1%~0.3% PAC-LV + 2%~3% FSL150-LV +3%~5% JNJS220 + 1.5%~3% SMP-Ⅲ + 1% FT-1 + 2% DYFT-2 +0.3%~0.5% NH-1 + 1%~3%聚合醇 + 5%~7% KCl + 0.3% CNLF1 + 0.3% CaO(簡稱“基漿”)。
2.2.1 封堵性能優(yōu)化
高溫高壓砂床濾失實驗對封堵劑進行優(yōu)選。通過材料優(yōu)選,選用超細碳酸鈣CaCO3(800目:1200目:2500目=2:1:1)作為剛性粒子封堵劑;優(yōu)選出FDFT-1、NS-1、FDM-1作為軟性粒子并對其加量進行優(yōu)化。測試1:采用71型高溫高壓失水儀評價。在濾網(wǎng)上放入與其內(nèi)徑面積一樣大的紗布,倒入不同粒徑的石英砂壓平,再倒入配制好的鉆井液,按高溫高壓失水方法測定濾失量記錄數(shù)據(jù)FL1,實驗條件150℃/30min,壓差3.5MPa,待冷卻后緩慢倒出杯體鉆井液,注入蒸餾水,在相同條件下測定濾失量記錄數(shù)據(jù)FL2。測試2:測定體系配方中壓失水記錄數(shù)據(jù)FL3,并記錄初失水時間,結(jié)果如表2所示。
由表2得出,添加單劑對體系封堵均有顯著效果。而采取剛性離子和軟性粒子協(xié)同使用使用效果更佳。基于成本考慮優(yōu)選配方1:基漿+2%CaCO3+1.0% FDFT-1+1.0%NS-1+0.5%FDM-1。
表1 巖屑膨脹率實驗
表2 封堵防塌劑優(yōu)選實驗
2.2.2 潤滑性能優(yōu)化
目的層沙溪廟絕大多數(shù)為水平段鉆進,鉆井液密度高,必須加強水平段潤滑性能,通過材料優(yōu)選出高密度極壓潤滑劑、鉆井液用套管減摩劑、RH-220、RH200、固體潤滑劑石墨粉作為潤滑劑,OP-10為乳化劑;加重至2.00g/cm3,對加量優(yōu)選,如表3所示。
由表3得出,在配方1加重后基礎(chǔ)上,單劑對摩阻具有明顯降低效果,使用固-液協(xié)同的潤滑性能明顯優(yōu)于單劑,基于成本,優(yōu)選出固-液協(xié)同潤滑的配方2:配方1+0.5%高密度極壓潤滑劑+3%RH-200+2%RH-220+0.5%鉆井液用套管減摩劑 +1%石墨粉+0.5%OP-10,密度2.00g/cm3。
2.2.3 抑制性評價
對配方2做頁巖膨脹性實驗和巖屑滾動回收率,評價體系的抑制性能,結(jié)果如表4所示。
由表4得出,配方2的頁巖膨脹率顯著低于清水,二次頁巖回收率達98.7%,說明該體系的抑制性優(yōu)良。
表3 固液協(xié)同潤滑性能優(yōu)化
表4 抑制性能評價
2.2.4 高溫沉降穩(wěn)定性
通過高溫?zé)釢L來評價體系的流變性和沉降穩(wěn)定性。測量沉降穩(wěn)定性方法:將體系在150℃下熱滾16h、24h、48h、72h后,靜置24h,測上下密度差值,以及全套性能。由實驗得知,體系熱滾前后粘切和失水均無大的波動。動切力均大于14 Pa,上下密度差為0,沉降穩(wěn)定性好,能滿足水平段鉆進過程中所需的良好攜砂性能。
江沙33-44HF井,是川西采氣廠在四川盆地川西坳陷東部斜坡回龍構(gòu)造部署的一口水平井,完鉆井深為3566m,完鉆層位為下沙溪廟組。
該井導(dǎo)管鉆進使用Φ444.5mm鉆頭,鉆至井深422m,順利下套管固井順利;使用Φ311.2mm鉆頭一開鉆進,鉆至井深422m,一開完鉆,下套管至井底固井;使用Φ241.3mm鉆頭二開鉆進至2614m;使用Φ152.4mm鉆頭三開鉆進鉆至井深3566m,鉆頭出井口全井完鉆。
抑制性強化:在上部泥巖為主的井段增加大分子抑制劑含量,配合小分子的聚合物,增強抑制性同時控制濾失量。一開井段(泥巖段)控制K+含量>25000mg/L,同時加入小分子抑制劑NH-1。二開井段(砂、泥巖互層)控制K+含量>18000mg/L。
封堵性調(diào)整:優(yōu)選不同軟化點的瀝青,同時配合其他封堵材料,以適應(yīng)地層不同孔隙或微裂縫的需要。
強化鉆井液的失水造壁性:控制好HTHP以及API失水,尤其是易垮塌或已發(fā)生井壁失穩(wěn)的井段,HTHP(150℃)濾失量≤7.0mL,API濾失量≤3.0mL。
控制好合理的鉆井液密度:根據(jù)實鉆情況結(jié)合以往的施工井取得的成功經(jīng)驗,在鉆進過程中隨地層的變化,階梯式的提高鉆井液密度。在蓬萊鎮(zhèn)組密度控制在1.56~1.88g/cm3,遂寧組密度控制在1.84~1.90g/cm3,沙溪廟組密度則控制在2.0~2.05g/cm3,避免因鉆井液物理支撐不夠而導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。
江沙33-44HF,使用鉀石灰聚磺防塌體系,做到提前防塌、強化治塌,在水平段能保證井眼清潔,防粘卡,整個二開井段鉆井過程中未發(fā)生起下鉆遇阻及劃眼情況。
通過抑制性、封堵性、潤滑性的優(yōu)化,得出了中江-高廟地區(qū)水平井防塌鉆井液配方為:2%~3%坂土漿+0.05%~0.1%聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)+0.05%~0.1%兩性離子聚合物包被劑(FA367) +0.05%~0.3%有機高分子絮凝劑(HRH)+0.1%~0.3%聚陰離子纖維素(PAC-LV)+0.3%~0.5%聚胺抑制防塌劑(NH-1)+2%~3%抗高溫改性淀粉(FSL150-LV)+3%~5%改性天然瀝青樹脂復(fù)合物(JNJS220)+1.5%~3%磺化酚醛樹脂(SMP-Ⅲ)+2%瀝青樹脂復(fù)合物(DYFT-2)+1%磺化瀝青粉(FT-1) +1.0%封堵防塌劑(FDFT-1)+1.0%納米封堵劑(NS-1)+2%超細碳酸鈣(CaCO3)+0.3%抗高溫減稠劑(CN-LF1)+0.5%高密度極壓潤滑劑+3%抗高溫抗鹽油基潤滑劑(RH-200)+2%改性油酸酯潤滑劑(RH-220)+0.5%鉆井液用套管減摩劑+1%石墨粉+1%~3%聚合醇+0.5%OP-10+0.5%成膜封堵劑(FDM-1)+5%~7% KCl+0.3%CaO,根據(jù)井深及地層調(diào)節(jié)密度及加量。
中江-高廟地區(qū)施工井中,合理的鉆井液密度是確保井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵點之一。
通過江沙33-44HF現(xiàn)場應(yīng)用表明,二開定向及水平井段的井壁失穩(wěn)問題已經(jīng)基本解決。