耿清雷，于景鋒，王戰(zhàn)衛(wèi)，段明祥，胡 強(qiáng)，高彥鵬，賈志光

1中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司 2中國(guó)石油新疆油田公司 3洲際海峽能源科技有限公司

1 瑪湖區(qū)塊作業(yè)概況

瑪湖油田位于準(zhǔn)噶爾盆地，是世界已發(fā)現(xiàn)的最大砂礫巖油田,主要開發(fā)瑪北斜坡及瑪西斜坡百口泉組的超深致密砂礫巖儲(chǔ)層，當(dāng)前所鉆采油井多為三開水平井[1]。設(shè)計(jì)井深5 000～6 000 m，水平段長(zhǎng)800～3 000 m,鉆井液體系為鉀鈣基聚合物鉆井液體系。根據(jù)當(dāng)前三開井身結(jié)構(gòu)，克下組井斜大于30°井段需鉆遇大段褐色泥巖，水平段易鉆遇褐色泥巖夾層[2]。該褐色泥巖水敏性強(qiáng)，易水化分散，螺桿鉆進(jìn)滑動(dòng)托壓嚴(yán)重，粘卡風(fēng)險(xiǎn)高。以往使用油基解卡劑解卡，存在浸泡時(shí)間長(zhǎng)、多次浸泡、施工周期長(zhǎng)、成功率低、成本高等不足，耽誤時(shí)效，經(jīng)濟(jì)損失大，因此探究出適合該區(qū)塊的高效解卡劑非常必要。

2 瑪湖區(qū)塊粘卡風(fēng)險(xiǎn)原因分析

濾餅是造成粘吸卡鉆的內(nèi)在原因[3]?，敽^(qū)塊所鉆水平井使用鉀鈣基聚合物鉆井液體系。若鉆井液抑制性不足，褐色泥巖小顆粒以亞微米顆粒分散到鉆井液中形成濾餅。另外，褐色泥巖段微細(xì)裂紋發(fā)育，鉆頭破碎巖石后，褐色泥巖表面被水浸潤(rùn)之后，在微細(xì)裂縫中形成一層吸附膜，造成褐色泥巖的破碎、剝落，這點(diǎn)根據(jù)測(cè)井井徑數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證。褐色泥巖相對(duì)穩(wěn)定后，褐色泥巖表面的分子、離子表現(xiàn)出極性，在這部分未平衡力場(chǎng)的作用下吸附鉆井液中帶異性電荷的粒子。加之在鉆井液液柱壓力作用下，井壁上形成濾餅，這些濾餅成份復(fù)雜，性能比砂巖段的濾餅差。在鉆具靜止?fàn)顟B(tài)下，受重力作用濾餅中的液體進(jìn)入地層，濾餅孔隙壓力逐步降低與地層壓力接近。鉆具長(zhǎng)時(shí)間不活動(dòng)，鉆具與井壁濾餅接觸面積逐步擴(kuò)大，上提摩阻逐步增大，容易造成粘卡。瑪湖區(qū)塊褐色泥巖段多次卡鉆也印證了這點(diǎn)。

3 油基解卡劑和酸溶性解卡劑作用機(jī)理分析

3.1 油基解卡劑解卡作用機(jī)理

油對(duì)水基鉆井液濾餅有高達(dá)幾千磅力毛細(xì)管壓力，會(huì)快速滲透到濾餅孔隙中，使濾餅收縮變薄，從而減少接觸面積、減小壓差，解除粘卡。

3.2 酸溶性解卡劑解卡作用機(jī)理

酸溶性解卡劑中氫氟酸、鹽酸能與灰色砂礫巖、褐色泥巖中的石英、膨潤(rùn)土、鈣質(zhì)物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使粘卡井段濾餅及阻塞物迅速溶解或體積縮小，從而減少鉆柱與濾餅接觸的圍包角和接觸面積，快速解除鉆柱壓向井壁的壓差，來促使鉆柱放松到自由狀態(tài)。酸液與碳酸鹽巖、黏土、砂礫巖等巖石反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:

與碳酸鹽巖反應(yīng)：2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑以及2HF+CaCO3=CaF2+H2O+CO2↑。

與砂礫巖主要成分SiO2反應(yīng)：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O。

與膨潤(rùn)土反應(yīng)：36HF+Al2Si4O10(OH)2=4H2SiF6+12H2O+2H3AlF6。

4 室內(nèi)評(píng)價(jià)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

4.1 三疊系百口泉組褐色泥巖及白色熒光砂礫巖礦物組分

4.1.1 褐色泥巖礦物組分

三疊系百口泉組褐色泥巖礦物組分見表1。

表1 百口泉組褐色泥巖礦物X衍射組分表

4.1.2 灰色熒光砂礫巖礦物組分

三疊系百口泉組灰色砂礫巖礦物組分見表2。

表2 百口泉組灰色砂礫巖礦物X衍射組分表

4.2 室內(nèi)解卡效果評(píng)價(jià)

4.2.1 油基解卡劑室內(nèi)解卡評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

對(duì)油基解卡劑進(jìn)行濾餅龜裂紋實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，4 h加壓浸泡后僅出現(xiàn)1 條裂紋(圖1(a))，8 h加壓浸泡后出現(xiàn)了較多的龜裂紋(圖1(b))，12 h加壓浸泡后出現(xiàn)了密集的龜裂紋(圖1(c))，說明解卡劑在12 h內(nèi)達(dá)到最佳解卡效果；同時(shí)還可看出油基解卡劑要起到最佳解卡效果需要的時(shí)間較長(zhǎng)。

圖1 濾餅浸泡油基解卡劑形貌

4.2.2 酸液解卡劑室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

4.2.2.1 酸液解卡劑配方優(yōu)選

配方1：15%鹽酸+1.5%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方2：15%鹽酸+2%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方3：15%鹽酸+3%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方4：15%鹽酸+4%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方5：20%鹽酸+1.5%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方6：20%鹽酸+2%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方7：20%鹽酸+3%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

配方8：20%鹽酸+4%氫氟酸+1.5%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

4.2.2.2 酸溶性評(píng)價(jià)方法

(1)準(zhǔn)確稱取在105 ℃條件下烘干的褐色泥巖粉末樣品1 g(精確到0.001 g)和灰色熒光砂礫巖粉末樣品1 g(精確到0.001 g)，混合加入到已經(jīng)準(zhǔn)確稱量的20 mL瓷坩堝中。

(2)用5 mL玻璃吸管吸取已配置好的酸液解卡劑，逐漸滴加到裝有褐色泥巖和灰色熒光砂礫樣品的瓷坩堝中，觀察到酸液解卡劑與樣品發(fā)生劇烈反應(yīng)，樣品逐漸溶解，直到不再有氣泡產(chǎn)生或氣體釋放出來，說明反應(yīng)完全，停止滴加酸液解卡劑，反應(yīng)全過程不超過10 min。

(3)把殘余物連同瓷坩堝一同放入烘箱，105 ℃恒溫條件下烘干1 h后取出，迅速放入干燥器中冷卻至室溫，然后準(zhǔn)確稱量。

4.2.2.3 酸溶率計(jì)算

ρ=[(M0-M1)/M0]×100%

(1)

式中：ρ—褐色泥巖和灰色熒光砂礫巖酸溶率，%；M0—未酸溶前瓷坩堝和樣品的質(zhì)量，g；M1—酸溶后瓷坩堝和殘余物的質(zhì)量，g。

4.2.2.4 酸溶性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

酸液解卡劑配方效果統(tǒng)計(jì)見表3。

4.2.2.5 酸溶性評(píng)價(jià)結(jié)論

從表3酸溶性實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：在浸泡時(shí)間10 min情況下，配方3中酸液解卡劑酸溶率最高81.48%，說明配方3中采用15%鹽酸+3%氫氟酸對(duì)褐色泥巖和灰色熒光砂礫巖酸蝕溶解能力最強(qiáng)，注入到粘卡井段可快速溶蝕濾餅或褐色泥巖坍塌掉塊，減少或破壞鉆具與井壁濾餅之間的圍包角，降低鉆具與井壁之間的壓差，解除粘卡事故；從表3中還可以看出酸液解卡劑溶蝕褐色泥巖和灰色熒光砂礫巖粉末的速度快、時(shí)間短，說明其解卡效率高。

表3 酸液解卡劑配方效果統(tǒng)計(jì)表

5 酸液解卡現(xiàn)場(chǎng)流程

(1)卡點(diǎn)判斷。粘卡是在鉆柱靜止的狀態(tài)下發(fā)生的[4-6]。粘卡后現(xiàn)場(chǎng)可大概測(cè)算卡點(diǎn)位置，卡點(diǎn)位置通常是在鉆鋌或加重鉆桿部位。

(2)酸液解卡劑配制。稀釋濃度30%工業(yè)鹽酸至濃度15%鹽酸，同時(shí)補(bǔ)充1.5%緩蝕劑、3%氫氟酸和1%鐵離子穩(wěn)定劑。本區(qū)塊粘卡多發(fā)生在近鉆頭鉆具組合位置，大約需要6～8 m3的酸液解卡劑；采用耐酸攪拌罐常溫?cái)嚢枧渲眉纯伞?/p>

(3)配隔離液。同密度井漿+0.2%黃原膠，調(diào)整黏度120 s左右，密度與井漿密度相同。

(4)注入程序。開始注入配置好的前置隔離液4 m3，然后泵入酸液解卡劑6～8 m3，再注入后置隔離液4 m3，泵送原井漿頂替到位，鉆具里預(yù)留1～2 m3，活動(dòng)鉆具期間頂替使用。

(5)待解卡。期間上下活動(dòng)，或蹩扭矩上下活動(dòng)鉆具，注意觀察懸重變化。

6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際解卡案例

6.1 解卡案例

6.1.1 案例1

發(fā)生經(jīng)過：MaHWX井2020年11月27日19∶40循環(huán)完坐吊卡,鉆頭位置5 148 m。2020年11月27日20∶00接頂驅(qū)開泵，泵壓正常，上提160 t未提開，扭矩18～30 kN·m,未扭開，帶扭上提120 t未開，放至原懸重釋放扭矩，上提160～180 t未開；判斷鉆具靜止時(shí)間超過10 min，發(fā)生粘卡。鉆井液密度1.70 g/cm3，黏度65 s，失水3 mL。之后制定泡酸措施。

解卡過程：2020年11月28日18∶00配置好酸液解卡劑，至19∶40注酸液解卡劑7.5 m3，至20∶00原懸重加扭矩至32 kN·m上提，扭矩突然釋放，鉆具解卡。

6.1.2 案例2

發(fā)生經(jīng)過：MaHWY井2020年11月27日03∶20鉆進(jìn)至5 172 m疑似溢流關(guān)井，開井后發(fā)生粘卡。

解卡過程：2020年11月28日01∶20泵入密度1.70 g/cm3油基解卡劑29.2 m3，浸泡期間間斷活動(dòng)鉆具，11∶30懸重提至1 600 kN，下放至原懸重(1 000 kN)，懸重提至1 650 kN，出現(xiàn)懸重突然釋放恢復(fù)至600 kN，判斷為鉆具斷開，起鉆。2020年11月29日22∶30下鉆對(duì)扣成功。2020年11月30日泵入密度1.70 g/cm3油基解卡劑20.2 m3未解卡。2020年12月2日17∶15泵入密度1.69 g/cm3酸液9.3 m3，18∶00活動(dòng)鉆具解卡。

6.2 案例分析

瑪湖油田瑪X鉆井工區(qū)受壓裂影響，鉆井液密度1.65～1.75 g/cm3，鉆井液密度高，鉆遇褐色泥巖易粘卡，油基解卡劑施工周期長(zhǎng)、成功率低，結(jié)合巖性特征和生產(chǎn)實(shí)際，研究出適合該區(qū)塊的新型酸液解卡劑，并取得良好的效果。

對(duì)比該工區(qū)2口井處理卡鉆過程(表4)發(fā)現(xiàn)：酸液解卡劑使用量少，現(xiàn)場(chǎng)容易配制，作業(yè)簡(jiǎn)單易執(zhí)行。油基解卡劑使用量20～30 m3，酸液解卡劑使用量?jī)H需7～10 m3。解卡周期短。油基解卡劑浸泡11～50 h未解卡，酸液解卡劑浸泡時(shí)間20～45 min均解卡，有效避免了旋導(dǎo)或者LWD儀器在泡油基解卡劑無效、斷鉆具、爆炸松扣、套銑打撈等工程手段無果后，沉埋旋導(dǎo)或儀器，最終填井側(cè)鉆，避免經(jīng)濟(jì)損失。

表4 2井次處理粘卡案例效果統(tǒng)計(jì)表

7 結(jié)論

(1)酸液解卡劑使用量少。僅需7～10 m3，采用耐酸攪拌罐常溫?cái)嚢枧渲眉纯?，操作工藝?jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)易配置。

(2)解卡周期短。一般泵入后浸泡1 h內(nèi)可解卡，最短侵泡時(shí)間20 min。

(3)與油基解卡劑相比，酸液解卡劑在瑪湖油田的解卡成功率高，解卡率100%。油基解卡劑解卡率約50%，且耗時(shí)長(zhǎng)，通常需要多次侵泡才能解卡。有效避免了沉埋旋導(dǎo)或定向儀器、填井側(cè)鉆等造成的經(jīng)濟(jì)損失。

(4)與油基解卡劑相比，泡酸解卡后，由于酸液強(qiáng)溶蝕性，全部滲入地層，對(duì)環(huán)境無污染。

(5)使用酸液解卡劑后容易引發(fā)井漏，酸液解卡后預(yù)防井漏還需要進(jìn)一步研究。