聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區(qū)的應(yīng)用研究

李 俊，王越之，蘇小健，陳 瀝 (長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

劉佩軒 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆 克拉瑪依 834000)

聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區(qū)的應(yīng)用研究

李 俊，王越之，蘇小健，陳 瀝 (長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

劉佩軒 (中石油新疆油田分公司勘探公司，新疆 克拉瑪依 834000)

闡述了準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾地區(qū)地層特點(diǎn)和聚合鹽鉆井液體系的作用機(jī)理，針對(duì)該地區(qū)地層不穩(wěn)定、易縮徑、垮塌和卡鉆等問(wèn)題，進(jìn)行鉆井液室內(nèi)加重試驗(yàn)以及抗粘土侵、抗鹽和鈣侵試驗(yàn)，開(kāi)展具有強(qiáng)抗污染能力的聚合鹽鉆井液體系的研究。室內(nèi)研究表明，聚合鹽鉆井液具有較強(qiáng)的流變性、抗粘土侵和抗鹽抗鈣侵能力；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，聚合鹽鉆井液顯著減少了吉木薩爾地區(qū)的鉆井復(fù)雜情況，降低了井徑擴(kuò)大率，提高時(shí)效，縮短了鉆井周期，節(jié)約成本，井眼良好，表明聚合鹽鉆井液體系可以滿足該地區(qū)鉆井安全施工的需要。

準(zhǔn)噶爾盆地；吉木薩爾地區(qū)；鉆井液；聚合鹽；抗污染性能；應(yīng)用

準(zhǔn)噶爾盆地東部吉木薩爾地區(qū)經(jīng)歷多次強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂和裂縫發(fā)育，各層系剝蝕程度不一，地層厚度存在較大差別，部分區(qū)域地層傾角較大，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，地層構(gòu)造應(yīng)力較強(qiáng)，在鉆井時(shí)體現(xiàn)為地層易坍塌。從地層和已鉆井資料看，該地區(qū)表層第四系的砂礫石層未成巖，易出現(xiàn)漏失和井塌卡鉆等復(fù)雜情況；新近系和古近系的膏質(zhì)、灰質(zhì)泥巖發(fā)育，遇水易膨脹、縮徑，進(jìn)而造成卡鉆；侏羅系西山窯組、八道灣窯組等地層煤層發(fā)育，井壁易垮塌，造成卡鉆和遇阻；三疊系下統(tǒng)燒房溝組、韭菜園子組和二疊系梧桐溝組為紅褐色泥巖地層，易吸水后造漿，造成井眼垮塌、縮徑，同時(shí)易造成對(duì)鉆井液的污染；侏羅系和二疊系梧桐溝組破裂壓力較低，裂縫發(fā)育，易發(fā)生井漏，儲(chǔ)層發(fā)育段和石炭系局部孔洞、裂縫發(fā)育，易引起井漏和溢流。針對(duì)以上該地區(qū)的地層特點(diǎn)，為防止以上復(fù)雜情況的出現(xiàn)，筆者對(duì)聚合鹽鉆井液體系在吉木薩爾地區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 聚合鹽鉆井液作用機(jī)理

聚合鹽是以低分子量有機(jī)鹽化合物為結(jié)構(gòu)重復(fù)單元，通過(guò)一定條件的化學(xué)反應(yīng)，聚合出具有較大回旋半徑的高分子鹽類結(jié)構(gòu)，分子量為(2～6)×106[1-2]。聚合鹽體系將聚合物與無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽在鉆井液中各自的特殊抑制作用集于一體，通過(guò)調(diào)整聚合鹽在鉆井液中的含量以及合理的控制聚合鹽自身的分子量大小，形成在鉆井液體系中以聚合鹽為主，輔之以相關(guān)鉆井液性能的其他添加劑[3]，實(shí)現(xiàn)深井以及復(fù)雜井鉆井過(guò)程中鉆井液體系的統(tǒng)一性、抑制能力的連續(xù)性和高密度情況下始終具有良好流變特性。

聚合鹽具有高分子聚合物的特性，溶液粘度隨著加量或分子量的改變而明顯變化，同時(shí)聚合鹽具有鹽類物質(zhì)的特殊性質(zhì)，即水溶性強(qiáng)、隨著加量的提高溶液密度增加、過(guò)飽和情況下鹽析，同時(shí)電離出大量的Na+和K+，使得回旋半徑增大，增加鉆井液的粘度，使得流變性和抑制性結(jié)合在一起。

2 聚合鹽鉆井液體系的室內(nèi)評(píng)價(jià)

試驗(yàn)中使用的聚合鹽為膠體，代號(hào)為JN-2，其干基有效濃度為25%。試驗(yàn)基漿配方如下：4%土般土漿+0.2% NaOH+3% RSTF(抗鹽降濾失劑)+5% PHT(防卡降濾失劑)+20% JN-2(聚合鹽抑制劑)+1% LV-CMC(低粘羧甲基纖維素鈉鹽)+7% KCl+1.5% MFG(有機(jī)硅穩(wěn)定劑)+普通重晶石粉。

2.1加重評(píng)價(jià)試驗(yàn)

加重試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知，聚合鹽鉆井液體系加重后，漏斗粘度FV、塑性粘度PV、屈服值YP都有所增加，但泥漿流變系數(shù)變化小,說(shuō)明該鉆井液體系具有較好的流變性能。

表1 加重試驗(yàn)結(jié)果

2.2抗粘土侵試驗(yàn)

在聚合鹽鉆井液中分別加入5%、10%、15%的膨潤(rùn)土，在50℃和120℃試驗(yàn)條件下測(cè)試鉆井液抗粘土侵性能，結(jié)果如表2所示。由表2可知，鉆井液體系中加入5%的三級(jí)土后基本性能沒(méi)有發(fā)生變化，隨著膨潤(rùn)土加入量增多，F(xiàn)V、PV有所增大，但依然具有良好的流變性能，說(shuō)明該鉆井液體系抗粘土侵的性能較強(qiáng)。

表2 抗粘土侵試驗(yàn)結(jié)果

2.3抗鹽、抗鈣侵試驗(yàn)

在基漿中分別加入10% NaCl和1% CaSO4，在50℃和120℃試驗(yàn)條件下進(jìn)行抗鹽抗鈣性能測(cè)試，結(jié)果如表3所示。由表3可知，加入10%NaCl和1% CaSO4之后，鉆井液體系的粘度和濾失量有所變化，但變化幅度不大(都在可調(diào)范圍內(nèi))，說(shuō)明該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗鹽、抗鈣侵能力。

表3 抗鹽、鈣侵試驗(yàn)結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用如下聚合鹽鉆井液配方：4%土般土+0.2% KOH+15%～20% JN-2+5% PHT+1.5% LV-CMC+3% RSTF+7% KCl+1.5% MFG+普通重晶石。

使用工藝和技術(shù)要求如下：①按照上述配方轉(zhuǎn)化鉆井液，二開(kāi)轉(zhuǎn)化時(shí)保持JN-2在鉆井液中的含量不低15%，KCl的含量達(dá)到7%，以防止泥巖的水化膨脹，保證聚合鹽鉆井液體系的強(qiáng)抑制性。②用LVCMC和RSTF控制鉆井液，使其API失水小于5ml，防止泥巖水化膨脹。③用MFG、KCl調(diào)整鉆井液流變性，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定效果。④按設(shè)計(jì)配方加入PHT、QCX-1(輕質(zhì)CaCO3,暫堵劑)，改善泥餅質(zhì)量，提高防塌、封堵和潤(rùn)滑性能。⑤二開(kāi)轉(zhuǎn)化時(shí)加入0.1% CaO進(jìn)行預(yù)處理，利用同離子效應(yīng)提高聚合鹽體系的抗鈣侵能力，避免鉆井液性能發(fā)生較大波動(dòng)。⑥二開(kāi)前在儲(chǔ)備罐中儲(chǔ)備JN-2+KCl膠液20m3備用。⑦新近系鉆進(jìn)時(shí)參考鄰井資料，該段鉆井液密度控制為1.25～1.30g/cm3，同時(shí)依據(jù)井下實(shí)際情況結(jié)合dc指數(shù)[2]壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)鄰井資料，針對(duì)實(shí)鉆地層情況和地層特點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)小型試驗(yàn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中適時(shí)增加或減少添加劑用量，有針對(duì)性地提高鉆井液的抑制性、堵漏能力和抗鈣侵能力等，從而充分體現(xiàn)聚合鹽鉆井液的性能。

表4所示為吉21、吉19和吉191井應(yīng)用聚合鹽鉆井液的綜合性能指標(biāo)。從表4可以看出：①聚合鹽鉆井液的剪切稀釋效果好，有很強(qiáng)的攜巖能力和靜止懸浮能力，從而可保證各井提下鉆正常;②聚合鹽鉆井液的抑制性和封堵能力強(qiáng)，采用合適的密度、粘度和切力，可以穩(wěn)定鉆井液性能，抑制泥巖造漿，防止泥巖遇水膨脹或縮徑，而對(duì)有裂縫的硬脆性泥巖，可有效防止其坍塌，避免引起卡鉆等復(fù)雜情況;③聚合鹽鉆井液性能穩(wěn)定，對(duì)維護(hù)長(zhǎng)裸眼井段的井壁穩(wěn)定可起到關(guān)鍵作用。

表4 聚合鹽鉆井液綜合性能指標(biāo)

表5所示為使用聚合鹽鉆井液體系的吉19、吉191井與未使用該體系的鄰井吉15、吉17井的鉆井時(shí)效對(duì)比。從表5可知，吉19井和吉191井的平均機(jī)械鉆速、月速以及生產(chǎn)時(shí)效得到明顯提高。

表5 鉆井時(shí)效對(duì)比

4 結(jié) 論

1)聚合鹽鉆井液體系具有較強(qiáng)的流變性，抗粘土侵、抗鹽抗鈣侵能力強(qiáng)，有利于提高攜巖能力，提高井眼狀況。

2)采用合適的鉆井液參數(shù)，如密度、粘度、切力等，可以防止泥巖層段遇水膨脹、縮徑或者垮塌，提高鉆井液抑制性能。

3)使用聚合鹽鉆井液體系的井的生產(chǎn)時(shí)效、機(jī)械鉆速等技術(shù)參數(shù)都有大幅度提高，可縮短鉆井周期，有效降低鉆井成本。

[1]劉壽光，吳泓渝．聚合鹽鉆井液體系研究[J].鉆井液與完井液，2006，23(3)：19-22.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2000.

[3]王平安，周世良.鉆井液處理劑及其作用原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.028

TE254.3

A

1673-1409(2012)04-N083-03

2012-02-19

李俊(1986-)，男，2009年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆井工藝技術(shù)方面的研究工作。