胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系研究與應(yīng)用

張翔宇

（中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系研究與應(yīng)用

張翔宇

（中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

濟(jì)陽坳陷沾化凹陷樁西古潛山披覆構(gòu)造帶南部樁64-平1井的斜井段、水平段位于上第三系東營(yíng)組底部和下第三系漸新統(tǒng)沙河街組一段，該地層為泥頁巖、油泥巖、灰色泥巖夾層，極易發(fā)生坍塌掉塊、井壁失穩(wěn)等井下復(fù)雜情況。針對(duì)這一難點(diǎn)，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，選擇了胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，利用胺基硅醇的強(qiáng)抑制性抑制泥頁巖、油泥巖水化膨脹，利用強(qiáng)抑制鉆井液體系的高膨潤(rùn)土容量限，提高體系的優(yōu)質(zhì)黏土含量，并復(fù)配封堵防塌材料對(duì)地層微裂縫進(jìn)行封堵，有效地避免了鉆進(jìn)易坍塌地層出現(xiàn)掉塊、井壁失穩(wěn)等井下復(fù)雜情況。圖1表7參4

濟(jì)陽坳陷胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌流型調(diào)節(jié)劑井壁失穩(wěn)

0　引言

樁64-平1井是濟(jì)陽坳陷沾化凹陷樁西潛山披覆構(gòu)造帶南部樁64塊構(gòu)造較高部位的一口水平井。設(shè)計(jì)垂深：A靶垂深3 140.00 m，B靶垂深3 147.00 m，A靶～B靶間水平距離261.01 m。完鉆層位：沙一段。

該井前期施工順利，但鉆進(jìn)至井深3 363 m（井斜91°）時(shí)，由于遲遲未能發(fā)現(xiàn)油層，在水平段不斷調(diào)整井身軌跡，且鉆井液設(shè)計(jì)密度偏低，井底水平段位置發(fā)生坍塌，劃眼也沒能解決井底復(fù)雜情況，后填井側(cè)鉆。

該井施工難點(diǎn)是斜井段、水平段位于第三系東營(yíng)組底部和沙一段，該層段為泥頁巖、油泥巖、灰色泥巖夾層，極易發(fā)生坍塌掉塊現(xiàn)象，造成井下復(fù)雜情況［1］。

針對(duì)該難點(diǎn)，側(cè)鉆后選擇了胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，利用該體系的強(qiáng)抑制能力和強(qiáng)封堵能力，成功解決了該區(qū)塊東營(yíng)組底部和沙一段油泥巖、泥頁巖水化膨脹、坍塌掉塊等復(fù)雜情況，樁64-平1井側(cè)鉆后施工順利，未再發(fā)生井塌等復(fù)雜情況。該井側(cè)鉆后仍未發(fā)現(xiàn)油氣層，再次填井側(cè)鉆，井號(hào)改為樁64-平1側(cè)，仍然使用胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系，施工順利，也未出現(xiàn)復(fù)雜情況，順利完井。

1　胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系特點(diǎn)

1.1胺基硅醇強(qiáng)抑制劑的特點(diǎn)

（1）胺基硅醇為含硅羥基、胺基的有機(jī)高分子化合物，分子中的Si—OH鍵與黏土上的Si—OH鍵縮聚成Si—O—Si鍵，胺基通過電荷吸附在黏土顆粒表面，形成牢固的化學(xué)吸附［2］；

（2）在胺基的基礎(chǔ)上引入了硅羥基，通過對(duì)黏土表面形成疏水層，阻止了胺基對(duì)黏土顆粒的影響，因此胺基硅醇的加入對(duì)體系的流變性和濾失量影響較??；

（3）在黏土表面形成一層疏水基團(tuán)朝外具有疏水特性的吸附層，阻止和減緩了黏土表面的水化作用，從而增加鉆井液體系的抑制能力［3］。

1.2胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系的特點(diǎn)

（1）該體系采用胺基硅醇作為強(qiáng)抑制劑，使得該體系具有抑制泥頁巖水化膨脹、防止地層坍塌掉塊的特點(diǎn)；

（2）該體系能使地層巖石表面形成潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，由親水性轉(zhuǎn)為疏水性，有效地阻止濾液侵入地層，避免地層中泥頁巖、油泥巖由于水化膨脹而發(fā)生坍塌掉塊；

（3）該體系具有流變性穩(wěn)定特點(diǎn)，體系中加入胺基硅醇抑制劑能有效地抑制土相造漿分散，保持鉆井液流變穩(wěn)定性；

（4）該體系膨潤(rùn)土容量限、固相容量限要高于普通鉆井液體系，體系中更高的土相和有用固相含量可以加強(qiáng)對(duì)地層微裂縫的封堵，及時(shí)形成致密濾餅，起到保護(hù)井壁防止坍塌掉塊的作用；

（5）該體系具有保護(hù)油氣層的特點(diǎn)。

2　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

2.1胺基硅醇疏水性實(shí)驗(yàn)

從圖1a可看出，水滴滴到親水性巖石表面后，水滴在親水巖石表面鋪展開。

從圖1b可看出，水滴滴到經(jīng)0.5%胺基硅醇溶液浸泡8～12 h后的親水性巖石表面之后，水滴呈球形，親水性巖石經(jīng)胺基硅醇溶液浸泡后巖石表面轉(zhuǎn)換為疏水性。由上面兩圖可看出，胺基硅醇可改變巖石表面的親水性，利用此特性，可以有效地抑制井壁水化膨脹，有利于保持井壁穩(wěn)定，而且還具有保護(hù)油氣層的特點(diǎn)。

圖1　胺基硅醇疏水性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示圖

2.2胺基硅醇對(duì)鉆井液體系流變性影響實(shí)驗(yàn)

1號(hào)實(shí)驗(yàn)樣品選擇樁64-平1井處理井下復(fù)雜劃眼期間的井漿，取樣井深3 350 m。

1號(hào)鉆井液樣品配方（質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)，下同）：

10%～12%膨潤(rùn)土+0.3%～0.5%聚合物包被劑+ 1%～1.5%聚合物降濾失劑+1%～1.5%抗復(fù)和鹽水降濾失劑+2%～3%褐煤防塌降濾失劑+2%～3%磺化酚醛樹脂+3%～4%超細(xì)碳酸鈣。

1號(hào)井漿是劃眼期間使用鉆井液，由于井下出現(xiàn)復(fù)雜情況，需要鉆井液具有高黏切的特性，將井底掉塊帶出。由表1中數(shù)據(jù)看出，1號(hào)井漿加入0.3%的胺基硅醇后，鉆井液的漏斗黏度、PV、YP、G10s/G10min值明顯降低，當(dāng)胺基硅醇加量達(dá)到0.5%時(shí)，流變參數(shù)仍有所降低，而且加入胺基硅醇后濾失量未發(fā)生變化。

樁64-平1井劃眼期間需求鉆井液具有較高黏切，待復(fù)雜情況處理完后，可利用胺基硅醇來調(diào)整鉆井液流動(dòng)性，提高鉆井液的抑制性，由于井下仍可能存在坍塌掉塊風(fēng)險(xiǎn)，所以調(diào)整流動(dòng)性時(shí)，胺基硅醇的加量0.3%～0.5%比較合適。

表1　胺基硅醇對(duì)鉆井液流變性影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3胺基硅醇抑制性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2號(hào)實(shí)驗(yàn)鉆井液樣品選擇的樁64-平1井填井側(cè)鉆后井漿，取樣井深2 800 m。

2號(hào)鉆井液配方：6%～8%膨潤(rùn)土+0.3%～0.5%聚合物包被劑+1%～1.5%聚合物降濾失劑+1%～1.5%抗復(fù)和鹽水降濾失劑+2%～3%褐煤防塌降濾失劑+2%～3%磺化酚醛樹脂+3%～4%超細(xì)碳酸鈣

3號(hào)鉆井液配方：2號(hào)鉆井液+0.5%胺基硅醇

4號(hào)鉆井液配方：2號(hào)鉆井液+0.5%胺基聚醇

頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)樣品：評(píng)價(jià)土裝入壓模，用壓力機(jī)加壓至4 MPa，5 min后取出壓好的實(shí)驗(yàn)樣品。

2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)鉆井液樣品性能見表3。

表3　鉆井液樣品性能參數(shù)

取2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)鉆井液樣品的濾液做頁巖線性膨脹實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　鉆井液樣品頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

由表3中可看出，井漿中加入0.5%胺基硅醇后黏度切力稍有降低，API濾失量未有變化。井漿中加入0.5%的胺基聚醇后，鉆井液稍有增稠現(xiàn)場(chǎng)，且API濾失量明顯增加。由表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，胺基聚醇的抑制性要優(yōu)于胺基硅醇，但兩者相差不大，考慮到材料成本以及后期維護(hù)成本，樁64—平1井選擇胺基硅醇作為強(qiáng)抑制劑。

3　現(xiàn)場(chǎng)施工情況

3.1水平段井塌前鉆井液性能參數(shù)

樁64-平1井鉆進(jìn)至井深3 363 m（井斜91°）時(shí)，由于遲遲未能發(fā)現(xiàn)油層，在水平段不斷調(diào)整井身軌跡，且鉆井液設(shè)計(jì)密度偏低，井底水平段位置發(fā)生坍塌，井塌前鉆井液性能見表5。

表5　樁64-平1井水平段井塌前鉆井液性能表

3.2劃眼期間鉆井液性能參數(shù)

發(fā)生井下復(fù)雜狀況后，首先提高鉆井液黏度切力，起鉆將定向儀器起出，簡(jiǎn)化鉆具組合再下鉆通井劃眼。下鉆至定向點(diǎn)前，調(diào)整鉆井液性能，進(jìn)一步提高鉆井液的黏度切力，劃眼時(shí)鉆井液性能參數(shù)見表6。

表6　樁64-平1井劃眼期間鉆井液性能數(shù)據(jù)表

3.3胺基硅醇強(qiáng)抑制鉆井液體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.3.1側(cè)鉆前強(qiáng)抑制鉆井液體系調(diào)整

樁64—平1井劃眼通井至3 330 m位置后，嘗試多種方法也無法通井至井底，經(jīng)研究決定打水泥塞填井側(cè)鉆。打水泥塞填井后，候凝24 h，下鉆探塞面，掃塞至側(cè)鉆點(diǎn)后循環(huán)調(diào)整鉆井液性能，降低鉆井液的黏度切力，轉(zhuǎn)換鉆井液體系。

調(diào)整鉆井液性能的施工重點(diǎn)如下：

（1）開啟高速和低速離心機(jī)，清除鉆井液中的膨潤(rùn)土；

（2）按3個(gè)循環(huán)周加入胺基硅醇強(qiáng)抑制劑，加量0.5%～0.7%；

（3）勤測(cè)出入口的漏斗黏度，胺基硅醇降黏切的效果非常明顯，黏度降至120 s左右停止加入胺基硅醇，循環(huán)一周后看鉆井液黏度變化，如果沒有達(dá)到預(yù)期效果，可以再少量補(bǔ)充胺基硅醇；

（4）黏度切力調(diào)整合適后，補(bǔ)充護(hù)膠類防塌降失水劑，如LV-CMC、磺化褐煤、磺化酚醛樹脂等，保證鉆井液的穩(wěn)定性；

（5）配制濃度1%～1.5%聚丙烯酰胺干粉膠液，補(bǔ)充到鉆井液中，提高鉆井液的抑制性和穩(wěn)定性；

（6）正常鉆進(jìn)后，每天補(bǔ)充胺基硅醇強(qiáng)抑制劑，保證其濃度達(dá)到0.7%。

樁64-平1井轉(zhuǎn)換為胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系后鉆井液性能參數(shù)見表7。

表7　樁64-平1側(cè)鉆后鉆井液性能分段統(tǒng)計(jì)表

3.3.2側(cè)鉆后強(qiáng)抑制鉆井液體系的應(yīng)用：

（1）加入0.5%胺基硅醇提高鉆井液的抑制性；

（2）提高鉆井液密度至1.25 g/cm3，平衡地層坍塌壓力，防止掉塊產(chǎn)生；

（3）控制鉆井液中膨潤(rùn)土含量80～100mg/L，配合超細(xì)碳酸鈣、隨鉆堵漏劑、單向壓力封閉劑、瀝青防塌劑等處理劑加強(qiáng)封堵；

（4）井斜45°以后，適當(dāng)提高鉆井液的黏切，防止鉆井液對(duì)井壁沖刷產(chǎn)生掉塊，如有掉塊產(chǎn)生，保證鉆井液的懸浮攜帶能力能及時(shí)將掉塊攜帶出井眼；

（5）起下鉆控制上提下放速度，防止抽汲壓力、激動(dòng)壓力過大導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。下鉆到底開泵循環(huán)先單凡爾小排量頂通，防止開泵過急，憋塌地層。

通過工程措施優(yōu)化和針對(duì)性的調(diào)整鉆井液體系及性能參數(shù)，側(cè)鉆后，樁64-平1井施工順利，未出現(xiàn)復(fù)雜情況，該井順利完井。現(xiàn)場(chǎng)施工中，胺基硅醇強(qiáng)抑制封堵防塌鉆井液體系具有良好的抑制性和封堵防塌能力，性能易調(diào)整易維護(hù)，鉆井液體系穩(wěn)定，適用于易坍塌掉塊、易水化膨脹地層。

4　認(rèn)識(shí)與建議

（1）胺基硅醇鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性，配合瀝青類防塌劑、超細(xì)碳酸鈣、單向壓力封閉劑等材料可以有效地預(yù)防井壁坍塌等復(fù)雜情況。

（2）胺基硅醇鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性，可以用于大段泥巖造漿地層，防止泥巖水化分散，維持鉆井液的流動(dòng)性。

（3）胺基硅醇強(qiáng)抑制劑加入鉆井液中可以調(diào)整鉆井液的流動(dòng)性，對(duì)鉆井液的API濾失量基本無影響，適用于深井鉆井液及高密度鉆井液，節(jié)省后期維護(hù)成本。

（4）由于胺基硅醇具有較強(qiáng)的抑制性，加入胺基硅醇前，鉆井液中的膨潤(rùn)土必須適度分散，才能形成薄韌致密的濾餅，轉(zhuǎn)換為強(qiáng)抑制體系后，應(yīng)定期補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，并配合超細(xì)碳酸鈣形成優(yōu)質(zhì)濾餅。

（5）強(qiáng)抑制鉆井液體系也需要加入一定量分散類處理劑，促進(jìn)土相分散，保證鉆井液中有細(xì)分散的黏土，可以形成優(yōu)質(zhì)濾餅。

［1］邱春陽，劉學(xué)明，王興勝，等.董7井井壁穩(wěn)定鉆井液技術(shù)［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2014，37（4）：77-81.

［2］楊龍波.有機(jī)胺鉆井液的研究與應(yīng)用［D］；中國(guó)石油大學(xué)；2010年；23-26

［3］雷祖猛，趙虎，司西強(qiáng).MEG在泥頁巖地層的井壁穩(wěn)定機(jī)理研究［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2015，38（2）：68-71.

［4］陳平，馬天壽，夏宏泉.含多組弱面的頁巖水平井坍塌失穩(wěn)預(yù)測(cè)模型［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（12）：87-93.

（修改回稿日期2016-06-07編輯景岷雪）

張翔宇，男，1983年出生，碩士研究生，工程師；2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)從事于鉆井液技術(shù)研究工作。地址：（257064）山東省東營(yíng)市東營(yíng)區(qū)勘探路37號(hào)勝利泥漿公司。電話：18605467371。E-mail：531589849@qq.com