長(zhǎng)慶氣區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)超低壓儲(chǔ)層水平井鉆井液完井液技術(shù)

陳在君 陳恩讓 崔貴濤 黎金明 李寶軍 謝新剛

低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院

長(zhǎng)慶氣區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)超低壓儲(chǔ)層水平井鉆井液完井液技術(shù)

陳在君 陳恩讓 崔貴濤 黎金明 李寶軍 謝新剛

低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院

陳在君等.長(zhǎng)慶氣區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)超低壓儲(chǔ)層水平井鉆井液完井液技術(shù).天然氣工業(yè)，2012，32（6）：57-59.

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)慶氣區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)選擇在榆林氣田的山西組山23儲(chǔ)層實(shí)施，由于該氣層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期開(kāi)采和儲(chǔ)層壓裂改造，導(dǎo)致水平段目的層壓力極低（壓力系數(shù)0.4～0.6），成為誘發(fā)水平井段發(fā)生鉆井液壓差漏失的地質(zhì)因素；且采用篩管完井方式又要求鉆井液完井液必須具有非常好的暫堵效果。針對(duì)上述技術(shù)難題，以室內(nèi)預(yù)防井漏、儲(chǔ)層保護(hù)研究為技術(shù)支撐，研制出了具有抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑性高、總固相少等特點(diǎn)的無(wú)土相復(fù)合鹽低傷害暫堵鉆井液完井液體系?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用兩口井，其中Y37-2H完鉆井深5 044 m，水平段長(zhǎng)1 819 m，創(chuàng)長(zhǎng)慶氣田水平段215.9 mm井眼的施工記錄，139.7 mm篩管一次性下到預(yù)定位置，并獲得無(wú)阻流量100×104m3／d的高產(chǎn)氣流。應(yīng)用效果表明：該體系較好地保護(hù)了山23儲(chǔ)層，鉆完井施工作業(yè)安全順利。

鄂爾多斯盆地 長(zhǎng)慶氣區(qū) 儲(chǔ)氣庫(kù) 超低壓 鉆井液 復(fù)合鹽 暫堵 低傷害

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)慶氣區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)選用的榆林氣田下二疊統(tǒng)山西組山23儲(chǔ)層埋深在2 800 m左右，在長(zhǎng)期開(kāi)采后，目的層壓力極低（壓力系數(shù)0.4～0.6），且采用水平井及篩管完井方式進(jìn)行，使得鉆井施工存在諸多技術(shù)難題［1－2］。僅就鉆井液完井液技術(shù)而言，目前儲(chǔ)氣庫(kù)井建設(shè)中存在的問(wèn)題包括：①水平井段設(shè)計(jì)1 500～2 000 m，屬于長(zhǎng)水平段范疇，潤(rùn)滑減阻與井眼凈化問(wèn)題突出；②極低壓力地層易導(dǎo)致水平井段施工發(fā)生漏失，影響鉆井施工和儲(chǔ)層保護(hù)效果；③長(zhǎng)慶氣田儲(chǔ)層特有的砂體連片性差，鉆遇泥巖將會(huì)發(fā)生井眼不穩(wěn)定穩(wěn)定；④篩管完井方式?jīng)Q定了鉆井液完井液必須具有非常好的暫堵效果。

針對(duì)以上問(wèn)題，借鑒長(zhǎng)北天然氣項(xiàng)目水平井施工經(jīng)驗(yàn)［3］，對(duì)無(wú)土相低傷害暫堵鉆井液完井液體系進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和提升［4－6］，研究出了巖心傷害恢復(fù)率在85%以上、抑制性強(qiáng)、摩阻系數(shù)小于0.05、密度可調(diào)的無(wú)土相復(fù)合鹽低傷害暫堵鉆井液完井液體系，分別在Y37-1 H、Y37-2H 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，其中 Y37-1H井水平段成功穿越了70 m純泥巖，井眼152.4 mm，水平段長(zhǎng)1 062 m；Y37-2 H井水平段共鉆遇5段泥巖，泥巖段累計(jì)長(zhǎng)度134 m，井眼215.9 mm，水平段長(zhǎng)1 819 m，創(chuàng)該尺寸井眼長(zhǎng)慶施工記錄。

1 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 基本配方

選擇了能生物降解的組分，進(jìn)行常溫、高溫條件下的一系列的配方優(yōu)選試驗(yàn)，最后得出了該體系的基本配方如下：2%～3%酸溶降失水劑G301-SJS＋2%～5%酸溶暫堵劑G302-SZD＋0.3%～0.5%提黏提切劑G310-DQT＋3%～6%無(wú)機(jī)鹽抑制劑G312-WZJ＋5%～20%有機(jī)鹽抑制劑G313-YZJ＋0.2%～0.5%p H值調(diào)節(jié)劑 ＋適量防腐劑，基本配方性能見(jiàn)表1。

1.2 體系抑制性防塌評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

考慮體系總固相含量控制的要求和強(qiáng)抑制性的需要，重點(diǎn)研究了可溶性有機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽在提高液相密度和鉆井液抑制性的作用，體系防塌實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。有機(jī)鹽溶液自身具有較高的密度，僅其水溶液密度就可超過(guò)1.25 g／cm3，復(fù)配使用無(wú)機(jī)鹽就可以提高體系的抑制性，以滿(mǎn)足防塌的要求。另外輔以G302-SZD等即可形成具有較好封堵作用的濾餅，進(jìn)一步提高體系的防塌效果。

表1 鉆井液體系性能參數(shù)表

表2 體系防塌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從表2中可知，該體系使用了可溶性有機(jī)、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，從而具有較低的固相、較高的礦化度和強(qiáng)的抑制性，有效克服了泥巖的水化分散，一次回收率高達(dá)93.06%；同時(shí)降濾失劑和暫堵劑提供的可變形粒子和剛性粒子，在正壓差的作用下形成薄而致密泥餅，能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)層、降低PDC鉆頭泥包，有利于提高機(jī)械鉆速。

1.3 體系潤(rùn)滑性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

儲(chǔ)氣庫(kù)水平井的水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2 000 m，潤(rùn)滑減阻是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。為此對(duì)水基、油基以及固體潤(rùn)滑劑等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn)，結(jié)果表明0.3%的水基潤(rùn)滑劑RT888可將潤(rùn)滑系數(shù)降低80.21%，0.3%的油基潤(rùn)滑劑 DL-1也可將潤(rùn)滑系數(shù)降低95.35%，固體潤(rùn)滑劑GR-1可將潤(rùn)滑系數(shù)降低59.76%。

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水基潤(rùn)滑劑和油基潤(rùn)滑劑復(fù)配使用，潤(rùn)滑系數(shù)降低最好，再配以適量的固體潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑系數(shù)降低值維持時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)起下鉆及下套管等更有利。

1.4 儲(chǔ)層保護(hù)傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

儲(chǔ)氣庫(kù)山23砂巖儲(chǔ)層黏土含量高，水敏速敏性強(qiáng)，孔喉細(xì)微，毛細(xì)管壓力高，水鎖嚴(yán)重，壓力敏感效應(yīng)明顯。鉆井（完井）液濾液的侵入是引起該氣層嚴(yán)重傷害的主要誘因，水對(duì)氣層可引起不易克服的嚴(yán)重傷害。因此，嚴(yán)格控制濾液進(jìn)入或改變?yōu)V液性質(zhì)、增強(qiáng)抑制性是保護(hù)該氣層的主要途徑之一。

從表3中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)比的幾種常用鉆井液完井液體系中，無(wú)土相低傷害暫堵鉆井液完井液體系的靜態(tài)傷害率最小，小于10%，屬于較輕度傷害。

表3 各種體系對(duì)山23儲(chǔ)層傷害對(duì)比表

1.5 防漏堵漏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

由于長(zhǎng)期開(kāi)采，儲(chǔ)氣庫(kù)井的儲(chǔ)層壓力系數(shù)極低，只有0.4～0.6，在施工過(guò)程中容易發(fā)生漏失問(wèn)題。對(duì)山23儲(chǔ)層的研究表明，平均孔隙度為6.2%，滲透率為8.865 mD；壓汞實(shí)驗(yàn)表明儲(chǔ)層喉道粗大，部分可達(dá)20.5μm，平均為2.03～6.24μm。

由圖1可以看出，封堵劑G302-SZD的最大粒徑在13μm，主要粒徑分布在2～5μm，根據(jù)“ ～ ”的架橋規(guī)則和d90規(guī)則，可以選作封堵漏失喉道［7－8］，形成防漏堵漏體系。

圖1 封堵劑G302-SZD的粒徑分布圖

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及其效果

長(zhǎng)慶氣田儲(chǔ)氣庫(kù)井位于榆林氣田，目的層為山西組山23砂巖段，埋藏深度約2 920 m，Y37-1H和Y37-2H水平井段均使用無(wú)土相低傷害復(fù)合鹽暫堵鉆井液完井液體系，其中Y37-1 H井水平段為152.4 mm井眼，現(xiàn)場(chǎng)施工中，由于地層變化，進(jìn)入太原組石灰?guī)r134 m后完鉆，完鉆井深4 426.1 m，水平段長(zhǎng)1 062.1 m，純砂巖段長(zhǎng)466 m，泥巖、砂質(zhì)泥巖段長(zhǎng)462 m，114.3 mm篩管一次性下到預(yù)定位置，試氣無(wú)阻流量20×104m3／d。Y37-2H 井水平段為215.9 mm井眼，完鉆井深5 044 m，其水平段長(zhǎng)1 819 m，創(chuàng)長(zhǎng)慶氣田水平段215.9 mm井眼的施工記錄，并獲得無(wú)阻流量100×104m3／d的高產(chǎn)氣流，139.7 mm篩管一次性下到預(yù)定位置。

2.1 防漏堵漏效果明顯

現(xiàn)場(chǎng)施工中，嚴(yán)格控制封堵劑G302-SZD的加量在3%，并結(jié)合使用易酸溶可變形粒子，不僅增強(qiáng)了封堵能力，提高地層的承壓能力，而且鉆遇泥巖以及碳質(zhì)泥巖后，為了穩(wěn)定井壁，適當(dāng)提高了鉆井液完井液密度，其中 Y37-1 H 井達(dá)到1.18 g／cm3，Y37-2 H 井達(dá)到1.35 g／cm3，但均未發(fā)生漏失。

2.2 潤(rùn)滑防卡效果顯著

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)場(chǎng)固體和液體潤(rùn)滑劑復(fù)配使用后，潤(rùn)滑效果顯著提高，鉆井過(guò)程中，摩阻和扭矩得到有效控制，摩阻系數(shù)均在0.06以?xún)?nèi)，電測(cè)及下篩管均順利。

表4 水平段摩阻、扭矩及下篩管情況統(tǒng)計(jì)表

2.3 鉆井液抑制性強(qiáng)，井眼穩(wěn)定，凈化效果好

兩口井都先后鉆遇了泥巖及碳質(zhì)泥巖等復(fù)雜地層時(shí)，其中Y37-1 H井鉆遇泥巖、砂質(zhì)泥巖達(dá)長(zhǎng)462 m，Y37-2 H井鉆遇泥巖、砂質(zhì)泥巖五段，累計(jì)長(zhǎng)度134 m。為了穩(wěn)定泥巖段井眼，提高井壁穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)采用復(fù)合鹽提高密度的同時(shí)，也提高了抑制性，其中Y37-2H 井將密度由1.09 g／cm3提高到1.35 g／cm3；Y37-1H 井將密度由1.09 g／cm3提高到1.17 g／cm3，嚴(yán)格控制濾失量，API失水小于等于3 m L，提高封堵性；保持環(huán)空返速均大于1.0 m／s。采取這些措施后，井下安全平穩(wěn)，起下鉆暢通，電測(cè)及下篩管等作業(yè)均順利。

2.4 儲(chǔ)層保護(hù)效果好

從表5中可以看出，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液完井液對(duì)山23儲(chǔ)層傷害較低，且傷害后恢復(fù)率可達(dá)84.85%以上，這表明恢復(fù)性良好，具有很好的暫堵保護(hù)作用，兩口井試產(chǎn)都獲高產(chǎn)。

表5 現(xiàn)場(chǎng)鉆（完）井液對(duì)S211井山23儲(chǔ)層巖心傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

1）巖心評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)試氣結(jié)果表明，無(wú)土相低傷害復(fù)合鹽暫堵鉆井液完井液體系完全能滿(mǎn)足山23儲(chǔ)層保護(hù)的需要，且傷害恢復(fù)效果較好。

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該體系的潤(rùn)滑性和防塌性滿(mǎn)足長(zhǎng)水平段潤(rùn)滑防卡和泥巖防塌的需要。

3）復(fù)合鹽不僅能提高密度，而且也能提高抑制性，降低體系的固相含量，對(duì)防塌和潤(rùn)滑都有益處。

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（修改回稿日期 2012-04-05 編輯 凌 忠）

10.3787／j.issn.1000-0976.2012.06.014

中國(guó)石油川慶鉆探工程公司科研項(xiàng)目（編號(hào)：2011-21）。

陳在君，1964年生，高級(jí)工程師；從事管理及鉆井液完井液研究工作。地址：（710018）陜西省西安市未央?yún)^(qū)鳳城4號(hào)長(zhǎng)慶興隆園小區(qū)。電話(huà)：（029）86593620。E-mail：gcy＿chzj2000＠sina.com