安深3-1HF井鉆井液的配制與應用

歐陽建勇，潘廣業，肖俊鋒，張曉明，于占國，田茂明

(中國石化河南石油工程有限公司鉆井工程公司，河南南陽 473132)

為進一步改善安棚深層致密砂巖開發效果，評價揮發油藏水平井分段壓裂產能，在安棚區塊部署了安深3-1HF非常規致密砂巖水平井[1]。該井設計井深4 270 m，實際井深4 241 m,上部地層疏松，為易漏易垮黃土層；二開廖莊組泥巖發育造漿、縮徑嚴重，核一段地層含有石膏、芒硝，核二、核三段存在堿層污染，鉆井液性能維護困難；三開水平段致密砂巖鉆時大，施工周期長，井壁穩定性要求高，巖屑研磨細，摩阻、扭矩大，井眼小環空壓耗大、泵壓高，水平段長，鉆井液攜砂性能要求高。安棚區塊為河南油田老油區，注水井分布密集，注水壓力高，地下層系互串易造成水侵。鉆井液密度高，堿層HCO3-、CO32-污染給鉆井液維護帶來很大困難。針對安棚區塊地層特點，配制了強抑制、低失水、抗污染和防漏堵漏鉆井液體系，為安深3-1HF井安全施工奠定了基礎。

1 抗鹽堿處理劑的篩選與室內評價

根據地層巖性特點，鉆井液處理劑及體系應具有抗鹽堿、低摩阻和潤滑能力，同時具有較好的流變性，滿足巖屑攜帶要求。為此，開展了處理劑的篩選與評價工作。

1.1 抗堿鹽鉆井液處理劑的選擇

用安棚B101井產飽和堿液加6%濰坊般土，充分攪拌30 min，密閉水化24 h，高速攪拌5 min，測其性能。再分別加入不同量的PAC141、PAC142、80A51、KJ-1、HV-CMC等，高速攪拌30 min，密閉養護24 h，最后高速攪拌5 min，測其性能，實驗結果表明：6%般土飽和堿水中，PAC141加量在(0.5～0.75)%有較好的性能；HV-CMC效果較好；KJ-1、SPNH抗堿性能好,但加量較大； 80A51抗堿性能差；PAC142降失水效果好，但配漿后其它性能差，粘切、膠體率低。

1.2 抗鹽堿鉆井液配方流變性及潤滑性評價

通過以上研究選用6%～8%的土漿，PAC141提粘劑，選用抗鹽堿較好的OSAM-K、SPNH、KJ-1 作為護膠降失水劑；通過室內大量實驗，確定抗鹽堿鉆井液體系配方為兩個，為了解體系的穩定性，進行了室內評價，分別在二開及水平段進行了應用。

由表1可知，配方在高溫140 ℃熱滾16 h后，粘切變化較小，失水合理，熱穩定性能好,摩阻系數較好(0.1～0.08)，滿足了水平井降低摩阻的要求。

1.3 水平段聚磺混油防塌鉆井液性能

基漿配方：(4～6)%膨潤土+0.5%Na2CO3+(0.1～0.2)% NaOH +0.6%PAC141+(6～8)%白油+2%SL-1+1.5%SFT-120+1%KJ-1+2%JRH-616+2%RT-1+1.5%SPNH+2%BY-ZL+(2～3)%CSMP+(0.1～0.3)%SP-80 +(0.5～1)%SFT-70。

在室內利用范氏旋轉粘度計，測定了配方在不同溫度下的參數(表2)。從中可看出，隨著溫度的升高，鉆井液AV、PV、YP均存在下降趨勢，當溫度升至一定時，下降趨勢減緩，鉆井液的剪切稀釋能力逐漸增強。鉆井液在不同溫度下都有很好的流變性和攜砂懸浮能力，能夠滿足井眼凈化和提高鉆速的要求。

表1 鉆井液體系的熱穩定性實驗結果

表2 鉆井液在不同溫度下的流變性及攜砂懸浮能力

注：①排量32 L/s，井眼為φ152.4 mm。②Vf、Vs分別為環空 最低返速和巖屑下沉速度。③Lc為鉆井液巖屑輸送比(一般要 求大于0.5)

2 鉆井液體系配方

一開采用低固相聚合物鉆井液體系。配方:淡水+(5～7)%膨潤土+(0.3～0.5)%Na2CO3+(0.1～0.2)% NaOH+(0.6～1)%PAC141+(0.2～0.3)%PMAH-II。

二開直井段(399～2 885 m),采用低固相聚合物防塌鉆井液體系。配方:淡水+(0.3～0.5)%Na2CO3+(4～6)%膨潤土+(0.1～0.2)%NaOH+(0.6～1)%PAC141+(0.2～0.3)%PMAH-II+(0.5～1.5)%SFT-120+(0.5～1.5)%KJ-1+(1～2)%WFT-666+(1～2)%RT-1+(2～3)% 白油+(1～2)%SPNH+(1～2)%OSAM-K。

二開斜井段(2 885～3 535 m )，采用聚合物混油防塌鉆井液體系。配方：淡水+(4～6)%膨潤土+(0.3～0.5)%Na2CO3+(0.1～0.2)% NaOH+(0.3～0.5)%PAC141+(0.2～0.3)%PMAH-II+(6～8)%白油+(1～3)%SL-1+(1～1.5)%SFT-120+(0.5～1.5)%KJ-1+(1～2)%JRH-616+(1～2)%RT-1+(1～2)%SPNH+(1～2)%BY-ZL+(2～3)%CSMP+(0.1～0.3)%SP-80+(0.5～1)%SFT-70。

三開水平段(3 535～4 241 m) ，采用混油聚合物磺化鉆井液體系。配方：淡水+(4～5)%膨潤土+(0.3～0.5)%Na2CO3+(0.1～0.2)%NaOH+(0.1～0.3)%PMHA-II+(0.3～0.6)%PAC141+(1～2)%BY-ZL+(2～3)%RT-I+(1～2)%KJ-1+(8～10)%白油+(2～3)%SFT-120+(2～3)%CSMP-1+(2～3)%SPNH+(2～3)%JRH-616。

3 鉆井液維護技術

3.1 一開

(1)配制150 m3膨潤土漿(預水化24 h以上)和1%(PAC141、PMAH-II)40 m3聚合物膠液，調整鉆井液粘度在35～45 s之間，充分預水化好后開鉆。

(2)一開井眼尺寸大，鉆井液上返速度低，鉆井液中含砂量高，應早開泵晚停泵，以防止沉砂卡鉆和蹩漏上部松軟地層等。

(3)鉆完進尺采用雙泵大排量充分循環，用高粘度鉆井液(70～85 s)攜帶沉砂，保持井眼干凈、暢通，確保表套順利下入。

(4)充分使用好固控設備，保持含砂量在0.5%以下。

3.2 二開

(1)在廖莊組加入(0.8～1.2)%聚合物(PAC141∶PMHA-11=2∶1)膠液，包被巖屑、抑制地層造漿，使用好固控設備并及時清除有害固相。

(2)根據地層情況，適當加入WFT-666，SFT-120防止地層垮塌，保證井壁穩定。

(3)鉆至2 610 m出現碳酸根、碳酸氫根污染，鉆井液粘切快速上升，鉆井液出現氣泡等現象。通過加入生石灰，抗鹽抗鈣處理劑消除污染,通過小實驗和現場檢測碳酸根、碳酸氫根含量，確定生石灰的加量，維護鉆井液的性能穩定。

(4)上部通過加入OSAM-K,控制失水小于8 mL，在2 610 m出現污染后，主要通過加入KJ-1，SPNH調節鉆井液失水。

(5)加入足量的SL-1、BY-ZL和SFT-120等封堵地層，防止地層坍塌，以提高地層封堵能力。

(6)根據井斜情況和摩阻情況，及時加入RT-1、JRH-616、白油，在井斜大約30°后，保證含油不少于5%。

(7)控制好鉆井液的粘切，調整動塑比0.36～0.48，保證良好的攜砂性能。

3.3 水平段[2-3]

(1)應嚴格控制鉆井液濾失量，API濾失量小于3.0 mL，同時加強固相控制，含砂量小于0.3%。

(2)保證抗鹽處理劑的含量，三開井段一直含有碳酸根和碳酸氫根污染，保證抗鹽處理含量不低于5%，及時測量碳酸根和碳酸氫根的含量(表3)，準確加入生石灰。

表3 碳酸根、碳酸氫根濃度測量結果

(3)加強鉆井液的抗溫性能，通過加足CSMP-II 、SPNH和KJ-1，保證高溫(120℃)高壓失水小于10 mL。

(4)增強鉆井液的潤滑性能，通過保證2%～3%固體潤滑劑、1%～2%擠壓潤滑劑和8%～10%白油，保證較低摩阻和扭矩。

4 碳酸氫根、碳酸根污染處理方法

4.1 碳酸氫根和碳酸根處理原理[4]

對碳酸根、碳酸氫根污染，通過加入生石灰消除，其反應原理是：

CaO+H2O=Ca2++2OH-

HCO3-+OH-=H2O+CO32-

Ca2++CO32-=CaCO3

4.2 鉆井液測定方法

用移液管移取濾液5 mL，加入蒸餾水稀釋到100 mL，移取20 mL于錐形瓶中，加入酚酞指示液(5 g/L)2～3滴，用0.1 mol/L鹽酸標準溶液滴定至紅色剛剛消失，記錄消耗鹽酸標準溶液的體積V1；再加入甲基橙指示液(1 g/L) 2～3滴，繼續用0.1 mol/L鹽酸標準溶液滴定至溶液顯橙色即為終點，記錄消耗鹽酸標準溶液的體積V2。

4.3 碳酸根和碳酸氫根鉆井液維護技術

(1)測定鉆井液中碳酸根和碳酸氫根的含量，按照1.0 mg/LCO32-需0.0013 kg/m3石灰，1.0 mg/l HCO3-需0.0006 kg/m3石灰處理。控制處理過鈣離子濃度小于150 mg/L。

(2)加入抗鹽抗堿處理劑，控制CSMP-II、SPNH、KJ-1含量不少于4%，保證API失水小于3 mL，高溫高壓失水(120 ℃)小于10 mL。

(3)加強固相控制，本井后期鉆井液密度高達1.70 g/cm3,鉆井液固相含量高，對污染處理難度加大，因此必須強化鉆井液中有害固相控制。振動篩使用180 m篩布，除砂除泥器使用效率達到98%以上，及時使用離心機處理有害固相。

5 堵漏技術措施

三開在多壓力系統下進行，由于出水嚴重，鉆井液密度從1.35 g/cm3上調到1.70 g/cm3，鉆至4 237～4 241 m井段出現井漏。采取承壓堵漏方式堵漏。堵漏配方：6%土粉+0.3%PAC141+2%DF+4%CY-1+1.5%粗核桃殼+1.8%細核桃殼+2%云母+2%鋸末。承壓7 MPa,穩壓30 min,擠入5 m3，吐出3 m3，實施堵漏一次成功。

6 結論與建議

(1)選用的鉆井液體系能夠很好滿足現場施工需要，該井未發生一起井下故障。

(2)上部地層要采用強包被、低粘切、強抑制的鉆井液體系，才能克服阻卡問題。

(3)針對碳酸根和碳酸氫根污染鉆井液問題，通過加入生石灰和抗鹽抗鈣處理劑處理方法，取得了很好的效果。

(4)在本鉆井液體系中，鉆井液濾液顏色過深，在測定碳酸氫根含量時終點不易判斷，可采用電位滴定或pH計滴定測量的方法。

[1] 李云峰，李 然，沈園園,等.冀東油田南堡23-平2111階梯水平井鉆井技術[J].石油地質與工程，2013，27(4)：93-96.

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[3] 張新發，周保國，劉金利.高溫小井眼長水平段鉆井液技術[J].鉆井液與完井液,2012，29(4)，83-86.

[4] 吳奇兵，李早元，崔茂榮，等.聚磺鉆井液中碳酸(氫)根來源分析及處理措施[J].鉆井液與完井液，2011，29(4)：27-30.