李 暉

強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液研究及在吉木薩爾區(qū)塊的應(yīng)用

李 暉

（中國石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院, 新疆 吐魯番 838202）

以吉木薩爾區(qū)塊為研究對象，在分析了已鉆井的復(fù)雜類型、已使用鉆井液的優(yōu)缺點(diǎn)以及地層黏土礦物的分布情況之后，開展了鉆井液處理劑的室內(nèi)研究及配方優(yōu)化。分別從抑制劑、封堵劑進(jìn)行優(yōu)選，最終確定出適合吉木薩爾區(qū)塊新型鉆井液體系——復(fù)合鹽鉆井液，該鉆井液首輪試驗(yàn)井為吉2801H井和吉3301井。從現(xiàn)場試驗(yàn)情況來看，鉆井液的抑制包被性能良好，能夠很好地控制巖屑分散，封堵性能良好，加強(qiáng)了井壁的穩(wěn)定性，滿足現(xiàn)場的施工要求。為后續(xù)鉆井液設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。

吉木薩爾；抑制性；封堵性；復(fù)合鹽鉆井液；應(yīng)用

在鉆井過程中，井壁穩(wěn)定的問題越來越成為制約提高鉆井速度和鉆井效益的重要因素。由于所鉆地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層巖性不一樣、鉆井施工的鉆井液體系、工程技術(shù)措施、技術(shù)參數(shù)有差異，所采用的井壁穩(wěn)定技術(shù)也存在著很大差別。

吉木薩爾凹陷發(fā)育地層自上而下有第四系（Q），新近系（N），古近系（E），白堊系吐谷魯群（K1tg），侏羅系齊古組（J3q）、頭屯河組（J2t）、西山窯組（J2x）、三工河組（J1s）、八道灣組（J1b），三疊系克拉瑪依組（T2k）、燒房溝組（T1s）、韭菜園組（T1j），二疊系梧桐溝組（P3wt）、蘆草溝組（P2l）、將軍廟組（P2j）和石炭系（C），二疊系將軍廟組（P2j）。由于該區(qū)塊的地層條件復(fù)雜，對已鉆井的資料分析發(fā)現(xiàn)：鉆井復(fù)雜主要表現(xiàn)為漏失、卡鉆、劃眼等，損失時間2 285.25 h，其中漏失井?dāng)?shù)最多（密度高導(dǎo)致），卡鉆復(fù)雜時效最多。表層1 000～1 600 m膏質(zhì)泥巖段易發(fā)生縮徑阻卡；從西山窯組（J2x）到梧桐溝組（P3wt）裂縫發(fā)育，易發(fā)生井漏；梧桐溝組（P3wt）到蘆草溝組（P2l）泥巖發(fā)育，易吸水垮塌。

針對以上難點(diǎn)，本文從提高鉆井液的抑制性、封堵性入手，對井壁失穩(wěn)問題進(jìn)行研究解決。

1 強(qiáng)抑制復(fù)合鹽鉆井液配方研制

1.1 抑制劑優(yōu)選

分別通過滾動回收實(shí)驗(yàn)和膨脹實(shí)驗(yàn)對抑制劑進(jìn)行評價優(yōu)選。

1）滾動回收實(shí)驗(yàn)

將巖屑掉塊烘干，稱取50 g巖屑4組，選取了四種不同的抑制劑配制成350 mL水溶液，巖屑分別放入不同的抑制劑水溶液中進(jìn)行熱滾，熱滾條件為80 ℃×16 h。達(dá)到實(shí)驗(yàn)時間后，取出、冷卻、漂洗、烘干、稱重，計算一次回收率。進(jìn)行二次滾動回收實(shí)驗(yàn)，重復(fù)上述操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同抑制劑的巖屑滾動回收率

從圖中可以看出，4#抑制劑的滾動回收率最高，一次回收率為61.3%，二次回收率為49.7%，所選的抑制中，4#抑制劑的抑制分散作用最好。

2）膨脹實(shí)驗(yàn)

取鉆井用膨潤土粉10 g，在10 MPa條件下穩(wěn)壓5 min制備25 mm直徑的人工巖心柱，于室溫下分別測試巖心柱在不同抑制劑水溶液中的膨脹量。測試結(jié)果如圖2所示。

從圖中可以看出，4#抑制劑的膨脹率最低，為17.98%，認(rèn)為該抑制劑具有很好的抑制膨脹作用。

綜合以上兩組實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出4#抑制劑。

圖2 不同抑制劑的膨脹率

1.2 封堵劑優(yōu)選

封堵劑粒徑大小選擇是儲層高效開發(fā)的研究重點(diǎn)之一，根據(jù)滲透率損害裝置測試出滲透率的條件下，計算巖心平均孔徑大小，有的放矢進(jìn)行納米材料粒徑范圍選擇。

表1 不同滲透率巖心的平均孔徑

納米封堵是解決頁巖井壁失穩(wěn)的關(guān)鍵，抑制性和潤滑性是影響的兩個關(guān)鍵因素，本研究使用的環(huán)保型納米無機(jī)物兼具泥頁巖抑制劑和潤滑劑的功能。

將對不同封堵材料進(jìn)行性能對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米無機(jī)物在鉆井液體系中具有較好的綜合性能。當(dāng)其加量為3%的時候，防塌、降濾失效果優(yōu)良；不提粘、不提切，對流變性影響小；能夠有效地改善泥餅質(zhì)量，達(dá)到降低鉆井液濾失量的作用。

表2 封堵劑的性能對比

同時對納米材料進(jìn)行電鏡掃描，如圖3。

納米材料的形貌好似給鉆井液裝上了很多“小輪子”，有利于進(jìn)一步提高鉆井液的潤滑性能。

2 配方的確定

基于以上研究對原有鉆井液體系配方進(jìn)行優(yōu)化，形成了環(huán)保鉆井液體系如下，分別對其進(jìn)行性能評價。

2.1 低密度聚合物鉆井液體系

配方1：鈉基膨潤土+KPAM+1～DRFL-W1或W2或W3。

配方2：配方1+MPA +納米硅封堵劑+封堵劑+重晶石。

低密度聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果見表3。

表3 低密度聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果

2.2 高密度聚合物鉆井液體系

配方3：鈉基膨潤土+KPAM+DRFL-W4。

配方4：配方3+MPA+納米硅封堵劑+封堵劑+重晶石。

高密度聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果見表4。

表4 高密度聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果

2.3 高復(fù)合鹽水聚合物鉆井液體系

配方5：鈉膨潤土+NaCl+CaCl2+MgCl2·6H2O+ Na2CO3+DRVis-140+DRFL-F2+SINT+MPA+重晶石。

高復(fù)合鹽聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果見表5。

表5 高復(fù)合鹽水聚合物鉆井液體系性能檢測結(jié)果

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 吉2801H井現(xiàn)場使用情況

吉2801H井是吉2801井組的一口水平井，完鉆井深4 878 m。對鉆井液現(xiàn)場的應(yīng)用情況進(jìn)行跟蹤，鉆井液的性能穩(wěn)定，抑制性良好，攜帶性強(qiáng)，形成的泥餅薄而致密，見圖4，未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，復(fù)雜滿足井下要求。表6是對鉆井液性能的跟蹤情況以及不同井段現(xiàn)場使用的鉆井液性能測試數(shù)據(jù)。

表6 吉2801H井不同井段的鉆井液性能數(shù)據(jù)

圖4 吉2801H井現(xiàn)場泥餅圖

3.2 吉3301井現(xiàn)場使用情況跟蹤

吉3301井是部署在準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷吉33井區(qū)一口評價井，鉆探目的是落實(shí)吉33塊二疊系蘆草溝頁巖油“上下甜點(diǎn)體”含油性，兼探石炭系含油性。

吉3301井完鉆井深4 700 m。對鉆井液現(xiàn)場的應(yīng)用情況進(jìn)行跟蹤，鉆井液的性能穩(wěn)定，抑制性良好，返出鉆屑棱角分明，不粘篩不結(jié)團(tuán)，能干凈利落地從振動篩上滾下（圖5），未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，復(fù)雜滿足井下要求。表7是對鉆井液性能的跟蹤情況以及不同井段現(xiàn)場使用的鉆井液性能測試數(shù)據(jù)。

表7 吉3301H井不同井段的鉆井液性能數(shù)據(jù)

圖4 吉3301H井現(xiàn)場鉆屑圖

4 結(jié) 論

1）通過對吉木薩爾區(qū)塊鉆井液難點(diǎn)分析，分別對抑制劑、封堵劑進(jìn)行了優(yōu)選。

2）針對吉木薩爾鉆遇巖鹽層、鹽膏層或鹽膏混層等高含鹽鈣地層，對鉆井液體系進(jìn)行了抗鹽性和抗鈣性評價，結(jié)果表明體系具有良好的抗鹽、抗鈣能力，能夠滿足現(xiàn)場的使用要求。

3）對鉆井液應(yīng)用情況進(jìn)行跟蹤，表明鉆井液的性能穩(wěn)定，抑制性良好，返出鉆屑棱角分明，能夠快速從振動篩上脫落，未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，滿足使用要求。

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Study on Strong Inhibition Complex Salt Drilling Fluid and Its Application in Jimusaer Oilfield

（Engineering Technology Research Institute of PetroChina Tuha Oilfield Company, Turpan Xinjiang 838202, China）

taking Jimsar block as the research object, after analyzing the complex types of drilling fluid, the advantages and disadvantages of the used drilling fluid and the distribution of clay minerals in the formation, the indoor research and formulation optimization of drilling fluid treatment agent were carried out. Based on the optimization of inhibitors and plugging agents, a new drilling fluid system, composite salt drilling fluid, suitable for Jimusaer block was finally determined. The first round of test wells of the drilling fluid are well Ji 2801h and well Ji 3301. According to the field test, the drilling fluid has good performance of restraining coating, controlling cuttings dispersion and plugging, enhancing the stability of the well wall and meeting the construction requirements on site. It provides a reliable basis for the follow-up drilling fluid design.

Jimusar; Inhibition; Plugging; Complex salt drilling fluid; Application

2021-03-19

李暉（1988-），湖南省常德市人，工程師，碩士， 2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)化學(xué)工程，研究方向：油田化學(xué)及油田地面工程。

TE254.6

A

1004-0935（2021）06-0780-04