天然改性低分子聚合物鉆井液技術

楊 枝，許 洋，王治法，梅春桂，李 濤

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

天然改性低分子聚合物鉆井液技術

楊 枝，許 洋，王治法，梅春桂，李 濤

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

勝利油田樁西區塊地溫梯度大、井底溫度較高、水平段長、井眼尺寸小，在鉆探過程中易出現摩阻高、扭矩大、排量小、攜巖困難、井壁失穩等問題，對鉆井液的抗溫性能、潤滑性能、攜巖能力和防塌性能提出了較高的要求。針對該地區技術難點進行分析，對鉆井液體系進行了優化及評價，優選出的鉆井液體系采用天然改性低分子聚合物作為核心處理劑，具有抗溫性好、攜巖能力強、潤滑性好等特點。該鉆井液體系在樁74-1HF井的鉆探中取得了良好的應用效果。

鉆井液;天然改性聚合物;抗溫;攜巖性能;樁74-1HF井

0 引言

樁74-1HF井是勝利油田在濟陽坳陷沾化凹陷五號樁洼陷樁74塊部署的一口高溫長水平段水平井，目的層位沙三段以細粒巖屑長石砂巖為主，井型為三開水平井。該井完鉆井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m，水平位移為1 271.11 m，最大井斜為90.9°，最高井底溫度為147℃。樁74-1HF井三開水平段較長，井眼尺寸為152.4 mm，對鉆井液的抗溫性、潤滑性和攜屑能力要求較高［1-7］。為保證水平井段的安全鉆井施工，對三開井段鉆井液進行了優化改進，現場試驗取得了良好的效果。

1 技術難點與解決思路

樁74-1HF井三開水平段鉆遇沙河街組沙三段，主要的施工技術難點如下。

(1)該井井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m，水平位移為1 271.11 m，最大井斜為90.9°，要求鉆井液具有更好的抗溫、防卡性能。同時，為滿足完井作業特殊要求，水平段井眼擴大率要求小于5%，也要求鉆井液有更好的防塌性能。

(2)水平段鉆具與井壁的接觸面積大，致使鉆井施工過程中摩阻升高、扭矩增大，施工難度大。水平段井眼尺寸小，循環壓耗大，排量小，攜巖困難，對鉆井液潤滑、攜砂、防塌性能要求較高，小井眼水平井段產生的巖屑，如果清理不及時，極易發生黏附或沉砂卡鉆，給鉆井和井下安全造成很大隱患。

(3)儲層段要求鉆井液嚴格控制固相含量和濾失量。

針對以上技術難點，鉆井液要綜合考慮井壁穩定、攜巖、潤滑性能和油氣層保護以及鉆井綜合成本等多項因素，采用環保型的天然改性低分子聚合物優化鉆井液性能［8］，加大液相和固相潤滑劑加量，通過優化鉆井液流變參數，可保證井壁穩定、有效攜砂和潤滑防卡。

2 鉆井液體系優化

2.1 基漿處理劑的優選

2.1.1 防塌抑制性評價

采用六速旋轉流變儀評價實驗、巖屑膨脹實驗和滾動分散實驗，對不同防塌材料進行了流變性評價，對不同抑制劑進行了抑制性評價(表1、2)。實驗巖心和巖屑均由樁74-1HF井401～3 879 m井段巖屑磨制和篩濾制成。

表1 防塌材料流變性能評價

由表1可知，無熒光白瀝青高溫老化后濾失量最低，流變性能較好，故選擇無熒光白瀝青作為防塌材料。

表2 抑制劑滾動回收率評價

由表2可知，未加入抑制劑前，泥巖滾動回收率僅為7.95%，加入抑制劑FT-1或NH-1后，回收率均大幅度提高，隨著FT-1加量的增加，回收率增加，最高達61.21%，而NH-1隨著加量增加，滾動回收率始終保持在50.00%左右。

采用鈉膨潤土為巖心粉，在壓力機制備樣心，選用美國OFI頁巖膨脹儀，測定16 h后2種抑制劑的膨脹率。實驗結果顯示，FT-1的膨脹率為77.52%，而NH-1的膨脹率為83.62%，FT-1的抑制性強于NH-1。

2.1.2 潤滑性評價

室內采用EP極壓潤滑儀和六速旋轉流變儀對極壓潤滑劑和RH-1 2種潤滑劑進行了潤滑性能評價，基漿為5%博友土漿。隨著極壓潤滑劑加量的增加，基漿表觀黏度先增加后降低，極壓潤滑系數降低率增加;隨著RH-1加量的增加，基漿的表觀黏度變化不大，極壓潤滑系數降低率增加，即RH-1對極壓潤滑系數的降低率高于極壓潤滑劑。

2.2 天然改性低分子聚合物的研制

稱取一定量的天然材料于反應器中，加入100 mL的水溶液將其調成漿狀，在70℃下加熱攪拌1 h，取出冷卻至室溫。再將一定量的交聯劑與適量單體溶解在30 mL水中，調節pH值在7左右，繼續攪拌至完全溶解后與原溶液混合均勻，升溫至65℃，反應2 h后，再加入部分單體，用以加速反應的進行，增加反應效率，保證反應的完全性，再反應1 h后停止加熱攪拌。靜置冷卻至室溫，粉碎后得到一種淡黃色粉末產品，即天然改性低分子聚合物。

2.3 優化后鉆井液性能評價

(1)考慮到成本及現場鉆井難點的控制，優化確定了現場使用基漿的基礎配方:一開采用密度為1.07 g/cm3的預水化膨潤土漿;二開采用聚合物潤滑防塌鉆井液基礎配方，即3.0%膨潤土+1.5%堿性調節劑(NaOH)+3.0%抑制防塌劑(FT-1)+ 1.5%油層保護劑+1.5%改性銨鹽+3.0%磺化酚醛樹脂(SMP)+1.0%大鉀(KPAM)+3.0%無熒光白瀝青+6.0%潤滑劑(RH-1)+重晶石。

(2)水平段溫度升高，要求體系在具備一定防塌、潤滑性能的同時，還要具備抗溫、降失水能力，故采用天然改性低分子聚合物優化鉆井液基礎配方。對天然改性低分子聚合物鉆井液進行室內轉換實驗，測定轉換前后鉆井液性能變化，實驗溫度為150℃，時間為16 h，實驗數據見表3。

表3 鉆井液室內轉換實驗性能數據

由表3可知，在鉆井液配方基礎上加入天然改性低分子聚合物，優化后的鉆井液抗溫性能好，濾失量降低，對流變性影響較小。

3 現場應用效果分析

3.1 樁74-1HF井鉆井工程簡況

勝利油田樁74-1HF井為三開水平井，設計井深為4 636.47 m，垂深為3 625.00 m，實際完鉆井深為4 700.00 m，垂深為3 642.73 m。該井從井深3 879.00 m處開始定向造斜，?152.4 mm鉆頭鉆至著陸點4 636.47 m后進行裸眼完鉆，最后下入?114.3 mm壓裂管柱，全井最大井斜為90.9°，實際水平段長1 271.11 m。

3.2 天然改性低分子聚合物鉆井液應用情況

樁74-1HF井三開水平段(3 879～4 500 m)前采用聚合物潤滑防塌鉆井液進行鉆進，現場確定鉆井至4 500 m后加入0.25%～0.50%天然改性低分子聚合物對鉆井液進行優化，加量的時間控制在2～3個循環周，可根據鉆井液的鹽度、流變性和降濾失性能要求做調整。天然改性低分子聚合物與其他處理劑有效配伍，不僅增強了體系的抗溫能力，抗溫達150℃，保持了良好的抑制防塌能力、封堵造壁能力和潤滑能力，動塑比保持在0.55以上，而且還改善了泥餅質量，API和HTHP濾失量均較小，減少了對井壁的浸泡，確保了井壁穩定，可保證長水平段鉆井作業的順利進行。

3.3 鉆井液技術現場維護要點

天然改性低分子聚合物體系的現場維護工藝需要控制鉆井液的pH值為7.5～9.0，在pH值太低時，采用“細水長流”的方式補充堿液;做好鉆井液的固相控制，控制低密度固相含量小于10.0%，含砂量小于0.5%;水平井段容易形成巖屑床，造成沉砂卡鉆，應提高鉆井液的抑制防塌能力，嚴格控制鉆井液的濾失量，保證濾餅質量良好;鉆進過程中，根據實際情況及時調整鉆井液性能，保證井眼暢通，井壁穩定，井下安全;鉆進中要保持各種處理劑的有效含量，并定期補充，使鉆井液性能符合設計各井段要求。

3.4 應用效果

天然改性低分子聚合物鉆井液鉆井段平均機械鉆速為31.5 m/h，井徑平均擴大率為3.45%，優化前平均井徑擴大率為4.93%，井眼相對規則，表明天然改性低分子聚合物鉆井液體系較好地滿足了該地區非常規水平井段的鉆井工程需求。

4 結論與認識

(1)天然改性低分子聚合物鉆井液體系具有良好的防塌能力、攜巖能力、潤滑防卡能力和抗溫能力，完全能滿足勝利油田樁西區塊非常規水平井安全鉆井的需要，同時，為國內其他地區非常規水平井鉆井提供了良好的借鑒。

(2)高溫水平段鉆井時，要及時加入天然改性低分子聚合物，一方面增強體系的抗溫能力，另一方面，鉆井液具有良好的泥餅質量和清潔效果，可確保井壁穩定。

(3)合理的鉆井液密度控制、鉆井液流變性調整及鉆井液維護工藝，可保證良好的井徑擴大率，可提高井眼清潔效果，避免巖屑床的形成，防止壓差卡鉆。

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編輯孟凡勤

TE254

A

1006-6535(2015)05-0145-03

20150602;改回日期:20150806

國家“863”項目“保護油氣層新型鉆固一體化工作液技術研究”(G5800-07-2S-GJ004);中國石油化工集團公司科技部項目“環保型抗高溫改性淀粉及鉆井液體系研究”(P12076)

楊枝(1982-)，女，高級工程師，2005年畢業于東華理工大學應用化學專業，2010年畢業于中國地質大學(北京)鉆井工程專業，獲博士學位，現從事鉆井液技術研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.033