長慶氣區儲氣庫超低壓儲層水平井鉆井液完井液技術

2012-09-15 06:51:54陳在君陳恩讓崔貴濤黎金明李寶軍謝新剛

天然氣工業 2012年6期

陳在君陳恩讓崔貴濤黎金明李寶軍謝新剛

低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室·中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院

陳在君陳恩讓崔貴濤黎金明李寶軍謝新剛

低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室·中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院

陳在君等.長慶氣區儲氣庫超低壓儲層水平井鉆井液完井液技術.天然氣工業，2012，32（6）：57-59.

鄂爾多斯盆地長慶氣區儲氣庫選擇在榆林氣田的山西組山23儲層實施，由于該氣層經過長期開采和儲層壓裂改造，導致水平段目的層壓力極低（壓力系數0.4～0.6），成為誘發水平井段發生鉆井液壓差漏失的地質因素；且采用篩管完井方式又要求鉆井液完井液必須具有非常好的暫堵效果。針對上述技術難題，以室內預防井漏、儲層保護研究為技術支撐，研制出了具有抑制性強、潤滑性高、總固相少等特點的無土相復合鹽低傷害暫堵鉆井液完井液體系。現場應用兩口井，其中Y37-2H完鉆井深5 044 m，水平段長1 819 m，創長慶氣田水平段215.9 mm井眼的施工記錄，139.7 mm篩管一次性下到預定位置，并獲得無阻流量100×104m3／d的高產氣流。應用效果表明：該體系較好地保護了山23儲層，鉆完井施工作業安全順利。

鄂爾多斯盆地長慶氣區儲氣庫超低壓鉆井液復合鹽暫堵低傷害

鄂爾多斯盆地長慶氣區儲氣庫建設選用的榆林氣田下二疊統山西組山23儲層埋深在2 800 m左右，在長期開采后，目的層壓力極低（壓力系數0.4～0.6），且采用水平井及篩管完井方式進行，使得鉆井施工存在諸多技術難題［1－2］。僅就鉆井液完井液技術而言，目前儲氣庫井建設中存在的問題包括：①水平井段設計1 500～2 000 m，屬于長水平段范疇，潤滑減阻與井眼凈化問題突出；②極低壓力地層易導致水平井段施工發生漏失，影響鉆井施工和儲層保護效果；③長慶氣田儲層特有的砂體連片性差，鉆遇泥巖將會發生井眼不穩定穩定；④篩管完井方式決定了鉆井液完井液必須具有非常好的暫堵效果。

針對以上問題，借鑒長北天然氣項目水平井施工經驗［3］，對無土相低傷害暫堵鉆井液完井液體系進行技術改進和提升［4－6］，研究出了巖心傷害恢復率在85%以上、抑制性強、摩阻系數小于0.05、密度可調的無土相復合鹽低傷害暫堵鉆井液完井液體系，分別在Y37-1 H、Y37-2H 井進行了現場試驗應用，其中 Y37-1H井水平段成功穿越了70 m純泥巖，井眼152.4 mm，水平段長1 062 m；Y37-2 H井水平段共鉆遇5段泥巖，泥巖段累計長度134 m，井眼215.9 mm，水平段長1 819 m，創該尺寸井眼長慶施工記錄。

1 室內評價實驗

1.1 基本配方

選擇了能生物降解的組分，進行常溫、高溫條件下的一系列的配方優選試驗，最后得出了該體系的基本配方如下：2%～3%酸溶降失水劑G301-SJS＋2%～5%酸溶暫堵劑G302-SZD＋0.3%～0.5%提黏提切劑G310-DQT＋3%～6%無機鹽抑制劑G312-WZJ＋5%～20%有機鹽抑制劑G313-YZJ＋0.2%～0.5%p H值調節劑＋適量防腐劑，基本配方性能見表1。

1.2 體系抑制性防塌評價實驗

考慮體系總固相含量控制的要求和強抑制性的需要，重點研究了可溶性有機鹽、無機鹽在提高液相密度和鉆井液抑制性的作用，體系防塌實驗結果見表2。有機鹽溶液自身具有較高的密度，僅其水溶液密度就可超過1.25 g／cm3，復配使用無機鹽就可以提高體系的抑制性，以滿足防塌的要求。另外輔以G302-SZD等即可形成具有較好封堵作用的濾餅，進一步提高體系的防塌效果。

表1 鉆井液體系性能參數表

表2 體系防塌實驗結果表

從表2中可知，該體系使用了可溶性有機、無機鹽類，從而具有較低的固相、較高的礦化度和強的抑制性，有效克服了泥巖的水化分散，一次回收率高達93.06%；同時降濾失劑和暫堵劑提供的可變形粒子和剛性粒子，在正壓差的作用下形成薄而致密泥餅，能夠有效地保護儲層、降低PDC鉆頭泥包，有利于提高機械鉆速。

1.3 體系潤滑性評價實驗

儲氣庫水平井的水平段長度設計為2 000 m，潤滑減阻是一個不容忽視的問題。為此對水基、油基以及固體潤滑劑等進行綜合評價試驗，結果表明0.3%的水基潤滑劑RT888可將潤滑系數降低80.21%，0.3%的油基潤滑劑 DL-1也可將潤滑系數降低95.35%，固體潤滑劑GR-1可將潤滑系數降低59.76%。

綜合實驗結果表明，水基潤滑劑和油基潤滑劑復配使用，潤滑系數降低最好，再配以適量的固體潤滑劑，潤滑系數降低值維持時間更長，對起下鉆及下套管等更有利。

1.4 儲層保護傷害評價實驗

儲氣庫山23砂巖儲層黏土含量高，水敏速敏性強，孔喉細微，毛細管壓力高，水鎖嚴重，壓力敏感效應明顯。鉆井（完井）液濾液的侵入是引起該氣層嚴重傷害的主要誘因，水對氣層可引起不易克服的嚴重傷害。因此，嚴格控制濾液進入或改變濾液性質、增強抑制性是保護該氣層的主要途徑之一。

從表3中實驗數據可以看出，對比的幾種常用鉆井液完井液體系中，無土相低傷害暫堵鉆井液完井液體系的靜態傷害率最小，小于10%，屬于較輕度傷害。

表3 各種體系對山23儲層傷害對比表

1.5 防漏堵漏評價實驗

由于長期開采，儲氣庫井的儲層壓力系數極低，只有0.4～0.6，在施工過程中容易發生漏失問題。對山23儲層的研究表明，平均孔隙度為6.2%，滲透率為8.865 mD；壓汞實驗表明儲層喉道粗大，部分可達20.5μm，平均為2.03～6.24μm。

由圖1可以看出，封堵劑G302-SZD的最大粒徑在13μm，主要粒徑分布在2～5μm，根據“ ～ ”的架橋規則和d90規則，可以選作封堵漏失喉道［7－8］，形成防漏堵漏體系。

圖1 封堵劑G302-SZD的粒徑分布圖

2 現場試驗及其效果

長慶氣田儲氣庫井位于榆林氣田，目的層為山西組山23砂巖段，埋藏深度約2 920 m，Y37-1H和Y37-2H水平井段均使用無土相低傷害復合鹽暫堵鉆井液完井液體系，其中Y37-1 H井水平段為152.4 mm井眼，現場施工中，由于地層變化，進入太原組石灰巖134 m后完鉆，完鉆井深4 426.1 m，水平段長1 062.1 m，純砂巖段長466 m，泥巖、砂質泥巖段長462 m，114.3 mm篩管一次性下到預定位置，試氣無阻流量20×104m3／d。Y37-2H 井水平段為215.9 mm井眼，完鉆井深5 044 m，其水平段長1 819 m，創長慶氣田水平段215.9 mm井眼的施工記錄，并獲得無阻流量100×104m3／d的高產氣流，139.7 mm篩管一次性下到預定位置。

2.1 防漏堵漏效果明顯

現場施工中，嚴格控制封堵劑G302-SZD的加量在3%，并結合使用易酸溶可變形粒子，不僅增強了封堵能力，提高地層的承壓能力，而且鉆遇泥巖以及碳質泥巖后，為了穩定井壁，適當提高了鉆井液完井液密度，其中 Y37-1 H 井達到1.18 g／cm3，Y37-2 H 井達到1.35 g／cm3，但均未發生漏失。

2.2 潤滑防卡效果顯著

從表4中數據可以看出，現場固體和液體潤滑劑復配使用后，潤滑效果顯著提高，鉆井過程中，摩阻和扭矩得到有效控制，摩阻系數均在0.06以內，電測及下篩管均順利。

表4 水平段摩阻、扭矩及下篩管情況統計表

2.3 鉆井液抑制性強，井眼穩定，凈化效果好

兩口井都先后鉆遇了泥巖及碳質泥巖等復雜地層時，其中Y37-1 H井鉆遇泥巖、砂質泥巖達長462 m，Y37-2 H井鉆遇泥巖、砂質泥巖五段，累計長度134 m。為了穩定泥巖段井眼，提高井壁穩定性，現場通過采用復合鹽提高密度的同時，也提高了抑制性，其中Y37-2H 井將密度由1.09 g／cm3提高到1.35 g／cm3；Y37-1H 井將密度由1.09 g／cm3提高到1.17 g／cm3，嚴格控制濾失量，API失水小于等于3 m L，提高封堵性；保持環空返速均大于1.0 m／s。采取這些措施后，井下安全平穩，起下鉆暢通，電測及下篩管等作業均順利。

2.4 儲層保護效果好

從表5中可以看出，現場鉆井液完井液對山23儲層傷害較低，且傷害后恢復率可達84.85%以上，這表明恢復性良好，具有很好的暫堵保護作用，兩口井試產都獲高產。