鉀鈣基聚磺混油鉆井液在J HW 003水平井中的應用

倪紅霞魏云彭健王少根段明祥汪世國

（1.新疆油田防塌封堵工程技術研究中心)

(2.新疆油田公司實驗檢測研究院)

(3.中原石油工程有限公司克拉瑪依項目部）

引言

J HW003井是新疆油田吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)的一口開發(fā)水平井，設計斜深4530 m，水平段位移1280 m。鄰井資料顯示：表層成巖性差，砂泥巖、砂礫巖交錯互層，易塌、易漏、易竄槽。二開直井段膏質、灰質泥巖易造漿、易縮徑，西山窯組煤層易垮塌，韭菜園子組裂縫發(fā)育易井漏，硬脆性泥巖易掉塊、崩塌，定向造斜段地層坍塌壓力高，設計鉆井液密度1.40-1.55 g/cm3，井底溫度100℃。施工過程中鉆井液的抑制性、失水造壁性、流變性難以控制。三開水平段地層蘆草溝組碳質、泥質砂巖、粉砂巖，成巖性好，但CO3－2、HCO3－污染嚴重，造成鉆井液粘切巨升，失水增大，嚴重時鉆井液粘度為滴流。工區(qū)內完鉆的吉17井，井深2793 m（P3wt2）、3036 m（P3wt1）發(fā)生井漏，井深3045 m發(fā)生井壁垮塌；吉8井，井深1411.54 m（J1b）發(fā)生井漏；吉9井，井深1259.04 m發(fā)生卡鉆。

一、理論基礎

1.利用KCl、KOH、N H4-HP A N提供K＋、N H4＋,而K＋和N H4＋的直徑與蒙脫石硅氧四面體六角環(huán)直徑相當,可以鑲嵌在硅氧四面體的六角環(huán)中,致易水化的泥頁巖呈惰性,從而降低泥頁巖的水化分散能力。

2.CaO溶解在水中生成C a(O H)2,C a(O H)2可游離出C a2＋,而C a2＋與泥巖中吸附的N a＋發(fā)生不可逆的離子交換吸附,在粘土顆粒表面形成水化硅酸鈣6 CaO·3SiO·2 H2O，結果大幅度降低了粘土顆粒的親水性和分散度,從而抑制泥頁巖的水化分散，同時可及時沉除CO32－、HCO3－，有效防止鉆井液污染。

3.以F A 367、S P-8為代表的兩性離子聚合物分子鏈上含有陽離子、非離子基團,對鉆井液具有較強的抑制能力，配合陽離子乳化瀝青K R-n和磺化類處理劑的應用,可有效抑制長段泥巖地層膨脹縮徑、垮塌、造漿，提高鉆井液抗鈣污染能力。

4.定向造斜段和水平段混入10%-15%的白油，能大幅度降低環(huán)空流阻和泵壓，顯著降低井壁泥餅的粘滯系數(shù)，有效防止鉆屑在井壁和鉆具表面的粘附，防止巖屑床的形成，同時能改善體系的抑制性、失水造壁性和對儲層的保護能力。

二、室內試驗

針對鉆遇地層難點結合鉀鈣基聚磺混油鉆井液特點，室內對鉀鈣基聚磺和鉀鈣基聚磺混油鉆井液進行了配伍性、抑制性、潤滑性、抗鹽膏污染等性能試驗，通過試驗優(yōu)選出了二開直井段、二開造斜段、三開水平段鉆井液基本配方及性能指標。

1.分井段鉆井液配方

二開直井段鉆井液配方：

5%-6%預水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋重晶石粉。

二開造斜段鉆井液配方：

4%-5%預水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%T P-6＋10%白油＋重晶石粉。

三開水平段鉆井液配方：

4%-5%預水化坂土漿＋0.3%KOH＋7%KCl＋0.5%C a O＋0.5%F A 367＋0.3%KOH＋1%S P-8＋1%N H4-HP A N＋2%S MP-1＋3%K R-n＋2%T P-2＋2%F D-8＋15%白油＋重晶石粉。

2.鉆井液配方性能

⑴二開直井段鉆井液配方性能（見表1）

表1 二開直井段鉆井液配方性能表

HT HP性能：120℃ /3.5 Mpa，巖樣回收率120℃ /16 h熱滾后，下同。

⑵二開造斜段鉆井液配方性能（見表2）

表2 二開造斜段鉆井液配方性能表

＋10%巖屑粉＋15%巖屑粉1.481.48575936.59.51136102/5.52.5/73.23.6120.090.08/ /

⑶三開水平段鉆井液配方性能（見表3）

表3 三開水平段鉆井液配方性能表

從表1、表2、表3可以看出：優(yōu)選出的鉀鈣基聚磺混油鉆井液配方，與白油等處理劑配伍性好，抗溫性能強，120℃/16 h熱滾前后性能無較大變化。抑制強，120℃/16 h巖樣回收率都在90%以上，說明可有效抑制地層中的粘土水化膨脹，防止井壁失穩(wěn)?？故辔廴灸芰?，加入0.8%石膏污染前后鉆井液性能基本無變化，仍能保持良好的穩(wěn)定性和流變性，可有效防止膏質泥巖對鉆井液造成的污染?？箮r屑粉侵污染能力強，取鄰井吉172井和吉174井800 m至2400 m地層泥巖巖屑粉，分別加入10%和15%，污染前后鉆井液性能穩(wěn)定，再次說明可有效抑制地層中的粘土造漿。

三、現(xiàn)場應用

1.J HW003井井身結構（見表4）

表4 J HW003井井身結構

2.二開直井段

一開鉆井液用清水沖稀，保持坂含在20～30 g/L之間，按基礎配方依次加入處理劑充分循環(huán)均勻，再加入KCl，最后加入陽離子乳化瀝青K R-n和隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6，性能達到要求后二開鉆進。

3.二開造斜段

二開造斜段前50 m啟動所有固控設備，盡量清除鉆井液中的劣質固相，并混入一定量的膠液把坂含降至20 g/L左右，按配方在性周上均勻混入10%的白油和1%S P-80,充分循環(huán)，保持鉆井液密度不降低，待全井性能均勻穩(wěn)定后開始造斜鉆進。

4.三開水平段

三開水平段控制坂含在20～30 g/L之間，提高白油濃度至15%，同時加入1%S P-80、2%F D-8，調整鉆井液性能至設計要求即可。

5.鉆井液維護與處理

⑴二開段鉆井液處理、補量和維護采用大、中、小分子聚合物、磺化類處理劑和鉀鹽復配，配制與鉆井液同密度的膠液按循環(huán)周均勻加入。隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6也必須按循環(huán)周均勻加入，以保持各種處理劑在鉆井液中的功效得到最佳發(fā)揮。

⑵造斜段和水平段，保持鉆井液良好的失水造壁性、流變性、流動性、潤滑性和懸浮攜帶性，始終保持鉆井液中的含油量和陽離子乳化瀝青K R-n及隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6及井壁封固劑F D-8的含量，通過加入抑制性材料嚴格控制坂含遞增。

⑶二開后各井段必須用好四級固控設備，盡量清除鉆井液中的無用固相，實現(xiàn)以“凈化”?！皟?yōu)化”。

6.應用效果

J HW003井二開直井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液，二開造斜段和三開水平段應用鉀鈣基聚磺混油鉆井液，完全滿足了井下安全、快速鉆井施工，全井無事故、無復雜情況。二開直井段、造斜段和三開水平段施工中鉆井液性能良好、井眼暢通、井壁穩(wěn)定、起下鉆無阻卡，二開、三開電測均一次成功；表層套管與技術套管順利到底，固井質量優(yōu)質；鉆井周期比設計縮短了17.5天，機械鉆速同比提高23%。試油與投產證實，J HW003井初期產量是吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)先導試驗水平井中最高的一口井。

結論

1.鉀鈣基聚磺混油鉆井液抗污染能力強。具有良好的抗溫、抗鹽、抗鈣和抗膨潤土及鉆屑污染能力，較好地解決了吉木薩爾致密油鉆井工區(qū)二開直井段長段膏質泥巖和灰質泥巖強造漿污染鉆井液性能和井眼縮徑、起下鉆遇阻卡的技術難題。

2.抑制與防塌能力強。利用同離子效應和K＋、N H4＋和C a2＋等陽離子和兩性陽離子聚合物的抑制包被作用,有效地解決了二開定向造斜段長段泥巖和硬脆性泥頁巖地層的垮塌問題。

3.體系中混入10%～15%的白油在常溫和高溫條件下潤滑性能好，同時具有較好的弱凝膠特性，可有效降低環(huán)空流阻和泥餅粘滯系數(shù)，防止因環(huán)空不暢引起泵壓升高而造成井漏，同時有效防止了造斜段、水平段巖屑床的形成和鉆屑在井壁和鉆桿上的粘附，提高了鉆井液在造斜段和水平段的攜砂能力，保證了造斜段和水平段井壁穩(wěn)定和井眼暢通。

4.定向造斜段和水平段體系中含10%～15%左右的白油，無熒光，不影響地質錄井。

5.陽離子乳化瀝青K R-n、隨鉆堵漏劑T P-2、T P-6、井壁封固劑F D-8與鉆井液配伍性良好，加入到鉆井液中能在鉆進過程中短時間內在近井壁地帶裂隙中快速形成屏蔽環(huán)，起到封堵、護壁、防漏和提高地層承壓能力作用，同時降低了儲層傷害。

6.鉆井液中含有過量的游離C a2＋，可及時沉除CO32－、HCO3－，防止其污染鉆井液性能。

[1]郭明賢，莊義江，胡曉津等.聚磺鉀鹽鉆井液的現(xiàn)場應用[J].鉆井液與完井液，2002，19（6）：36-38.

[2]廖天彬，蒲曉林，羅興樹等.超高密度聚磺近飽和甲酸鹽鉆井液室內研究[J].鉆井液與完井液，2010，27（4）：26-28.

[3]黃漢仁，羅平亞，楊坤鵬.泥漿工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1981.

[4]徐同臺，洪培云等.水平井鉆井液與完井液[M].北京：石油工業(yè)出版社，1999.

[5]王平全，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，2003.79.