低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應用

蔣 明羅樹祥王先洲鄧增庫張 剛管風營

（1.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間 062450；2.渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津 300280）

低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應用

蔣 明1羅樹祥1王先洲1鄧增庫1張 剛2管風營1

（1.渤海鉆探第五鉆井工程分公司，河北河間 062450；2.渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津 300280）

蘇里格氣田石千峰組和石盒子組泥巖地層易發生嚴重井壁垮塌，井塌劃眼、卡鉆、填眼側鉆等復雜情況頻繁發生。針對蘇里格氣田的地層巖性特點，開展了低含量KCl鉆井液研究，通過保持聚磺鉆井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高體系的抑制防塌性能。2口井的現場應用表明，該體系抑制性強，砂樣清晰，無垮塌現象，起下鉆通井無阻卡；封堵造壁和流變性能良好，濾餅光滑致密，性能穩定，鉆井液無排放，較好地滿足了井下施工需要，為安全高效開發蘇里格氣田積累了經驗。

低含量KCl；井壁穩定；水化膨脹；流變性；蘇里格氣田

蘇里格氣田沉積環境復雜，處于水平井大斜度井段和水平井段的石千峰組和石盒子組泥巖地層井壁垮塌嚴重，水敏性、周期性、硬脆性和破碎性井塌方式同時存在，預防難度大，使用過多種鉆井液體系，都未能取得較好效果［1-3］。“雙石”組泥巖全巖礦物分析和黏土礦物分析結果表明，蘇里格地區泥巖主要以石英和黏土礦物為主，其中石英平均含量為48%，黏土礦物平均含量為45%，黏土礦物中以高嶺石、伊利石和伊蒙混層為主，其中伊蒙混層平均值為42%，伊蒙混層中蒙脫石平均含量為38%，因此該類泥巖水敏性較強，在鉆井液長期浸泡下容易因水化膨脹不均勻導致井壁垮塌［2］。部分井段泥巖存在層理和微裂縫，鉆井液濾液侵入地層造成泥巖水化膨脹，加劇了層理和微裂縫的發展，一旦在起下鉆過程中濾餅被破壞，破碎巖體失去屏障造成垮塌。

KCl抑制泥巖水化膨脹能力強，對水敏性井塌和周期性垮塌有獨特優勢［1-5］，KCl鉆井液在蘇里格地區應用幾口井，在泥巖防塌方面取得了較好的效果，但該體系在蘇里格地區使用受到一定的限制。主要原因：一是蘇里格地區水平井需中途轉型，裸眼頂替存在憋漏地層風險；二是井內轉型存在高黏度風險；三是鉆井液成本較高；四是如果發生井漏將導致鉆井液施工失敗。大量室內數據表明，較低的K+含量就能顯著提高泥頁巖滾動回收率，因此可通過保持鉆井液中0.8%～1.0%的KCl含量，提高體系的抑制防塌性能，但體系中KCl的含量低于3%，KCl就對體系造成不同程度的污染，導致流動性差、濾失量大、濾餅虛厚，性能極不穩定。通過材料優選，合理轉型和維護處理，保證了體系良好的封堵造壁和流變性能，濾餅光滑致密，性能穩定，抑制防塌性能明顯增強，滿足了蘇里格氣田水平井施工的需要。

1 室內評價實驗

1.1 基本配方

選擇了具有一定抗鹽能力的處理劑，在常溫和高溫下對低含量KCl鉆井液配方進行了優選。隨著KCl含量的增加，體系滾動回收率增加，KCl含量超過1.2%后流變性變差，為了便于性能控制和降低成本，優選KCl含量0.8%～1.0%，形成的低含量KCl鉆井液配方如下。

（4.5%～4.8%）膨潤土+（0.3%～0.5%）K-PAM+（1.0%～1.5%）NH4-HPAN++（2.0%～2.5%）SMP-1+2.0% FT-342+（1.0%～2.0%）抗高溫降濾失劑KJ-1 +（1.5%～2.0%）抗溫抗鹽降濾失劑WBF-108 +（0.8%～1.0%）KCl +2% 特制乳化瀝青TZLQ +（0.1%～0.2%）羧甲基纖維素鈉鹽CMC+ NaOH。

1.2 鉆井液性能評價

按聚磺鉆井液基本配方和低含量KCl鉆井液基本配方配制鉆井液，加NaOH調整pH值至9～10，用BaSO4調整密度至1.18 g/cm3，120 ℃熱滾16 h后，測定其性能，并取石盒子組深灰色泥巖塌塊，進行巖屑滾動回收率和線性膨脹率實驗，結果見表1。

實驗結果表明，低含量KCl鉆井液體系流變性和降濾失效果良好，熱穩定性強，具有較強的抑制黏土水化分散和膨脹的能力，能夠滿足現場要求。

表1 聚磺鉆井液與低含量KCl鉆井液對比評價

2 現場應用

低含量KCl鉆井液分別在蘇里格氣田水平井蘇76-4-3H和蘇25-12-1H井進行了試驗應用。

蘇76-4-3H井井身結構：?374.6 mm×529 m（? 273.05 mm×528.62 m）+ ?215.9 mm×3 474 m （?177.8 mm×3 470.50 m）+ ?152.4 mm×4 445 m（裸眼完井）。

蘇25-12-1H井井身結構：?374.6 mm×430 m（?273.05 mm×429.04 m）+ ?215.9 mm×3 508 m（?177.8 mm×3 504.80 m）+ ?152.4 mm×4 353 m（裸眼完井）。

2.1 低含量KCl鉆井液的配制

（1）提前配置50 m318%膨潤土漿，充分水化，使用HV-CMC護膠。

（2）造斜點前100 m轉型，混入50 m318%膨潤土漿，鉆井液總量達到150 m3。轉型前必須做好小型試驗。

（3）按順序依次加入NaOH（調整pH值到9.0）、2% FT-342、2.5% WBF-108、2.0%KJ-1、2.5% SMP-1、1.5% NH4-HPAN、0.3% K-PAM，充分循環，檢測性能。

（4）循環2周后，按低含量KCl鉆井液基本配方配制膠液15 m3，加入0.6 t KCl，把配好的膠液均勻混入鉆井液中，如果黏切變化不大，再配置含0.6 t KCl的膠液15 m3混入鉆井液。

（5）將以上配置好的鉆井液充分循環后檢測性能，并根據性能參數，適當調整膨潤土含量，再分2次補充含KCl 0.6 t的膠液20 m3，使鉆井液中KCl含量達到0.9%。

（6）充分循環后再次測量性能，如需要經小型試驗后適量補入備用的護膠膨潤土漿，用CMC、XC提高黏切，黏切過高時用降黏劑或膠液調整，保持鉆井液良好的流變性，使其達到性能要求。

2.2 鉆井液維護處理

（1）按基本配方配成膠液，維持鉆井液中KCl的有效含量0.8%～1.0%，利用K+的鑲嵌固定作用抑制泥巖水化膨脹。保持K-PAM的含量不低于0.3% ，進一步增強體系的抑制性。完井階段用等濃度含鹽膠液維護，保持鉆井液性能穩定，如性能不穩定，停止加入KCl。

（2）合理匹配NH4-HPAN、SMP-1、WBF-108、KJ-1、FT-342等降濾失劑和防塌劑，嚴格控制濾失量，使大斜度井段的中壓濾失量小于2.5 mL，90°高溫高壓濾失量小于8.5 mL，有效形成優質致密濾餅，減少鉆井液濾液進入地層，減緩水敏性地層泥巖水化膨脹速度。

（3）保持防塌劑TZLQ和FT-342的有效含量不低于3%，充填和封堵破碎性和硬脆性泥巖微裂縫，起到很好的膠結護壁作用。

（4）隨井深和井斜的增加逐步提高鉆井液密度，鉆至大斜度井段及時提高鉆井液密度至1.17～1.18 g/ cm3，利用鉆井液的徑向支撐力平衡井壁［6］；中完前控制鉆井液密度在1.20 g/cm3以內，防止壓差過大，加快鉆井液濾液侵入破碎地層，造成地層應力的改變，引發井壁垮塌，并避免密度過高造成地層井漏。

（5）鉆進過程中采取少量多次的方式使用護膠后的高濃度膨潤土漿、含KCl膠液、XC或降黏劑調整黏切，防止黏度上漲幅度太大，造成井壁濾餅虛厚。造斜時黏度為34～38 s，隨井斜的增大逐步調整，大斜度井段控制鉆井液漏斗黏度60～75 s，動切力12～15 Pa，動塑比不低于0.4 Pa/（mPa·s），φ3讀值大于φ6，即保證鉆井液對井壁有較好的沖刷效果，防止形成虛厚濾餅，又具有足夠的懸浮攜帶能力，避免砂子垂沉堆積于下井壁造成阻卡。

（6）堅持單根技術劃眼，及時修整井壁，保證井眼光滑、暢通。每鉆進90～120 m短起下鉆1次，短起長短結合，避免形成并及時破壞巖屑床，確保垂沉于下井壁的鉆屑及時刮起并返出地面。

（7）開啟四級固控設備，及時清除有害固相，保證鉆井液清潔。用孔徑0.076 mm篩布的振動篩和離心機清除被反復碾磨破碎后分散到鉆井液中的細小顆粒砂子，避免形成砂質濾餅。

（8）定期向鉆井液中補充各種潤滑劑。開始造斜時，加入1%極壓液體潤滑劑，利于保持較低黏度，避免鉆頭泥包，提高鉆速。井斜達到30°后，補充瀝青和膠質成分含量高，潤滑效果好，作用時間長的液體潤滑劑TZLQ和RHZY，進一步提高潤滑性。井斜在45°以后，采取勤補慢加的原則，保持TZLQ和RHZY的含量3%～5%，使濾餅摩阻因數小于0.06。

（9）每次起鉆前用防塌塞（井漿+2%FT-342）封閉井底300～500 m，防止長時間靜止導致井壁失穩。

各井段鉆井液性能見表2。

2.3 應用效果

（1）鉆井液抑制性強，砂樣清晰，不糊篩，無垮塌現象，起下鉆通井無阻卡。

（2）流變性好，性能穩定易控制，鉆井液無排放，鉆進中返砂正常，起下鉆開泵順利。

（3）濾餅光滑致密，全井摩阻因數在0.04～0.07，無黏卡和托壓現象，鉆具上提附加拉力在完鉆階段不超過80 kN。

（4）低含量KCl鉆井液雖然增加了護膠劑用量，但減少了其他防塌劑用量，鉆井液成本沒有增加。

表2 各井段低含量KCl鉆井液性能

3 結論與認識

（1）蘇里格地區泥巖造漿輕微，膨潤土含量容易控制，使用低含量KCl鉆井液具有一定的優勢，通過合理轉型、等濃度維護等措施，全井鉆井液性能穩定易維護，未因KCl的污染而排放。

（2）低含量KCl鉆井液與聚磺鉆井液相比抑制能力明顯增強，膨潤土含量比KCl聚磺鉆井液高，封堵造壁性能好，能有效控制蘇里格多種方式同時存在的泥巖垮塌。

（3）低含量KCl鉆井液配置簡單，適合蘇里格水平井鉆井液施工需中途轉型的特點，降低了裸眼轉型風險。

（4）低含量KCl鉆井液滿足了蘇里格水平井井下施工要求，保證了井壁穩定，為解決蘇里格泥巖垮塌提供了一種思路，應繼續優化應用。

［1］王先洲，蔣明，鄧增庫，等.蘇76-1-20H井鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2013，35（2）：26-30.

［2］李文明，向剛，王安泰，等.蘇里格氣田大位移水平井鉆井液技術［J］.石油鉆采工藝，2012，34（3）：33-35.

［3］李淑森，王霞，高含.蘇里格氣田水平井鉆井提速技術分析與對策 ［J］.鉆采工藝，2012，35（5）：115-117.

［4］張作清，竇金濤，付建國，等.英買力地區古近系地層鉆井液技術［J］.石油鉆探技術，2013，41（2）：54-58.

［5］王權陽，李堯.抗高溫KCl聚磺鉆井液體系在伊朗FX井中的應用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（1）：50-53.

［6］聶臻，夏柏如，耿東士，等.井壁穩定性研究及其在Kolzhan油田的應用 ［J］.鉆井液與完井液，2011，28（3）：31-34.

（修改稿收到日期 2014-06-23）

〔編輯 薛改珍〕

Application of low content KCl drilling fluid in Sulige Gas Field

JIANG Ming1,LUO Shuxiang1,WANG Xianzhou1,DENG Zengku1,ZHANG Gang2,GUAN Fengying1
（1.The Fifth Drilling Company of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Hejian062450,China;2.Mud Technical Service Branch of Bohai Drilling Engineering Company Limited,Tianjin300280,China）

Severe borehole collapse occur easily in mudstone formations of Shiqianfeng Formation and Shihezi Formation of Sulige Gas Field,and troubles like hole collapse reaming,sticking,filling the hole and sidetracking often occur also.In view of the formation rock properties and characteristics of Sulige Gas Field,study was conducted on low content KCl drilling fluid;the inhibition and anticollapse performance of the drilling fluid system is improved by maintaining 0.8%-1.0% of KCl in polysulfonate drilling fluid.Its application in two wells shows that this system has generated strong inhibition and clear sand specimen with no collapse and no obstructions in wiper trips;it has favorable performance in plugging and side-wall building and rheological property;the filter cake is smooth and tight and has stable performance;there is no discharge of drilling fluid;all of these properties satisfactorily meet the downhole service requirements and provide experiences for safe and efficient development of Sulige Gas Field.

low content KCl;borehole stability;hydration swelling;rheology;Sulige Gas Field

蔣明，羅樹祥，王先洲，等.低含量KCl鉆井液在蘇里格氣田的應用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：54-56.

TE254

：A

1000–7393（2014）04–0054–03

10.13639/j.odpt.2014.04.014

蔣明，1963年生。1996年畢業于天津大學，現主要從事鉆井工程管理工作，高級工程師。電話：13700372679。E-mail：zJzjm@cnpc.com.cn。