陽(yáng)離子烷基糖苷鉆井液在高橋46－118H1井的應(yīng)用

王忠瑾，司西強(qiáng)，趙 虎，劉 超，謝盛華

(1.中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng)，457001;2.中原油田普光分公司天然氣凈化廠，四川達(dá)州，635000;3.中原石油工程有限公司鉆井二公司供應(yīng)站，河南濮陽(yáng)，457331)

高橋46－118H1井是部署在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口叢式水平開(kāi)發(fā)井，目的層為古生界二疊系中統(tǒng)盒8下，設(shè)計(jì)井深4 229 m/垂深3 064 m，實(shí)際完鉆井深4 271 m/垂深3 065 m，造斜段長(zhǎng)478 m，水平段長(zhǎng)1 069 m。鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速為3.41 m/h，地層溫度70～90℃。所采用的鉆井液類(lèi)型為CAPG鉆井液體系，實(shí)際完鉆鉆井液密度為1.30 g/cm3，較好地解決了長(zhǎng)水平段鉆井的攜巖帶砂、井壁穩(wěn)定和潤(rùn)滑防卡等技術(shù)難題。

1 地質(zhì)和工程概況

1.1 地質(zhì)巖性描述

高橋46－118H1井轉(zhuǎn)換CAPG型鉆井液后鉆遇石千峰組合石盒子組實(shí)鉆錄井巖性分析如下:2 750～3 117 m:主要巖性為棕紅色泥巖，棕褐色砂質(zhì)泥巖伴有灰色泥巖和灰色細(xì)砂巖等;3 117～4 271 m:主要巖性為灰白色細(xì)砂巖，淺灰色細(xì)砂巖和深灰色砂質(zhì)泥巖等。

1.2 工程概況

高橋46－118H1井二開(kāi)φ177.8 m技術(shù)套管自地面下至3 220 m，三開(kāi)采用φ152.4 mm鉆頭鉆至4 271 m，實(shí)施完井，完井下φ114.3 mm套管至4 260 m(2 950～4 260 m)。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)與施工技術(shù)思路

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

1)井眼清潔難度大。高橋46－118H1井設(shè)計(jì)水平段1 000 m，井身結(jié)構(gòu)為多級(jí)套管組合，表套直徑273.0 mm，環(huán)空較大;技套直徑為177.8 mm，環(huán)空較小;三開(kāi)水平段鉆頭直徑為152.4 mm，井眼比較小。鉆井液既要滿足上部大環(huán)空低返速下的帶砂能力，又要滿足水平段小井眼排量受限下的攜砂和懸浮固相能力。必須選用合理的鉆井液流變參數(shù)和合適的排量，一方面盡可能降低循環(huán)壓耗，另一方面保持良好的攜砂和懸浮能力，保持井眼清潔才可滿足鉆井工程的需要。

2)水平井段長(zhǎng)，對(duì)潤(rùn)滑性要求高。鉆進(jìn)過(guò)程中扭矩增大、阻卡問(wèn)題均是由于井眼清潔差而形成的巖屑床、井壁不穩(wěn)定、鍵槽和壓差過(guò)大等因素引起的。當(dāng)這些復(fù)雜情況被排除后，鉆井液潤(rùn)滑與防卡性能成為關(guān)鍵。實(shí)際在定向造斜過(guò)程中，若隨時(shí)更改垂深和位移，會(huì)給定向工作帶來(lái)了一定的難度，如:由原入A點(diǎn)靶點(diǎn)垂深3 062.76米提前到3 057米，垂深上調(diào)5.76米，靶前位移由300米提前到273米，最大狗腿度27.34°/100 m。這就要求鉆井液有更好的潤(rùn)滑性，能有效地降低摩擦阻力與扭矩。

3)地層巖性交錯(cuò)，井壁穩(wěn)定要求高。造斜段地層棕紅色泥巖，棕褐色砂質(zhì)泥巖伴有灰色泥巖和灰色細(xì)砂巖等，巖性變換交錯(cuò);水平段鉆遇長(zhǎng)段泥巖(3 610～3 891 m)，地層中的泥巖易吸水膨脹剝落、掉塊，對(duì)鉆井液的防塌能力提出了較高的要求。

2.2 施工技術(shù)思路

1)井眼清潔。根據(jù)多級(jí)套管組合和長(zhǎng)水平井段鉆井需求，采用合理的鉆井液流變參數(shù)和合適的排量，鉆井液黏度可控制在40～70 s以?xún)?nèi)。實(shí)鉆過(guò)程中，因膨潤(rùn)土含量偏高造成的鉆井液黏度上升，可適當(dāng)補(bǔ)充流型調(diào)節(jié)劑改善鉆井液，提高攜巖帶砂能力。

2)潤(rùn)滑防卡。APG可以改善泥餅質(zhì)量，具有較好的潤(rùn)滑性?？紤]到防塌效果和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，從造斜段開(kāi)始復(fù)合使用3%CAPG和3%APG，鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)地層巖性變化和水平段的加長(zhǎng)及時(shí)補(bǔ)充，即可滿足鉆井工程的需要。

3)井壁穩(wěn)定。造斜段及水平段地層巖性變換交錯(cuò)及部分井段的泥巖地層要求鉆井液具有較好的防塌能力。在泥巖含量較高的層段及時(shí)提高鉆井液密度，有效支撐井壁;保持一定濃度的CAPG，通過(guò)多羥基吸附拉近黏土和巖石晶片的結(jié)構(gòu)，限制黏土分散，保持鉆井液的抑制能力;復(fù)合使用硅甲基防塌劑等材料，提高鉆井液的封堵能力，達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的。

3 CAPG鉆井液體系

3.1 APG 鉆井液

APG與水有良好的互溶性，因分子鏈的長(zhǎng)短差異抗溫在150～180℃，其水溶液幾乎不受無(wú)機(jī)鹽的影響。在鉆井液中可增大鉆井液的屈服值和凝膠強(qiáng)度，提高鉆井液的攜巖能力;降低鉆井液的摩擦系數(shù)，提高鉆井液的潤(rùn)滑性;可有效降低鉆井液的水活度，阻止與鉆井液接觸的頁(yè)巖水化和膨脹，降低儲(chǔ)層的水鎖效應(yīng)［1－3］，APG 鉆井液在中原油田的非常規(guī)水平井上應(yīng)用3口井，該鉆井液具有較好地?cái)y巖帶砂、潤(rùn)滑防卡和抗溫抗污染能力，可滿足長(zhǎng)水平段鉆井的施工需要［4］，但抑制性能力有待提高，不能有效解決長(zhǎng)段泥頁(yè)巖的井壁掉塊問(wèn)題，且加量大，成本較高。

3.2 CAPG 鉆井液

針對(duì)烷基糖苷鉆井液存在的問(wèn)題，自主研發(fā)了新型鉆井液處理劑陽(yáng)離子烷基糖苷。陽(yáng)離子烷基糖苷在秉承了烷基糖苷較好潤(rùn)滑性的基礎(chǔ)上，抑制性能顯著提高，能夠有效解決泥頁(yè)巖及砂泥巖等易坍塌地層的井壁失穩(wěn)問(wèn)題。CAPG分子本身帶正電，結(jié)構(gòu)上含有一個(gè)親油的烷基、三個(gè)親水的羥基(—OH)、一個(gè)親水的醚鍵(C—O—C)和一個(gè)強(qiáng)吸附的季銨陽(yáng)離子(R1R2R3R4N+Cl－)。抑制機(jī)理是多種化學(xué)和物理作用的共同體現(xiàn)［5－10］，主要包括:1)靜電吸附成膜及拉緊晶層;2)羥基吸附成膜;3)季銨基團(tuán)吸附成膜及嵌入去水機(jī)理;4)降低水活度;5)形成封固層。從而大大加強(qiáng)了CAPG的抑制能力，保留了APG的潤(rùn)滑和抗溫抗污染能力，加量顯著降低。同時(shí)優(yōu)選封堵材料，優(yōu)化體系配方，協(xié)同作用解決水平段泥頁(yè)巖的井壁穩(wěn)定問(wèn)題，在陜北地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

4 CAPG鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 CAPG鉆井液的配制

CAPG鉆井液配方為:3%CAPG+3%APG+(0.5%～1.5%)降濾失劑 +(2%～3%)封堵劑+(0.6%～1.2%)流型調(diào)節(jié)劑 +(0.2%～0.4%)燒堿。配制 CAPG鉆井液前，保留老漿120 m3，清理循環(huán)罐;按照配方配制新漿CAPG鉆井液60 m3，邊鉆進(jìn)邊循環(huán)均勻，CAPG鉆井液轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換前后鉆井液性能見(jiàn)表1。

表1 CAPG鉆井液轉(zhuǎn)換前后鉆井液性能

4.2 鉆井液維護(hù)處理

4.2.1 流變性控制和井眼清潔

在轉(zhuǎn)換為CAPG鉆井液后，為了保證造斜段的沖刷帶砂和上部環(huán)空的懸浮帶砂，鉆井液應(yīng)保持合理的流變性，鉆井液的黏度控制在35～60 s，動(dòng)切力為2～8 Pa，靜切力為1～3 Pa/2～5 Pa較為合理，使用聚合物增黏劑可提高鉆井液的黏度;在膨潤(rùn)土含量較低的情況下可用生物聚合物黃原膠提高動(dòng)切力和靜切力，補(bǔ)充APG可提高黃原膠的抗溫穩(wěn)定性;若下鉆劃眼較多，可用黃原膠或增黏劑HP配置20～30 m3稠塞液清砂。

4.2.2 濾失量和泥餅質(zhì)量控制

降低鉆井液的濾失量可適當(dāng)補(bǔ)充降濾失劑，硅甲基防塌劑、瀝青粉等封堵材料也有一定的降濾失效果，也可以改善濾餅質(zhì)量。補(bǔ)充APG和CAPG可明顯改善泥餅質(zhì)量。

4.2.3 鉆井液的防塌措施

保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，是保持井壁穩(wěn)定的前提，鉆遇泥巖或泥質(zhì)含量較高的井段可適當(dāng)提高鉆井液的密度。轉(zhuǎn)換CAPG鉆井液(轉(zhuǎn)換井深2 546 m)后密度為1.13 g/cm3，造斜段(造斜井深2 750 m)主要巖性為泥巖，為保證其井壁穩(wěn)定，密度逐步提高到1.24 g/cm3，中完密度提升至1.26 g/cm3，三開(kāi)水平段鉆至3 610 m時(shí)鉆遇大段泥巖，γ＞180，泥質(zhì)含量升高，密度提高到1.30 g/cm3。保持≥3%的CAPG含量可有效保證鉆井液的抑制性，在泥巖含量較高的井段補(bǔ)充瀝青等封堵材料可提高鉆井液的封堵能力。

4.2.4 潤(rùn)滑防卡措施

APG鉆井液潤(rùn)滑能力強(qiáng)，保持APG和CAPG總量≥6%，隨著水平段的加長(zhǎng)，可適當(dāng)提高濃度，可有效降低鉆井液的摩阻;同時(shí)必須加強(qiáng)固相控制，控制鉆井液含砂量≤0.3%，是保障長(zhǎng)水平段鉆井工程的需要。

4.3 應(yīng)用效果

在整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液性能穩(wěn)定、井下安全、起下鉆暢通無(wú)阻、電測(cè)及完井作業(yè)均一次成功，未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，達(dá)到了穩(wěn)定井壁、保護(hù)儲(chǔ)層及井下安全的目的，為地質(zhì)資料的完整錄取和鉆井施工地順利進(jìn)行提供了技術(shù)保障?，F(xiàn)場(chǎng)具體應(yīng)用效果如下:

1)抑制性強(qiáng)，保障了井壁穩(wěn)定。保持合理的鉆井液密度，有效支撐井壁，保持≥3%的CAPG含量可有效保障鉆井液的抑制性，及時(shí)補(bǔ)充超細(xì)鈣和瀝青等封堵材料提高鉆井液的封堵能力。通過(guò)降濾失劑降低鉆井液濾失量，提高了井壁穩(wěn)定性。本井造斜段泥巖和砂質(zhì)泥巖含量達(dá)44%，未出現(xiàn)掉塊等井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。施工過(guò)程中CAPG鉆井液較好地解決了的鉆屑水化分散和污染鉆井液的問(wèn)題，鉆井液性能穩(wěn)定。應(yīng)用段鉆井液性能見(jiàn)表2。

表2 高橋46－118H1井應(yīng)用段鉆井液性能

2)潤(rùn)滑性好，滿足定向施工，有利于降低循環(huán)壓耗、提高機(jī)械鉆速。該井水平段為6"井眼，鉆進(jìn)過(guò)程中排量為16 L/s，泵壓為17～19 MPa，起下鉆和拉井壁平均摩阻為7～9 t，二開(kāi)直井段和定向段共用時(shí)26.08 d。比設(shè)計(jì)提前3.92 d，高橋46－118H1井僅用32.63 d鉆完井深4 271 m，在同區(qū)塊屬最快的一口開(kāi)發(fā)水平井。

3)剪切稀釋好、攜巖能力強(qiáng)，保證了井眼清潔。施工過(guò)程中，鉆井液性能穩(wěn)定，流變性好，有較好的攜巖帶砂能力，保證了井眼的清潔。起下鉆正常未出現(xiàn)復(fù)雜事故，說(shuō)明鉆井液具有良好的攜砂能力，將鉆屑及時(shí)攜帶出井筒。保證了鉆井過(guò)程的快速、安全。

4)有利于油氣層保護(hù)和環(huán)境保護(hù)。CAPG與APG可有效降低鉆井液的水活度，形成理想隔離膜，阻止與鉆井液接觸的泥頁(yè)巖水化和膨脹，有效地維持井眼的穩(wěn)定，降低儲(chǔ)層的水鎖效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù);鉆井液中膨潤(rùn)土含量低，亞微米固相顆粒含量少，三開(kāi)使用加重材料為石灰石，有利于酸化解堵，保護(hù)儲(chǔ)層。APG及配伍處理劑生物毒性低，可自然降解，環(huán)境保護(hù)壓力低。

5 結(jié)論

1)APG鉆井液體系在攜巖帶砂能力、潤(rùn)滑能力、濾失造壁性等方面較好，抗溫穩(wěn)定性較高;CAPG鉆井液體系提高了鉆井液的抑制性，可滿足更多地層長(zhǎng)水平段鉆井的需要。

2)CAPG鉆井液技術(shù)在高橋46－118H1井水平段的應(yīng)用較為成功，未出現(xiàn)井下復(fù)雜情況?？筛鶕?jù)相應(yīng)井段制定鉆井液密度，在長(zhǎng)段泥巖地層，及時(shí)補(bǔ)充CAPG的含量，復(fù)合使用超細(xì)鈣和瀝青，保障井壁穩(wěn)定;優(yōu)化鉆井液配方，對(duì)同類(lèi)材料作經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，在滿足鉆井工程需要的前提下，降低鉆井液的成本;應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)固相控制，及時(shí)清除鉆井液的有害固相，進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速。

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