聚磺鉆井液體系的研究及應用

王浩, 魏艷，趙瑩，吳建德，李威明

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聚磺鉆井液體系的研究及應用

王浩, 魏艷，趙瑩，吳建德，李威明

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710000）

隨著長慶油田區塊的不斷勘探開發，深井及超深探井日益增加，地層更加復雜，對鉆井液的抗溫性、抑制性及防塌性能要求隨之不斷提高，普通的鉆井液體系已經無法滿足目前的施工要求。針對此種情況，通過對目前使用的抗溫防塌鉆井液體系的分析，在大量室內實驗的基礎上，確定了一種高抗溫性、強抑制性、強防塌性適用于長慶區塊的聚磺鉆井液體系配方，并對其抑制性及抗溫性進行了室內評價，其均能滿足目前現場施工的要求。此配方在現場應用中取得了良好的效果，且在本區塊得到了廣泛的應用及推廣。

復雜時效； 井下復雜； 抗溫性； 抑制性；防塌性

長慶油田區塊的設計井深通常在5 000 m左右，由于裸眼井段受鉆井液浸泡時間廠，延長組-石盒子組坍塌嚴重，井下復雜頻發，為后期取心、電測及下套管帶來極大風險。僅2015年鹽池區塊完成的6口天然氣探井中，4口井不同程度的出現了井壁坍塌，起下鉆遇阻、卡鉆等井下復雜問題，復雜平均時效為3.22%，嚴重制約了油氣勘探開發的進程。提高鉆井液的抗溫性、抑制性及防塌性，以解決井壁坍塌問題，成為了該區塊安全快速鉆進的迫切需求[1-6]。

1 聚磺鉆井液體系配方的確定及性能評價

1.1 聚磺鉆井液體系組成的篩選及配方的確定

對目前現場所用處理劑進行篩選，以形成適合長慶油田區塊勘探施工的要求鉆井液體系。

1.1.1 聚磺鉆井液體系組成的篩選

（1） 膨潤土的選擇

由于鹽池區塊生產水水質礦化度較高，普通膨潤土在使用時不能較好的水化分散，體系分層現象嚴重，因此體系中選用抗鹽土。

（2） 主處理劑優選

由表1、圖1可知，各處理劑均有明顯降失水作用，其中JLSJ1在加量很少時就能有效降低失水，因此體系中以JLSJ1作為主要降失水劑，加量為2%；各種處理劑均能一定程度改善泥餅質量，其中JLSJ2隨著加量的增加，泥餅致密、薄，造壁性能較其他幾種處理劑好，因此作為體系中的封堵劑，加量為3%~4%；由于該體系需加少量預水化白土漿，因此JLSJ4作為流變性調節劑進行使用，加量為1.5%~2%。

表1 各處理劑降失水效果

注：基漿配方：清水聚合物+2%抗鹽土（預水化）

由表2可知，4#配方性能較好，選用該配方作為基礎配方繼續進行實驗。由于鹽池區塊延長下部地層坍塌嚴重，因此體系必須具有較強的抑制性，本體系選用KCl作為抑制防塌劑，利用鉀離子鑲嵌作用防止泥巖坍塌，現對KCl加量做如表3實驗。

圖1 各處理劑降失水效果

1.1.2 聚磺鉆井液體系配方的確定

由表3可知，基漿中加入KCl后，隨著KCl加量的增加，中壓失水逐漸降低，漏斗粘度，動塑比減小，當KCl含量達到5%時，均能有較好的失水和流變性，因此，鹽池區塊氣探井配方確定為：清水+1.5%白土（預水化）+0.15% JHW1+ 3.5% JLSJ2+ 2% JLSJ1+1.5%JLSJ4 +3%ZZJ+ 0.05% JHW2 +0.1% SJ+5%KCl。

1.2 鉆井液體系性能評價

1.2.1 抗溫性及流變性評價

由表4可知，隨著溫度的升高，漏斗粘度，動切力變化不大，高溫高壓失水略有增大，表明聚磺體系具有較強的抗溫性，良好流變性能，能夠滿足井深4 000 m以上鉆井要求。

表2 鉆井液配方室內實驗

注：白土均為與水化24 h。

表3 KCl對基漿性能影響

注：基漿配方：清水+1.5%白土（預水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ

表4 聚磺體系抗溫及流變性實驗

注：基漿配方:清水+1.5%白土（預水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ+5%KCl,熱滾16 h。

1.2.2 抑制性評價

由表5可以看出，在基漿中分別加入5%的工業鹽、有機鹽JS1、KCl，均能提高巖屑回收率，加入KCl后回收率最高，說明其防塌性能最好。

表5 抑制性實驗

注：基漿配方：清水+1.5%白土（預水化）+0.15%JHW1+3.5%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+3%ZZJ+0.05%JHW2+0.1%SJ

1.3 分地層規范鉆井液性能

表6 分地層鉆井液性能

1.4 鉆井技術措施

（1）每趟起鉆前計算環空循環壓耗，配相應密度重漿，泵入井內進行壓力補償，防止空井井壁垮塌;

（2）起下鉆過程中若出現遇阻，立即開泵建立循環，必須充分循環一周后再繼續起下鉆;

（3）下鉆時中途循環時，避開易塌地層，減少鉆井液對井壁的沖刷。

2 現場應用

2.1 李字號探井現場應用

2016年鹽池區塊共施工4口李字號氣探井，井下正常，起下鉆無遇阻，取心、電測及下套管正常。與2015年對比，平均井深增加278 m，取心次數增加1次，取心進尺增加7.03 m，平均鉆井周期縮短3.95 d，鉆機月速度提高11.5%，電測一次成功率100%，復雜時效降低79.62%。

2016年完成的4口井，均在延長下部按照方案配方轉換體系，體系轉換后再加入5%KCl防塌，正常維護以膠液形式進行補充，配方簡單，維護操作方便，體系維護配方：4%JLSJ2+2%JLSJ1+1.5%JLSJ4+ 0.05%JHW2 +5%KCl，進入山西組后體系加入1%的預水化白土漿，改善泥餅質量。同時根據各地層調整鉆井液性能，整個施工期間井下無明顯掉塊，井徑規則，平均及最大井徑擴大率分別降低了10.5%和23.8%，井下正常。

2.2 李34、梁探1井現場應用

李34、梁探1井為三開超深井，二開大井眼攜砂及井壁穩定是鉆井液技術面臨的難點，其中梁探1井二開存在兩個斷層，井塌風險極大。兩口井在施工時選用聚磺鉆井液體系，鉆井過程中能夠滿足攜砂要求，井壁穩定。李34井二開取心6次，井下正常；梁探1井在斷層施工時使用垂直鉆井系統，該系統對井壁穩定要求非常嚴格，斷層施工期間共起下鉆6趟，井下均正常，二開下套管正常。

3 結論及認識

（1）聚磺鉆井液體系具有較強的抑制性、抗溫性及流變性良好、攜砂性較好、性能穩定、現場維護簡單。

（2）現場應用表明，聚磺鉆井液體系能夠滿足鹽池區塊氣探井施工要求，鉆井過程中井下正常。

（3）優化鉆井液體系轉換點、按照地層規范鉆井液性能及相應的工程技術措施，是保證鹽池區塊安全鉆井的重要技術保障。

（4）對于垂深超過5 000 m的探井，該體系仍需在抗高溫性能上做進一步研究。

［1］寧印平，崔迎春，薛波, 等. 鄂爾多斯盆地延長區塊天然氣探井鉆井液技術改進與應用[J]. 鉆井液與完井液，2009，26（2）：126-128．

［2］曾李, 于培志, 任凌云, 等. 陽離子聚磺鉆井液體系研究與應用 [J]. 石油鉆探技術, 2009, 37 (6): 61-66．

［3］石秉忠, 金軍斌. 復合金屬離子聚磺混油鉆井液體系的研究與應用[J]. 石油鉆探技術, 2000, 28 (5): 35-36．

［4］王亮. 抗高溫聚磺鉆井液體系研究[D]. 東北石油大學, 2015.

［5］瞿凌敏, 王書琪, 王平全, 等. 抗高溫高密度飽和鹽水聚磺鉆井液的高溫穩定性 [J]. 鉆井液與完井液, 2011, 28 (4): 22-24．

［6］王平金, 羅平亞. 三磺處理劑高溫交聯對泥漿性能的影響[J]. 天然氣工業, 1992 (5):8+55-63．

［6］楊光昭. 封堵型聚磺鉆井液體系的現場應用[J]. 中國石油和化工標準與質量, 2017, 37 (2): 69-71.

Research and Application of Polysulfonate Drilling Fluid System

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（CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co., Ltd. Changqing Drilling Branch, Shaanxi Xi'an 710000, China）

With the continuous exploration and development of Changqing oilfield blocks, the number of deep wells and ultra deep wells is increasing, the formation is more complex, so the performance requirements for temperature resistance, inhibition and collapse prevention of drilling fluid are higher and higher, then ordinary drilling fluid system has been unable to meet the construction requirements. Aiming at the situation, through analysis on common temperature-resisting anti-collapse drilling fluid system, on the basis of a large number of indoor experiments, a kind of high temperature resistance, strong inhibition and anti-collapse polysulfide drilling fluid formula for Changqing block was determined, and the inhibition and temperature resistance were evaluated. The results showed that the drilling fluid system can meet the requirements of the site construction. This formula has achieved good results in field application and has been widely used and popularized in this block.

complex prescription; downhole complexity; heat- resistance; inhibition; anti-collapse

TE 254

A

1004-0935（2017）10-0994-03

2017-08-21

王浩（1984-），男，工程師，研究方向：主要從事鉆井液技術的研究與應用。

魏艷（1984-），女，工程師，油田應用化學碩士，研究方向：主要從事鉆井液技術的研究與應用工作。