頁(yè)巖氣調(diào)查井復(fù)雜地層有機(jī)硅聚合物鉆井液體系的研制與應(yīng)用

張統(tǒng)得, 樊臘生, 劉偉, 蔣炳, 鄧偉, 陸俊澤

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所, 成都 611734; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 成都 610081)

隨著20世紀(jì)90年代美國(guó)頁(yè)巖氣革命的開始,逐漸使美國(guó)由天然氣進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹诖髧?guó),并深刻影響了世界能源格局。而中國(guó)作為現(xiàn)今除了北美之外的最大頁(yè)巖氣生產(chǎn)國(guó),近年來在頁(yè)巖氣勘探開發(fā)也取得了重大進(jìn)展,尤其以四川盆地及周緣為重點(diǎn),初步建成了涪陵和威遠(yuǎn)兩大國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)[1-4]。頁(yè)巖氣調(diào)查井是以建立重點(diǎn)調(diào)查區(qū)地層層序,查證主要目的層巖性組合特征,獲取烴源巖與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)所需的樣品,以及標(biāo)定地球物理解釋成果并獲取地球物理參數(shù)為目標(biāo)而部署的鉆井,因此,該類型鉆井通常布置在新區(qū)新層系,可參考的鄰井資料缺乏,存在較大的不可預(yù)見性,同時(shí)地質(zhì)條件復(fù)雜,鉆探過程中常遇各類復(fù)雜地層。所謂復(fù)雜地層,一般可分為鹽類地層,黏土、泥頁(yè)巖地層,松散破碎地層,裂隙地層,巖溶地層,高壓油、氣、水地層和高溫地層等,部分地層在鉆井中主要表現(xiàn)為井壁松散、破碎,部分表現(xiàn)為遇水后水化、水溶,還有部分表現(xiàn)為漏失、涌水或壓力溫度異常。如在川西南地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查川沐地1井鉆探過程中多次發(fā)生井壁失穩(wěn)、深厚石膏層造成鉆井液污染等復(fù)雜情況,嚴(yán)重影響井內(nèi)安全與工程進(jìn)度。

在復(fù)雜地層中鉆進(jìn),不僅對(duì)鉆探器具、工藝等提出更高要求,鉆井液性能也是不可忽視的重要因素。一般針對(duì)復(fù)雜地層鉆探中所使用的鉆井液體系主要包括聚合醇鉆井液體系、有機(jī)鹽鉆井液體系、甲基葡萄糖甙鉆井液體系、合成基鉆井液體系和硅酸鹽鉆井液體系[5]。如Statoil公司曾在北海及挪威區(qū)域的Statfijord氣田使用合成基鉆井液施工10口試驗(yàn)鉆井,取得良好效果[6]。Baroid公司使用合成基在Ula油田進(jìn)行成功應(yīng)用,相比于傳統(tǒng)油基泥漿和水基泥漿,其效率得到有效提升[7]。李成等[8]針對(duì)甲酸鉀水基鉆井液體系難以保障復(fù)雜地層安全、加重成本高、加重困難等問題,通過優(yōu)選乳化瀝青、單封和隨鉆封堵劑對(duì)鉆井液進(jìn)行了優(yōu)化,保障了延長(zhǎng)油田YYP-9井三開陸相泥頁(yè)巖復(fù)雜地層安全鉆井。鄭洪濤[9]通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),低固相聚合醇鉆井液體系抑制性強(qiáng),流變性能好,防塌能力強(qiáng),能在礦區(qū)蝕變地層中完成取心鉆進(jìn),通過添加瀝青等封堵材料能夠提高孔壁的膠結(jié)能力。陳志陽等[10]使用KP共聚物鉆井液體系,通過鉀離子的鑲嵌作用,提高了孔壁的防塌能力,且流動(dòng)性較好,該鉆井液體系在煤田地質(zhì)中應(yīng)用較多?？梢钥闯?在鉆進(jìn)復(fù)雜地層時(shí)鉆井液體系普遍需要加強(qiáng)封堵性能,防塌性能和抑制性能,良好的鉆井液體系可以有效支撐鉆進(jìn)的順利進(jìn)行,同時(shí)保證井身質(zhì)量。

為此,現(xiàn)基于川西南地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查井井壁穩(wěn)定性分析,開展有機(jī)硅聚合物鉆井液體系研制與應(yīng)用分析,以期為今后頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查井復(fù)雜地層鉆探提供借鑒和指導(dǎo)。

1 井壁穩(wěn)定性分析

通常來講,井壁失穩(wěn)主要由兩方面原因造成,分別為力學(xué)因素和化學(xué)因素,若井壁所受應(yīng)力大于井壁強(qiáng)度,則極易發(fā)生井壁失穩(wěn),由于應(yīng)力重分布,井壁持續(xù)發(fā)生破壞,進(jìn)一步導(dǎo)致應(yīng)力集中加劇,其主要表現(xiàn)為地層破碎、易塌。而巖石中所含的黏土礦物與各種離子間的相互作用也是影響井壁穩(wěn)定性的重要因素,不同的巖性地層所含礦物類型和含量不同,與水接觸后,導(dǎo)致地層中的黏土礦物水化膨脹,易導(dǎo)致井壁失穩(wěn),其主要表現(xiàn)為造漿嚴(yán)重,巖石膨脹[11-12]。通過對(duì)川西南地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查川沐地2井的鉆遇地層分析,全井主要以裂隙發(fā)育的強(qiáng)水敏性泥巖為主,但同時(shí)又有硬脆性石英砂巖、軟弱煤層等地層,下部井段還有深厚石膏地層,對(duì)鉆井液的綜合防塌、抗污染等能力要求較高。

1.1 巖石礦物組分分析

采樣9組頁(yè)巖氣調(diào)查川沐地2井上部泥巖巖心,并采用X射線衍射方法進(jìn)行全巖及黏土礦物分析,具體分析結(jié)果如表1所示。

表1 采樣泥巖礦物種類與含量Table 1 Types and contents of sampled mudstone minerals

從表1可以看出,9組巖樣中的石英和黏土礦物占比較高,最低占比81%,最高占比可達(dá)96%,其余巖礦物占比較低,而黏土礦物中伊利石、綠泥石和伊/蒙混層占比較高,其中伊利石占比最高,最高可占67%,表明所采樣泥巖屬于典型的硬脆性泥巖[13-15],在黏土礦物中雖然不含有蒙脫石,但其中的伊/蒙混層及高嶺石仍具有一定的膨脹性,容易引起水化膨脹,進(jìn)而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)[16-17]。

1.2 巖石微觀結(jié)構(gòu)分析

對(duì)采樣泥巖采用SU8010型高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)(scanning electronic microscope, SEM),結(jié)果如圖1所示,從圖中可以看出該泥巖層狀結(jié)構(gòu)明顯,且沿著層理水平[圖1(a)]及垂直方向[圖1(b)]均裂隙發(fā)育,裂隙寬度以5 ～ 30 μm為主,普遍小于100 μm。因此,在鉆進(jìn)碎巖過程中隨著應(yīng)力釋放及鉆具擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致微裂隙寬度進(jìn)一步增大,為鉆井液的侵入提供通道,加劇了鉆井液與泥巖的水化反應(yīng)程度,從而進(jìn)一步降低了井眼穩(wěn)定性[18-19]。

圖1 采樣泥巖掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscope of sampled mudstone

因此,從以上分析可以得出,該泥巖地層中黏土礦物含量較高,且微裂隙發(fā)育,在鉆進(jìn)過程中極易發(fā)生井壁失穩(wěn)。此外該井還發(fā)育有多層煤系地層,質(zhì)地較脆,強(qiáng)度低,天然裂隙發(fā)育(圖2),鉆井液易在液柱壓力下沿著裂隙侵入地層,產(chǎn)生水力尖劈作用,進(jìn)一步降低煤層強(qiáng)度而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)[20];而在深部石膏層鉆進(jìn)中也易因石膏在鉆井液中溶解發(fā)生井壁失穩(wěn)或者鉆井液污染等復(fù)雜情況[21]。

圖2 脆性煤層發(fā)育Fig.2 Development of brittle coal seam

2 鉆井液體系研制

根據(jù)地層穩(wěn)定性分析,在鉆進(jìn)過程中鉆井液體系既要有較好的抑制性能,同時(shí)還要滿足不同復(fù)雜地層條件下的護(hù)壁防塌及抗污染等要求,對(duì)鉆井液的綜合性能要求較高。為了降低鉆探成本,實(shí)現(xiàn)高效快速鉆進(jìn),基于“抑制水化-物化封固”的多元協(xié)同增效防塌理論,結(jié)合地層穩(wěn)定性分析,對(duì)鉆井液的體系選擇與性能調(diào)控主要以強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵為主,尤其是對(duì)微米級(jí)裂縫的強(qiáng)化封堵,同時(shí)應(yīng)具有良好的流變性能,因此在鉀銨基聚合物鉆井液體系的基礎(chǔ)上優(yōu)選了有機(jī)硅聚合物鉆井液體系。

有機(jī)硅聚合物鉆井液體系它是以有機(jī)硅改性聚合物為強(qiáng)抑制劑,利用有機(jī)硅分子中的硅羥基與黏土顆粒表面硅羥基發(fā)生化學(xué)縮合反應(yīng),形成牢固的化學(xué)吸附,同時(shí)在黏土表面形成一層甲基朝外的吸附層,使黏土表面產(chǎn)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn),阻止和減緩黏土表面的水化作用,可有效防止泥巖的水化膨脹和坍塌,具有良好的抑制性及防塌能力[22-24];在封堵材料的選擇上主要根據(jù)室內(nèi)SEM測(cè)試得出的地層微裂隙寬度為重要參考依據(jù),優(yōu)選多級(jí)配超細(xì)碳酸鈣及乳化石蠟為封堵劑,利用兩者的“剛、柔”特點(diǎn),與黏土、有機(jī)硅改性聚合物等形成顆粒團(tuán)簇一起被擠入地層微裂隙中形成封堵帶,達(dá)到理想的封堵效果;同時(shí)配合硅氟聚合物處理劑調(diào)節(jié)鉆井液流變性能,實(shí)現(xiàn)在深部復(fù)雜地層安全鉆進(jìn)的需要。

2.1 試驗(yàn)器材

2.1.1 試驗(yàn)儀器

GW300-X型變頻高溫滾子加熱爐、NP-01型膨脹量測(cè)定儀、巖樣制備壓力機(jī)、LA-960V2型激光粒度分析儀、101型鼓風(fēng)干燥箱、FA型無滲透濾失儀、ZNN-D6B型電動(dòng)六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、電子分析天平等。

2.1.2 試驗(yàn)材料

膨潤(rùn)土,碳酸鈉(Na2CO3),氫氧化鉀(KOH),低黏度聚陰離子纖維素(low viscosity polyanionic cellulose,LV-PAC),水解聚丙烯腈銨鹽(ammonium salt of partially hydrolyzed polyacrylonitrile,NH4HPAN),聚丙烯酸鉀(potassium polyacrylate,K-PAM),有機(jī)硅改性聚合物,超細(xì)碳酸鈣(800目、1 250目、2 000目),乳化石蠟,硅氟聚合物。

2.2 試驗(yàn)方法

首先配制頁(yè)巖氣調(diào)查井原鉀銨基聚合物鉆井液基漿,在此基礎(chǔ)上設(shè)置正交試驗(yàn)組,以0.5%的濃度梯度,1%～2.5%為濃度范圍添加有機(jī)硅改性聚合物;以1%為濃度梯度,2%～5%為濃度范圍添加超細(xì)碳酸鈣;以0.2%為濃度梯度,0.2%～0.8%為濃度范圍添加硅氟聚合物;以1%為濃度梯度,1%～4%為濃度范圍,添加乳化石蠟;以塑性黏度、動(dòng)切力和API(American Petroleum Institute)濾失量為指標(biāo),找出4種添加劑的最優(yōu)加量,最終形成有機(jī)硅聚合物鉆井液配方,并對(duì)其抗鉆屑污染、抗鈣侵、抑制性、封堵性等各項(xiàng)能力開展分析評(píng)價(jià)。

2.3 結(jié)果及分析

2.3.1 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示,正交試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。對(duì)圖3中每組正交試驗(yàn)結(jié)果中的主要因素,如塑性黏度、動(dòng)切力及API濾失量進(jìn)行極差分析,找出每個(gè)因素的最優(yōu)水平組合。通過正交試驗(yàn)的極差分析法初步得到了各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的水平的影響大小和優(yōu)化水平取值,綜合考慮各指標(biāo)的影響因素的主次并結(jié)合體系目標(biāo)性能、工程成本等,優(yōu)選出最佳配方為:4% 膨潤(rùn)土+0.2% Na2CO3+0.3% KOH+1.2% LV-PAC+1.5% NH4-HPAN+1.5%有機(jī)硅改性聚合物+3.0%多級(jí)配超細(xì)碳酸鈣+3%乳化石蠟+0.4%硅氟聚合物。其中多級(jí)配超細(xì)碳酸鈣是按照m(800目)∶m(1 250目)∶m(2 000目)=1∶3∶2的比例加入。

圖3 正交試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Orthogonal test results

表2 正交試驗(yàn)表Table 2 Orthogonal test table

2.3.2 性能評(píng)價(jià)

(1)基本性能評(píng)價(jià)。鉀銨基聚合物鉆井液體系與有機(jī)硅聚合物鉆井液體系基本性能對(duì)比如表3所示。

表3 鉀銨基聚合物鉆井液與有機(jī)硅聚合物鉆井液體系基本性能對(duì)比Table 3 Basic performance comparison of potassium ammonium polymer drilling fluid and organosilicon polymer drilling fluid system

根據(jù)表3可見,有機(jī)硅鉆井液體系相比具有較低的黏度和切力,同時(shí)鉆井液的濾失性能得到一定提升,較適宜在深部復(fù)雜地層鉆進(jìn)中對(duì)鉆井液流變性及濾失性能的要求。

(2)抗鉆屑污染性能評(píng)價(jià)。選取該頁(yè)巖氣調(diào)查井暗紫紅色泥巖鉆屑,粉碎烘干后磨細(xì)過100目篩網(wǎng),然后按照不同比例加入鉆井液中,觀察鉆井液的性能變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 鉆屑加量對(duì)鉆井液性能的影響Table 4 Effect of cuttings increment on drilling fluid performance

從表4可以看出,隨著鉆屑加量的增加,有機(jī)硅聚合物鉆井液體系黏度和切力略有升高,API濾失量先降低再升高,總體性能變化不大,表明該體系具有較強(qiáng)容納鉆屑和抗黏土鉆屑污染的能力。

(3)抗鈣侵能力評(píng)價(jià)。以0.5%為濃度梯度,向鉆井液中加入0.5%～2.0%的CaSO4,測(cè)試鉆井液的抗鈣能力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 有機(jī)硅聚合物鉆井液抗鈣能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of calcium resistance evaluation of organosilicon polymer drilling fluid

從表5可以看出,在向有機(jī)硅聚合物鉆井液中加入不同加量的CaSO4后流變性能變化不大,API濾失量略有升高,基本滿足在石膏層鉆進(jìn)中對(duì)鉆井液的抗鈣能力要求。

(4)抑制性能評(píng)價(jià)。為了評(píng)價(jià)鉆井液的抑制性,選用該泥巖分別開展了膨脹性和分散性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。膨脹性實(shí)驗(yàn)中選取巖樣進(jìn)行粉碎磨細(xì),通過100 目孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行烘干備用,稱取10 g在壓力機(jī)上加壓2 MPa并保持5 min制得試驗(yàn)巖心,使用NP-01型頁(yè)巖膨脹儀測(cè)試實(shí)驗(yàn)巖心在不同浸泡介質(zhì)的線性膨脹情況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在分散性實(shí)驗(yàn)中選取6～10目巖樣20 g,將其放入盛有不同鉆井液及蒸餾水的陳化斧中進(jìn)行熱滾16 h(溫度設(shè)定為80 ℃),后取出巖樣過40 目分樣篩,再在清水中清洗1 min,105 ℃下風(fēng)干直至恒重,稱其重量,計(jì)算其滾動(dòng)回收率,其結(jié)果如表6所示。

圖4 膨脹性測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of swelling test

表6 滾動(dòng)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Rolling recovery test results

通過圖4及表6可以看出,有機(jī)硅聚合物鉆井液展現(xiàn)了良好的防塌抑制性能,泥巖在有機(jī)硅聚合物鉆井液中的16 h線膨脹率僅為4.84%,相比蒸餾水和鉀銨基聚合物鉆井液的膨脹率分別降低了72.56%和37.50%;同樣在分散性試驗(yàn)中,巖樣在有機(jī)硅聚合物鉆井液體系中的滾動(dòng)回收率也更高,達(dá)到了88.4%,表明該體系抑制泥巖分散性能力較強(qiáng)。

(5)封堵性能評(píng)價(jià)。前期研究表明,對(duì)于該泥頁(yè)巖地層,微裂縫是鉆井液侵入的主要通道,裂縫寬度普遍小于100 μm,按照D90封堵理論[25],向鉆井液體系中加入合適粒度的剛性及柔性粒子,可實(shí)現(xiàn)對(duì)微裂隙的有效封堵。因此,對(duì)有機(jī)硅聚合物鉆井液進(jìn)行粒度分析,其結(jié)果見圖5所示。從圖5中可以看出,該鉆井液中小于100 μm粒徑顆粒體積分?jǐn)?shù)超過95%,其中主要為1 μm以下及10 ～ 30 μm的粒度區(qū)間,可滿足該泥巖地層裂隙封堵對(duì)鉆井液材料的粒徑要求。

圖5 有機(jī)硅聚合物鉆井液粒度分布測(cè)試結(jié)果Fig.5 Test results of drilling fluid particle size distribution

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)鉆井液對(duì)微裂隙的封堵效果,開展了滲透性封堵試驗(yàn),該試驗(yàn)采用FA無滲透濾失儀,取20～40 目石英砂350 mL倒入有機(jī)玻璃管中,搖勻使砂樣平鋪在玻璃管內(nèi);再取鉆井液500 mL倒入裝有砂樣的玻璃管內(nèi);旋緊杯蓋,通入氣源,調(diào)節(jié)減壓閥,使得氣壓維持在0.69 MPa;打開放氣閥,使氣體進(jìn)入玻璃管內(nèi),同時(shí)開始計(jì)時(shí),觀察鉆井液30 min的濾失情況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 兩種不同鉆井液的砂床濾失實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Sand bed filtration test results of two different drilling fluids

從表7可以看出,有機(jī)硅聚合物鉆井液的砂床濾失量為0 mL,砂床侵入深度僅為5.6 cm,表明該體系具有良好的封堵效果;通過體系中的超細(xì)材料、可變形微粒充填在骨架材料的孔隙中,在近井壁能夠迅速形成超低滲透封堵層,有效阻止鉆井液濾液向深部滲透,避免或減輕水敏性地層的水化反應(yīng),進(jìn)而提高了體系的封堵防塌能力。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

川沐地2井是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在川西南-滇東北地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查部署的一口重點(diǎn)調(diào)查井,該井在二開鉆進(jìn)時(shí),上段地層巖性主要為暗紫紅色泥巖,黏土礦物含量較高,極易水化分散,出現(xiàn)掉塊等復(fù)雜情況(圖6),且先后發(fā)生三次嚴(yán)重鉆頭泥包(圖7),嚴(yán)重影響井內(nèi)安全和工程進(jìn)度[26]。分析原因主要為地層水敏性較強(qiáng),鉆井液采用鉀銨基聚合物體系,防塌抑制性相對(duì)較差,同時(shí)受泥漿泵排量較小,上返流速較低(理論上返流速僅為0.54 m/s),鉆井液循環(huán)周期較長(zhǎng),井內(nèi)巖屑沉積。因此,現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況,立即優(yōu)化調(diào)整鉆井液配方及性能,逐步轉(zhuǎn)換為有機(jī)硅聚合物鉆井液體系,調(diào)整后基本性能如表8所示;在鉆井液體系優(yōu)化的同時(shí),工程上也采取提高泥漿泵排量、優(yōu)選鉆頭結(jié)構(gòu)、下鉆過程中多次開泵、加強(qiáng)無用固相清除等措施,經(jīng)過鉆井液和工程措施的協(xié)同處理后,再未發(fā)生鉆頭泥包和掉塊等復(fù)雜現(xiàn)象,保障完成二開作業(yè)的順利實(shí)施,技術(shù)套管也一次性下至預(yù)定位置,未發(fā)生遇阻等復(fù)雜情況。

圖6 井內(nèi)泥巖掉塊Fig.6 Mudstone falling out in the well

圖7 鉆頭泥包嚴(yán)重Fig.7 Serious bit mud pocket

表8 二開下部井段鉆井液性能范圍Table 8 Performance range of drilling fluid in the lower section of the second spud

進(jìn)入三開后,地層愈加復(fù)雜,不僅有水敏性泥巖,還有脆性煤系地層、裂隙孔洞發(fā)育的碳酸鹽巖層、石膏層等;同時(shí)該井段也是該井的主要目的層段,在做好井控風(fēng)險(xiǎn)防控與井壁穩(wěn)定的前提下還需做好儲(chǔ)層保護(hù)。針對(duì)此情況,在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中采取了一系列的鉆井液技術(shù)措施,具體如下。

(1)進(jìn)一步加大有機(jī)硅改性聚合物處理劑及超細(xì)碳酸鈣、乳化石蠟等抑制劑和封堵劑的加量,提高鉆井液體系的抑制性和封堵性,嚴(yán)格控制失水量在5 mL以內(nèi),確保良好的泥餅質(zhì)量,主要性能如表9所示。

表9 三開井段鉆井液性能范圍Table 9 Performance range of drilling fluid in the third spud section

(2)強(qiáng)化無用固相的清除,振動(dòng)篩全程采用200目以上篩布,同時(shí)根據(jù)短程起下鉆到底情況、密度變化、固相含量等情況適時(shí)開啟離心機(jī)。

(3)該井在地質(zhì)設(shè)計(jì)中地層壓力系數(shù)最高為1.20,設(shè)計(jì)鉆井液密度最高為1.30 g/cm3,但在施工中采用設(shè)計(jì)密度時(shí)多次發(fā)生井涌、溢流等復(fù)雜情況,為了確保井內(nèi)安全,以壓穩(wěn)不壓漏為原則,逐步提高鉆井液密度,最高達(dá)到了1.50 g/cm3;此外在進(jìn)入碳酸鹽巖地層時(shí),為了防止漏失,提前向鉆井液中加入可酸化隨鉆堵漏材料,提高體系的防漏能力。

(4)該井在三開鉆進(jìn)中鉆遇厚度超過200 m的石膏層,鉆井液各項(xiàng)性能基本保持不變,井壁穩(wěn)定,未發(fā)生復(fù)雜情況,展現(xiàn)了良好的抗鈣能力。

該井在采用有機(jī)硅聚合物鉆井液體系以后,井內(nèi)復(fù)雜情況得到明顯改善,保障了鉆井安全,并順利鉆進(jìn)至2 406 m,達(dá)到地質(zhì)目的提前完鉆,并在目的層發(fā)現(xiàn)重要油氣顯示,保障了地質(zhì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)相比同區(qū)域已實(shí)施的同類型鉆井,各項(xiàng)鉆探技術(shù)指標(biāo)均有了較大提高,平均機(jī)械鉆速提高了44.64%,完井周期縮短23.74%,有效提高生產(chǎn)效率,降低了成本。

4 結(jié)論

通過對(duì)有機(jī)硅鉆井液體系的研制與應(yīng)用,得到以下結(jié)論。

(1)頁(yè)巖氣調(diào)查井地層條件復(fù)雜,強(qiáng)水敏性泥巖地層黏土礦物主要以伊/蒙混層及高嶺石為主,易引起水化膨脹導(dǎo)致井壁失穩(wěn),同時(shí)其微米級(jí)裂隙發(fā)育,進(jìn)一步加劇了井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn);而在下部軟弱煤層、碳酸鹽巖地層、石膏層發(fā)育,對(duì)井壁穩(wěn)定、鉆井液漏失、鉆井液污染都帶來極大挑戰(zhàn)。

(2)基于“抑制水化-物化封固”的多元協(xié)同增效防塌理論,提出了強(qiáng)抑制、微米級(jí)封堵的鉆井液思路,優(yōu)選了以有機(jī)硅改性聚合物為抑制劑,乳化石蠟、多級(jí)配超細(xì)碳酸鈣為封堵劑的鉆井液體系,重點(diǎn)對(duì)鉆井液體系的抗鉆屑污染、抗鈣能力、抑制性、封堵性進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià),結(jié)果表明該體系各方面性能優(yōu)良,能夠滿足下部復(fù)雜地層安全鉆進(jìn)施工。

(3)實(shí)踐表明,有機(jī)硅聚合物鉆井液體系在川西南-滇東北地區(qū)頁(yè)巖氣調(diào)查川沐地2井二開下部及三開井段均取得了較好的應(yīng)用效果,展現(xiàn)了良好的護(hù)壁防塌性能和抗污染能力,鉆探各項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo)有了大幅提高,該體系的成功應(yīng)用,可以為下一步該地區(qū)油氣資源勘探開發(fā)鉆井工程施工提供較好的借鑒思路。