KCl聚合醇鉆井液在尼日爾Goumeri油田定向井的應(yīng)用

焦 小 光

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，北京 100101)

Goumeri油田位于尼日爾東北部的Agadem地區(qū)，在該地區(qū)鉆井時，在平均地層1 550～1 690 m之后鉆遇Sokor泥巖，在2 300 m后見低速泥巖。從這2種泥巖的理化性能分析，其組成大致是伊-蒙混層占53%，高嶺石占44%，伊利石占3%。在伊 - 蒙混層中，伊利石占60%，蒙脫石總含量僅有21%，且只存在于伊-蒙混層中。這種巖性組分決定了該地層泥巖不易分散，造漿性不強，但淺部軟泥巖容易水化膨脹引起縮徑；深部硬脆性泥巖容易剝落造成坍塌、掉塊。Goumeri區(qū)塊2年的鉆井實踐也表明，這一地區(qū)鉆井施工的主要難題是鉆遇Sokor泥巖和低速泥巖時的坍塌、掉塊及縮徑現(xiàn)象。

2010年11月，Goumeri油田首次進行定向井施工。相較直井而言，定向井鉆井施工難度更大，井塌、卡鉆等復(fù)雜情況更多，對鉆井液的要求也更高，選擇合適的鉆井液對定向井的施工至關(guān)重要。從已有文獻分析，定向井，特別是大斜度定向井，多采用穩(wěn)定井壁能力較強的鉆井液體系，如油基鉆井液、合成基鉆井液等[1-2]。然而，這類鉆井液通常配制成本較高，僅用于地質(zhì)情況極為復(fù)雜的鉆井施工，尚未大范圍使用。

KCl聚合醇鉆井液是一種強抑制性、防塌水基鉆井液體系，已經(jīng)在國內(nèi)外得到廣泛研究和應(yīng)用[3]。KCl聚合醇鉆井液是在KCl聚合物鉆井液的基礎(chǔ)上，引入聚合醇防塌劑，將無機鹽KCl、多元聚合醇配伍使用，利用它們的協(xié)同防塌機理，共同起到增強抑制性、穩(wěn)定井壁的作用。經(jīng)室內(nèi)實驗和Goumeri區(qū)塊實鉆井現(xiàn)場應(yīng)用證明，使用KCl聚合醇鉆井液完全可以滿足該地區(qū)的地質(zhì)要求。同時針對定向井鉆井過程中易黏卡等問題，在斜井段使用優(yōu)選的液體潤滑劑RH8501，并混入柴油，改善鉆井液潤滑性，降低發(fā)生卡鉆的風(fēng)險。實際鉆井結(jié)果表明，使用KCl聚合醇鉆井液，2口定向井均順利鉆達目的層。其中，第1口井Goumeri-9完鉆井深2 985 m，最大井斜角29.8°，水平位移761.7 m；第2口井Goumeri-11完鉆井深2 995 m，最大井斜角29.9°，水平位移750.7 m。

1 技術(shù)難點

2口定向井均為二開井，其在鉆井施工中的鉆井液技術(shù)難點主要表現(xiàn)在：

(1) 鉆穿Sokor泥巖和低速泥巖時的坍塌、掉塊及縮徑現(xiàn)象。

(2) 定向井井眼軌跡不成直線，鉆具管柱在井內(nèi)受力復(fù)雜，與井壁接觸面積大，極易發(fā)生壓差卡鉆(黏附卡鉆)、扭矩過大等事故。尤其是Goumeri-9井在2 101 m之后又開始降斜，施工難度進一步增大，對鉆井液的潤滑性提出了考驗。

(3) 在斜井段，巖屑在上返過程中將沉向井壁下側(cè)，堆積形成“巖屑床”，不易被清洗攜帶。

(4) 斜井段井徑不規(guī)則處易形成鍵槽導(dǎo)致電測纜線及套管難以下入。

2 技術(shù)措施

針對存在的技術(shù)難點，使用KCl聚合醇強抑制性防塌鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液性能，解決Sokor泥巖和低速泥巖地層的坍塌、掉塊和縮徑問題，滿足斜井段巖屑攜帶要求。同時在斜井段分多次混入潤滑劑及適量柴油，改善鉆井液及泥餅潤滑性，防止黏卡。在完井階段，配制潤滑封閉鉆井液封閉造斜點以上100 m至井底的裸眼段，保證完井作業(yè)成功率。

2.1 增強抑制性，提高防塌能力

KCl聚合醇鉆井液體系的顯著特點就是無機鹽KCl與聚合醇復(fù)配使用時，能利用K+穩(wěn)定泥頁巖原理[4]和聚合醇的“濁點”效應(yīng)[5]，起到增強抑制性，封堵井壁裂縫，防止井壁垮塌的作用。就這2口定向井而言，有以下要點：

(1) 進入Sokor泥巖后，保證Cl-質(zhì)量濃度大于30 000 mg/L，并逐步提高聚合醇的質(zhì)量濃度達到30 kg/m3以上。大分子聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)是該鉆井液體系的主要包被劑和頁巖抑制劑，鉆進中保證其有效含量在5 kg/m3以上，確保體系具有強抑制性和較好的防塌能力。

(2) 下部地層表現(xiàn)為硬脆性泥巖，有微裂縫，易剝落掉塊，應(yīng)加大聚合醇防塌劑的用量。

2.2 增強鉆井液潤滑性

針對定向井施工易發(fā)生黏卡、托拉的特點，通過室內(nèi)實驗優(yōu)選出液體潤滑劑RH8501。該潤滑劑可在泥餅上形成液相保護膜，顯著降低鉆井液摩擦系數(shù)。造斜開始后，可以以2%～3%的體積加量慢慢混入鉆井液中。同時，在斜井段分多次向鉆井液中混入柴油，直至最后體積分數(shù)達到5%～10%，進一步增強鉆井液潤滑性。此外，保證鉆井液API濾失量小于4 mL，形成薄而堅韌的泥餅。

2.3 保持鉆井液理想流型，增強攜巖能力

(1) 使用聚丙烯酰胺鉀鹽(KPAM)或黃原膠XCD改善鉆井液流型，使其動塑比保持在0.30～0.55(Pa/mPa·s)，確保巖屑能夠有效攜帶至地面。

(2) 保證鉆井液具有良好的觸變性，在井內(nèi)鉆井液靜止時能夠有效懸浮鉆屑，延緩鉆屑堆積。

(3) 必須采用足夠排量，保證較高環(huán)空返速，能及時清除下井壁巖屑床。鉆進中每隔3-5柱或短起時泵入高黏鉆井液洗井。

2.4 制定詳細鉆井液完井措施

(1) 完鉆后必須執(zhí)行短起下鉆和長起下鉆，修整井壁。

(2) 電測和下套管作業(yè)前，泵入潤滑封閉泥漿，封閉造斜點以上100 m至井底的裸眼段。選用固體潤滑劑塑料小球HJN101和液體潤滑劑RH8501，質(zhì)量分數(shù)分別為1%和2%，確保裸眼段內(nèi)的鉆井液具有優(yōu)異的鉆屑懸浮能力和良好的潤滑性能。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.1 鉆井液現(xiàn)場處理與維護

2口井二開所使用的KCl聚合醇鉆井液均由一開膨潤土漿轉(zhuǎn)化而來。現(xiàn)場使用小分子量的降濾失劑NPAN，抗高溫降濾失劑為PAC-LV、SMP-I、SMC、SPNH，其配方為：(2.5%～3.0%)預(yù)水化膨潤土漿+1.0%NPAN+0.5%(PAC-LV)+1.0%(SMP-I)+1.0%SMC+1.0%SPNH+0.4%KPAM+(6.0%～8.0%)KCl+重晶石(根據(jù)需要確定比例)。

優(yōu)化后的KCl聚合醇鉆井液性能如表1所示。

表1 優(yōu)化后的KCl聚合醇鉆井液性能

注：ω膨潤土為采用亞甲基藍測試(Methylene Blue Fest，簡稱MBT)測得的鉆井液中膨潤土的質(zhì)量濃度。

2口井鉆進時隨井深增加逐步提高鉆井液密度，進入低速泥巖前，鉆井液密度提至1.25 g/cm3，平衡地層坍塌壓力。在保證有效攜巖的前提下，對鉆井液流變性的處理思路是維持低黏、低切，防止因鉆井液液相黏度過高而引起的鉆具黏卡、起鉆抽吸等事故，完鉆時漏斗黏度不超過60 s?？刂艫PI濾失量不超過4 mL。后期隨著井底溫度升高，加大抗高溫降濾失劑的用量，控制API濾失量維持在2～3 mL，確保泥餅薄而堅韌。鉆進時及時補充KCl，保證全井Cl-質(zhì)量濃度不低于30 000 mg/L。進入Sokor泥巖后開始加入聚合醇防塌劑，并在鉆進中及時補充，保證其質(zhì)量濃度在30 kg/m3以上。一定要保證KCl和聚合醇的用量，確保體系具有強抑制性和較高的防塌能力。鉆進時一、二級固控設(shè)備必須正常運轉(zhuǎn)，離心機間斷性運轉(zhuǎn)，降低有害固相含量。2口井不同井段的鉆井液性能見表2。由表2可見，2口井在各個井段鉆井液性能均處于最優(yōu)范圍之內(nèi)，且鉆進期間性能穩(wěn)定，保證了鉆井施工的順利進行。

2口井均在造斜開始后混入液體潤滑劑RH8501和柴油，其中RH8501的用量超過了2%，起到了良好的潤滑作用。Goumeri-9、Goumeri-11全井混入柴油分別達30.0、29.5 m3，體積分數(shù)均超過5%。每次混油前后都對鉆井液常規(guī)性能進行測量，防止由于柴油的混入引起鉆井液性能出現(xiàn)較大的變化。對比結(jié)果如表3所示。從表3可以發(fā)現(xiàn)，混入柴油后鉆井液漏斗黏度明顯上升，其他性能無顯著變化。漏斗黏度的上升主要是因為柴油分子與鉆井液中的高聚物分子相互作用，引起鉆井液結(jié)構(gòu)強度的增加，造成液相黏度升高。但在鉆井液充分循環(huán)后，該效應(yīng)消失。從現(xiàn)場應(yīng)用效果分析，混入柴油后，鉆井液潤滑性能得到明顯改善，扭矩有所下降。

表2 2口定向井不同井段鉆井液性能

注：n值代表鉆井液的流性指數(shù)，為無因次單位；K值代表鉆井液的稠度系數(shù)。

表3 2口定向井混入柴油前后鉆井液性能對比

3.2 鉆井液現(xiàn)場使用效果

2口定向井使用KCl聚合醇鉆井液鉆進期間，鉆井液性能優(yōu)異、穩(wěn)定，尤其是該體系特有的強抑制性和較高防塌能力，完全解決了在Goumeri地區(qū)Sokor泥巖和低速泥巖段出現(xiàn)的坍塌、掉塊及縮徑問題?；烊霛櫥瑒┖筒裼秃?，鉆井液潤滑性能良好，沒有嚴重黏卡事故出現(xiàn)。2口井起下鉆均非常順利，最大起鉆超拉僅有18 t，說明井壁光滑，井身質(zhì)量好。圖1是根據(jù)電測數(shù)據(jù)做出的2口井的井徑曲線。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在選定井段，除個別點井徑有所擴大外，2口井總體井徑規(guī)則，平均井徑擴大率分別只有7.0%和10.9%。

圖1 井徑曲線

4 結(jié) 語

(1) 強抑制性、防塌KCl聚合醇鉆井液性能優(yōu)異、穩(wěn)定，完全適應(yīng)尼日爾Goumeri油田的地質(zhì)要求，基本解決了該地區(qū)Sokor泥巖和低速泥巖坍塌、掉塊和縮徑問題，滿足了定向井的鉆井技術(shù)要求。

(2) 向鉆井液中混入2%～3%的液體潤滑劑RH8501及5%～10%的柴油，顯著改善了鉆井液的潤滑性，解決了定向井施工中常見的黏卡、托拉現(xiàn)象。

(3) 強抑制性、防塌KCl聚合醇鉆井液在尼日爾Goumeri油田定向井施工中的成功應(yīng)用，為今后在該國其他類似油田進行更為復(fù)雜的直井、定向井鉆井提供了范例。