抑制環(huán)保型鉆井液在B1區(qū)塊施工中的質(zhì)量控制

郝名富 顧克江 張 琦 杜道勇

中國(guó)石化集團(tuán)江蘇石油勘探局鉆井處（江蘇揚(yáng)州225261）

抑制環(huán)保型鉆井液在B1區(qū)塊施工中的質(zhì)量控制

郝名富 顧克江 張 琦 杜道勇

中國(guó)石化集團(tuán)江蘇石油勘探局鉆井處（江蘇揚(yáng)州225261）

B1區(qū)塊上部鹽城組淺灰色、白色軟泥巖易造漿縮徑，阜寧組、泰州組深灰色泥巖易垮塌，而且水網(wǎng)比較密集，環(huán)保壓力大。所以，在該區(qū)塊選用了復(fù)合金屬離子復(fù)配小陽離子環(huán)境無害化潤(rùn)滑防塌鉆井液體系。該體系抑制性強(qiáng)、潤(rùn)滑防塌效果好，其主聚合物的一次回收率達(dá)88.4%，防塌劑的頁巖回收率達(dá)18.42%，高溫高壓膨脹率也較低。利于保護(hù)油氣層且環(huán)境無害化，所測(cè)表皮系數(shù)在-1.2～-3.5之間，滿足鉆井工程的需要，施工中末出現(xiàn)任何復(fù)雜等問題，鉆井及完井作業(yè)順利。

小陽離子抑制性防塌環(huán)境無害化海安凹陷

B1區(qū)塊位于海安凹陷海北次凹的東斜坡，是由一條近東西向弧形南掉斷層-堡1斷層與向南抬升的地層相交共同形成的斷鼻構(gòu)造，主要目的層為k2t1。鹽城組以淺灰色、白色夾棕紅色泥巖為主，易造漿、縮徑，三垛組以棕紅色泥巖、淺灰色粉砂巖與砂質(zhì)泥巖呈不等厚互層，造漿易形成虛厚泥餅縮徑。

早期在該區(qū)塊鉆探了2口井存在諸多復(fù)雜問題。上部軟泥巖易縮徑。該區(qū)塊上部鹽城組和三垛組地層成巖性差，為大段的軟泥巖，蒙脫石含量高，遇水極易水化膨脹、分散，造漿嚴(yán)重，地層極易縮徑，鉆進(jìn)過程中經(jīng)常發(fā)生遇阻卡、鉆頭泥包等。阜寧組、泰州組垮塌。該區(qū)塊下部阜寧、泰州組有大段深灰、灰黑色伊蒙混層及層理裂隙發(fā)育的泥頁巖，伊蒙混層的不均勻膨脹及泥頁巖的剝蝕掉塊，使得該段極易發(fā)生井壁掉塊、垮塌，進(jìn)而造成劃眼、卡鉆等復(fù)雜事故。

另外，B1斷塊所布井場(chǎng)周圍水網(wǎng)發(fā)達(dá)，河道縱橫，且叢式井組多，環(huán)保壓力大。大井斜、水平井段鉆進(jìn)過程中，巖屑在運(yùn)移時(shí)容易產(chǎn)生沉降并在井眼底邊形成巖屑床，在停泵時(shí)巖屑還極易滑落導(dǎo)致堵塞井眼和卡鉆，增加了潤(rùn)滑防卡難度。

1 室內(nèi)研究

1.1 主聚物的優(yōu)選

聚合物鉆井液抑制造漿能力的強(qiáng)弱主要取決于高分子量主聚物的抑制性，高分子量主聚物的優(yōu)選主要是通過該聚合物單劑巖心回收率的高低來評(píng)價(jià)，對(duì)于同一種巖心用多種高分子量聚合物進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果巖心回收率高，則說明聚合物包被能力強(qiáng)，室內(nèi)試驗(yàn)選取的主聚物有FA367、FA368、PMHA-Ⅱ、COATER、CSW，采用常規(guī)熱滾動(dòng)分散的方法，進(jìn)行巖心回收率的試驗(yàn)，見表1。

從表1中可以看出，PMHA-Ⅱ的一次、二次巖心回收率均高于FA367、FA368、COATER和CSW，由此可見，PMHA-Ⅱ主聚物的抑制包被能力最強(qiáng)。

表1 主聚物對(duì)巖心回收率試驗(yàn)

1.2 防塌劑的選擇

防塌劑的評(píng)價(jià)主要從滾動(dòng)回收率、高溫高壓膨脹率這些方面考察，試驗(yàn)中選擇SD-302、OSAM-K、FT-1、SD-202和KLG-1幾種防塌抑制劑進(jìn)行篩選，對(duì)其水溶液的頁巖回收、高溫高壓膨脹率進(jìn)行試驗(yàn)。見表2

由表2可見以聚合醇類產(chǎn)品KLG-1的抑制效果較好，膨脹率最低。

表2 幾種防塌劑對(duì)阜四段頁巖巖屑回收率

1.3 潤(rùn)滑劑的選擇

常用的鉆井液液體潤(rùn)滑劑有原油、動(dòng)植物油類、瀝青類或表面活性劑/礦物油（或植物油）的復(fù)混體系，這些潤(rùn)滑劑含有大量礦物油或?yàn)r青等高毒性、難生物降解的物質(zhì)，難以滿足環(huán)保要求。FXRH無毒潤(rùn)滑劑屬于聚多元醇類潤(rùn)滑劑，由烯醇類單體和乙二醇單體在一定條件下聚合而成，主要官能團(tuán)為眾多的羥基基團(tuán)，并有少量的其它官能團(tuán)，符合環(huán)境無害化要求，潤(rùn)滑性能見表3。

從表3可以看出，F(xiàn)XRH與KD-21、機(jī)油相比，F(xiàn)XRH的潤(rùn)滑性能良好，而且還有一定的降濾失效果。

表3 潤(rùn)滑劑FXRH的潤(rùn)滑性能

1.4 油層保護(hù)

根據(jù)堡1斷塊儲(chǔ)層物性：為中孔中滲儲(chǔ)層；分布層位K2t1，埋深2 420～2 520m，中深層油藏；粘土礦物以伊利石、伊蒙混層、蒙脫石為主，屬中等偏強(qiáng)水敏、無速敏、中等偏弱酸敏儲(chǔ)層。據(jù)此決定在目的層采用理想充填技術(shù)保護(hù)油氣層。該技術(shù)主要是針對(duì)中、高滲透性儲(chǔ)層，利用顆粒堆積效率最大值原理，將不同粒徑鉆井液暫堵劑產(chǎn)品按最優(yōu)比例進(jìn)行復(fù)配，使復(fù)配后暫堵劑顆粒的粒度分布正好與儲(chǔ)層的孔喉尺寸分布相匹配，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的暫堵和儲(chǔ)層保護(hù)效果。

1.5 鉆井液體系的確定

根據(jù)室內(nèi)優(yōu)選的無毒潤(rùn)滑劑FXRH、防塌劑KLG-1等，再與目前江蘇油田已成熟應(yīng)用的PMHA-Ⅱ、COATER、Na-HPAN或NH4-HPAN鉆井液體系相配伍。最終確定堡1區(qū)塊施工井的鉆井液配方為：復(fù)合金屬離子聚合物復(fù)配小陽離子潤(rùn)滑防塌鉆井液體系：復(fù)合金屬離子聚合物鉆井液+0.2%～0.5%K2CO3+0.2%CSW+2%KLG-1+QS+2%～3%FXRH+1%～2%FT388+1%～2%OSAM-K+稀釋劑甲基硅油+1.5%LXCT+RH4。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 鉆井液的配制

鉆井二開前用一開回收的泥漿加入1t土粉水化一段時(shí)間后再加入K2CO3200kg，鉆水泥塞時(shí)用Na-HPAN及K2CO3處理好水泥侵。由于上部鹽城、三垛組巖性較軟，巖屑極易水化膨脹、分散，在原鉆井液體系中配加KD-03、CSW、K2CO3等，鉆井過程中按PMHA-Ⅱ0.7kg/m、KD-03 0.3kg/m、CSW 0.2kg/m、K2CO30.6kg/m，降失水劑Na-HPAN或NH4-HPAN 1kg/m同時(shí)以“細(xì)水長(zhǎng)流”的方式補(bǔ)充，控制好黏度（涂-4杯測(cè)定）不能高于45s，最好在（涂-4杯測(cè)定）35s左右最佳，鉆井液密度可提至1.12～1.15g/cm3，由于采用復(fù)式井眼，上部井眼較大，鉆進(jìn)中保持泵排量在35L/s以上，添加100～200kgRH4防鉆頭泥包，并且控制好泥漿總量不宜太多，只要夠循環(huán)就行，以利于鉆井液性能的調(diào)整和減少處理劑的用量。

2.2 阜寧組～泰州組

鉆進(jìn)過程中按PMHA-Ⅱ0.3kg/m、COATER 0.1kg/m、K2CO30.2kg/m同時(shí)補(bǔ)充,降失水劑按1kg/m加入，API失水控制在5mL、HTHP失水在15mL以內(nèi)。進(jìn)入阜一段后包被劑配成低濃度稀膠液“細(xì)水長(zhǎng)流”的方法向泥漿中加入以補(bǔ)充泥漿因高溫蒸發(fā)和濾失損失的泥漿量，使泥漿體系內(nèi)保持有適量的自由水，以減少失/脫水效應(yīng)對(duì)泥漿流變性能的影響。在進(jìn)入易垮塌地層前及時(shí)加入1.5%～2%KLG（適當(dāng)配合OSAM-K、QS）引入“K”，通過物理封堵和化學(xué)抑制方法，鞏固井壁，鉆進(jìn)中定期補(bǔ)充防塌劑，加量要足，同時(shí)將密度提至設(shè)計(jì)上限1.22g/cm3，以增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性。進(jìn)入目的層前50m及時(shí)加入2%油層保護(hù)劑LXCT，強(qiáng)化固控設(shè)備的使用，尤其要提高離心機(jī)的使用效率，結(jié)合人工清砂，減少鉆井液濾液和有害固相進(jìn)入油層。定向成功后及時(shí)加入潤(rùn)滑劑1.5%～2%FXRH，鉆進(jìn)過程中根據(jù)鉆具摩阻情況及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑劑，同時(shí)用好固控設(shè)備，有效清除鉆井液中的劣質(zhì)固相。

2.3 水平井

井斜大于45°含油量達(dá)6%，井斜大于60°以上含油量不低于10%，并加足乳化劑SN-1，因SN-1具有雙親作用，加入鉆井液中能在泥餅表面形成一層油乳滴構(gòu)成的油膜，可以降低摩阻和扭矩。同時(shí)SN-1具有強(qiáng)烈吸附油的特點(diǎn)，在井壁形成一層憎水油膜，有效地控制濾液的侵入，減輕了泥頁巖的水化。為能滿足攜帶巖屑要求，避免嚴(yán)重沖刷井壁，井斜達(dá)45°以上將鉆井液體系逐漸轉(zhuǎn)化成黑色正電膠鉆井液體系，使BPS含量達(dá)到0.3%～0.5%，提高了鉆井液的攜帶懸浮能力。鉆進(jìn)中用PMHA-2液、NaOH液維護(hù)好鉆井液性能，及時(shí)加入足量多種防塌劑，配加QS，運(yùn)用多種防塌劑的復(fù)合防塌機(jī)理，增強(qiáng)鉆井液的防塌能力，以“少吃多餐”的方式及時(shí)補(bǔ)充油量，保證了鉆井液優(yōu)質(zhì)的潤(rùn)滑性。油層段鉆進(jìn)過程中補(bǔ)充LXCT油層保護(hù)劑、并配合使用防塌劑和超細(xì)對(duì)油層進(jìn)行屏蔽暫堵，除了正常的固控工作外，在水平段我們加強(qiáng)了人工清砂工作，用QS加重，離心機(jī)使用率始終保持在80%～100%，鉆井液中的含砂量控制在0.1%以下，減少鉆井液濾液和有害固相進(jìn)入油層。

2.4 油氣層保護(hù)

進(jìn)入油層前50m徹底清除循環(huán)系統(tǒng)沉砂，降低鉆井液中的劣質(zhì)固相，一次性加入2%LXCT油層保護(hù)劑并配加適量QS-4，以保證暫堵效果。儲(chǔ)層鉆進(jìn)中實(shí)施近平衡壓力鉆進(jìn)，提高鉆井速度，縮短儲(chǔ)層浸泡時(shí)間，調(diào)整好鉆井液性能，控制好失水，減少鉆井液濾失量對(duì)油層的損害。確保4級(jí)固控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，提高鉆井液清潔度，保證鉆井液含砂量＜0.1%，表4為該區(qū)塊部分井所測(cè)表皮系數(shù)。從數(shù)據(jù)分析，油層保護(hù)效果良好。

復(fù)合金屬離子聚合物復(fù)配小陽離子潤(rùn)滑防塌鉆井液體系（水平井采用黑色正電膠）經(jīng)過在B1區(qū)塊的應(yīng)用證明：該體系性能穩(wěn)定，便于維護(hù)，從目前己鉆成功的B1-4、B1-5、B1-6、B1-7、B1-8、B1-9、B1平1、B1平2、B1平3等井下正常，無任何復(fù)雜事故，滿足鉆井工程需要。各層段鉆井液性能見表5。

表4 堡1塊部分井表皮系數(shù)

表5 各層段鉆井液性能

3 結(jié)論

復(fù)合金屬離子聚合物復(fù)配小陽離子潤(rùn)滑防塌鉆井液在B1區(qū)塊9口井成功應(yīng)用，說明該體系能夠滿足鉆井工程需求。黑色正電膠聚合物混油鉆井液，工藝成熟，性能穩(wěn)定，能適應(yīng)水平井鉆井施工的需要。適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)措施配合（如排量、短起下）為井眼的暢通發(fā)揮了一定的作用。聚合醇防塌劑KLG與聚合醇潤(rùn)滑劑FXRH的協(xié)同作用，提高了井壁的潤(rùn)滑性和穩(wěn)定性、減少了對(duì)環(huán)境的污染。LXCT配合QS增強(qiáng)了儲(chǔ)層封堵能力，減少了液相及固相的侵入，儲(chǔ)層處于完善狀態(tài)，地層測(cè)試的表皮系數(shù)均在-1.2～-3.5，油氣層保護(hù)效果好。

[1]徐同臺(tái).井壁穩(wěn)定技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].鉆井液與完井液,1997,14(4).

[2]李克向保護(hù)油氣層鉆井液完井液技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社1993.

[3]宗桂勇，張景陽，顧克江.邵深1井鉆井液技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2010,27(4).

In the upper section of Block B1,the pressure of environment protection is very great,because light grey and white soft mud rock in Yan City group is easy to form the mud and the shrinkage while deep grey mud rock in Shuning group and Taizhou group tends to collapse and has the dense water net on the ground.Based on this,the drilling fluid system consisting of compound metallic ions and small positive ions is selected and applied to block B1,which is safe to environment,has the lubrication and prevents the collapse.Besides,this system has the strong inhabitation,the better effect of lubrication and collapsing prevention,together with 88.4%primary recovery ratio of its main copolymers,the 18.42%shale recovery ratio of preventing collapse agents and the lower inflation rate of high temperature and high pressure.As a result of protecting oil and gas reservoir and being safe to environment,the measured skin coefficient is between 1.2 and 3.5,satisfying the demands of drilling project.At last,no any complex problems appeared during the construction,so well drilling and well completion were operated successfully.

small positive irons;inhabitation;prevent the collapse;being safe to environment;Haian depression

郝名富（1958-），男，江蘇石油勘探局鉆井處高級(jí)技師，現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工作。

2010-07-16▎