鉀鈣基聚磺鉆井液在紅153井區的應用

杜洪韜，李 強，張文波，黨文輝

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鉀鈣基聚磺鉆井液在紅153井區的應用

杜洪韜1，李 強2，張文波3，黨文輝3

（1. 油氣鉆井技術國家工程實驗室 防漏堵漏技術研究室，長江大學（武漢校區）石油工程學院， 湖北 武漢 430100； 2. 新疆油田公司開發公司， 新疆 克拉瑪依 834000; 3. 新疆油田公司工程技術研究院， 新疆 克拉瑪依 834000）

針對新疆油田二開井身結構的難題開展鉆井液技術室內實驗研究。分析該區塊的地質特點以及不下技套鉆井液技術難點，確定采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系，結合室內實驗，通過對蒸餾水、常規聚磺鉆井液以及鉀鈣基聚磺鉆井液采用泥頁巖膨脹實驗測試方法進行測試，發現浸泡在鉀鈣基聚磺鉆井液中的巖樣，24 h后膨脹高度為0.68 mm。確定鉀基聚磺鉆井液具有較強的抑制頁巖水化膨脹和分散的能力。同時進行巖屑滾動回收率評價，鉀鈣基聚磺鉆井液體系對鉆屑有很好的抑制分散的作用，鉆屑回收率高達85.2％，在現場得到了良好的應用。

鉀鈣基聚磺；防漏；井壁穩定

準噶爾盆地西北緣紅153井在二疊系夏子街組勘探獲得突破后，為進一步落實油藏含油面積和儲量規模，并為油藏整體開發奠定基礎，2014~2015年，在該區部署評價井12口、以及開發試驗井20口，2015年10月探明石油控制地質儲量2 452.0×104t，其中基質儲量2 326.0×104t，裂縫地質儲量126.0×104t。2016年開發部署14口井，建產能7.56×104t。前期探井、評價井主要采用三開井身結構，開發井試驗二開復合井眼井身結構，但施工過程中容易出現井漏這一復雜情況。井漏是鉆井過程中常見的復雜情況之一，若處理不當容易誘發井噴、井壁垮塌等重大事故。針對紅153井區地質特性以及收集該區塊井漏情況分析原因，結合室內研究，所研制一種防漏堵漏鉆井液體系在紅153井區取得了良好的效果。

1 研究背景

1.1 地質概況

紅153區塊在石炭系基底上自下而上發育的地層有二疊系佳木河組（P1）、夏子街組（P2）、上烏爾禾組（P3），三疊系下克拉瑪依組（T21）、上克拉瑪依組（T22）、白堿灘組（T3），侏羅系八道灣組（J1）、三工河組（J1）、西山窯組（J2）、頭屯河組（J2）、齊古組（J3）和白堊系吐谷魯群（K1）。其主要目的層為夏子街組（P2）。白堊系吐谷魯群與侏羅系（齊古組~八道灣組）主要是少量泥巖以及砂礫巖，煤層發育，地層承壓能力低，三疊系（下克拉瑪依組~白堿灘組主要是泥巖以及含礫不等粒砂巖及泥巖不等互層，容易坍塌、掉塊。二疊系夏子街組主要是以礫石、沙礫為主，均質性較好，微裂縫特別發育。

1.2 復雜情況及對策分析

紅153井區二開井段侏羅系地層承壓能力低，八道灣組底部砂礫巖發育，與下部地層呈不整合接觸，易發生井漏。白堊系K1~三疊系 T21地層壓力系數在0.99～1.08之間，巖性復雜，巖石顆粒粗、膠結差，滲透性較高，鉆井過程中復雜形式只要表現為滲漏；目的層二疊系夏子街組（P2）地層壓力系數1.27，儲層裂縫發育，以斜交縫為主，其次為高角度的直劈縫，易發生置換性漏失。

根據防漏堵漏鉆井液思路[1-3]，對紅153井區提出以下技術方案。鉆井復雜預防對策主要有三點：（1）優化鉆井液體系，提高體系的抑制性，防止侏羅系及其以上泥巖發育地層水化膨脹，提高井壁化學穩定性；（2）設計合理鉆井液密度，提高整個裸眼井段的井壁力學穩定性；（3）提高地層的承壓能力，防止發生漏失。

1.3 不下技套鉆井液技術難點分析

紅153井區鉆井工藝由三開井身結構優化為二開井身結構，鉆井液難題有以下幾個方面[4,5]：（1）裸眼段長，地層侵泡時間長，鉆遇地層有多套礫石層和泥巖地層，易發生井塌、縮徑、卡鉆。（2）侏羅系和石炭系地層薄弱，承壓能力較低，鉆井過程中發生井漏的風險較高。因此，該區塊鉆井液應具有很強的抑制性，防止含泥巖地層水化膨脹；同時應具有良好的封堵能力，有效封堵地層微裂縫，形成低滲透率的致密泥餅，阻止液柱壓力向地層傳遞，穩定井壁，保護好油氣層；最后應具有較好的流變特性，滿足快速鉆井的要求。

2 室內研究

2.1 鉆井液優選

依據紅153井區地層特性，結合鉆井實際情況，二開鉆進井段長，常規聚磺鉆井液體系性能難以滿足現場鉆井要求。按照鉆井液優選原則，通過室內實驗研究，確定二開井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系。鉀鈣基聚磺鉆井液體系是以聚磺鉆井液體系為基礎，進一步強化鉆井液抑制能力，強化K+、Ca2+離子增效抑制作用，精選與之配套的處理劑，完善鉆井液流變控制技術形成了鉀鈣基聚磺鉆井液體系。

體系配方：

4%坂土+0.2%Na2CO3+0.5%KOH+0.6%~0.8%FA367+0.6%~0.8% SP-8+7%KCl+0.5%復配銨鹽+3%SMP-1（粉）+2%SPNH+0.5%CMC-LV+3%磺化瀝青+0.2%~0.5%CaO+2%QCX-1+1%+1%潤滑劑+重晶石

鉀鈣基聚磺鉆井液由KOH和KCl提供K+，K+能有效的抑制泥頁巖的膨脹和分散。來自KOH或石灰中的OH-，比來自NaOH中的OH-，對泥頁巖的破壞或分散作用要小，同時引入CMC-LV進一步改善體系空間網架結構，增強體系攜帶能力。

主控性能指標：鉆井液性能指標見表1。

表1 鉆井液性能指標

2.2 鉆井液性能評價

2.2.1 常規性能

根據上述配方，室內對鉀鈣基聚磺鉆井液體系的常規性能進行了評價，并考察了不同密度下鉀鈣基體系的性能，結果分別列于表2、表3中。

表2 鉆井液性能指標

表3 鉀鈣基體系不同密度下鉆井液性能

從表2、表3實驗結果可以看出，在鉆井液密度相同的條件下，鉀鈣基體系熱滾前后性能穩定，各項指標均能夠滿足二開段鉆井需要。

2.2.1 抑制性研究

1）膨脹率評價

將鉀鈣基聚磺鉆井液在150 ℃溫度下熱滾16 h，冷卻后采用泥頁巖膨脹實驗測試方法進行測試。線性膨脹高度越小，則鉆井液的抑制性越好。為了進行比較，使用同樣方法分別測定巖心在蒸餾水和常規聚磺鉆井液中的膨脹高度隨時間的變化。測試溫度均為室溫，實驗結果如表4和圖1。

表4 巖心在不同液體中的膨脹量

圖1 巖心在不同液體中的膨脹曲線

由表4和圖1可以看出，浸泡在鉀鈣基聚磺鉆井液中的巖樣，24 h后膨脹高度為0.68mm，且膨脹高度與時間關系曲線比較平緩；浸泡在聚磺鉆井液中的巖心，24 h膨脹量為1.33 mm；而浸泡在蒸餾水中的巖心，24 h后膨脹量高達1.79 mm。由此可見，研究所優選的鉀基聚磺鉆井液具有較強的抑制頁巖水化膨脹和分散的能力。

2）巖屑滾動回收率評價

選取極易分散的過6目~10目篩網的鉆屑50 g，加入鉀鈣基聚磺鉆井液中。在150 ℃下熱滾16 h后，用40目篩網濕篩回收鉆屑并烘干至恒重，所回收的鉆屑質量與初始鉆屑質量之比即為頁巖回收率。頁巖回收率越高，抑制性越好。并用同樣的方法測出鉆屑在蒸餾水和常規聚磺鉆井液中的回收率。實驗操作程序按中國石油天然氣集團公司企業標準進行，實驗結果見表5。

表5 鉆屑在不同鉆井液中的回收率

從表中實驗結果可以看出，鉀鈣基聚磺鉆井液體系對鉆屑有很好的抑制分散的作用，鉆屑回收率高達85.2％，而鉆屑在聚磺體系中的滾動回收率為33.6%，在蒸餾水中的滾動回收率僅為19%。

3 現場應用

以前期室內研究為依據，采用鉀鈣基聚磺鉆井液作為紅153井區二開段鉆井液體系，合理控制鉆井液主控性能指標滿足設計要求。通過對現場鉆井液性能和井徑情況進行研究分析，考察該體系在二開井段的應用效果。

對現場鉆井液性能進行統計，結果列于表6中。

表6 紅153井區現場鉆井液性能

從表6可以看出，鉆井液密度控制在1.30以內，整體流變性能良好，能夠滿足井眼凈化的要求，為快速鉆進創造了良好條件，達到預期效果。

針對二開鉆井情況，對井1井徑作圖分析，結果見圖2。

圖2 1井二開段井徑曲線

從圖2可以看出，井1的井徑呈現一定的不規則，但其井徑擴大率最大在10%以內，能夠滿足井身質量要求。因此所采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系旨在增強鉆井液的抑制性和封堵造壁性，防止地層造漿，井眼失穩。

4 結束語

通過結合紅153井區地質特點研究以及對不下技套鉆井液技術難點分析，以及室內實驗對鉀鈣基聚磺鉆井液體系的常規性能進行了評價，確定二開井段采用鉀鈣基聚磺鉆井液體系。鉀鈣基聚磺鉆井液整體流變性能較好，具有較強的抑制頁巖水化膨脹和分散的能力，能夠達到清洗井眼的要求，在紅153井區快速鉆井得到了良好的應用。

［1］艾貴稱.鉀鈣基陽離子鉆井液技術[J].石油鉆采工藝,2007,29(4).

［2］郭明賢,莊義江,胡曉津,等.聚磺鉀鹽鉆井液的現場應用[J].鉆井液與完井液,2002，19（6）.

［3］喬東宇,段利波,張蔚,等.鉀鈣基聚磺鉆井液在滴403井的應用[J].新疆石油科技,2008,18（2）.

［4］李益壽,劉光忠,汪軍英,喬國文,許尾.鉀鈣基鉆井液在吐哈西部區塊的研究應用[J].新疆石油科技,2006,16（4）.

［5］余進,劉鵬,吳義成,黃凱,謝亮.火燒山油田北部區塊優化井身結構鉆井液技術[J].新疆石油科技,2013,23（2）.

Application of Potassium Calcium Based Polysulfonate Drilling Fluid in Red 153 Well Area

1,2,3,3

（1. National Engineering Laboratory of Petroleum Drilling Technology, Leak Resistance & Sealing Technology Research Department, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100，China； 2. Xinjiang Oil Field Company Development Branch, Xinjiang Karamay 834000，China；3.Xinjiang Oilfield Company Engineering Technology Department, Xinjiang Karamay 834000，China）

The drilling fluid technology laboratory experiment was carried out in view of the difficult problem of the two-open well structure in Xinjiang oilfield. Geological characteristics of the block were analyzed as well as drilling fluid technical difficulties, calcium potassium polysulfonate drilling fluid system was selected for the block. Combined with laboratory experiments, the distilled water, conventional polysulfonate drilling fluid and potassium calcium polysulfonate drilling fluid were tested with shale swelling experiment method. It's found that the expansion height of the rock soaked in potassium calcium polysulfonate drilling fluid for 24 h was 0.68 mm. It's concluded that potassium based sulfonate drilling fluid has strong ability to inhibit shale hydration, expansion and dispersion. At the same time, the cuttings roller recovery was evaluated. The results show that the potassium calcium based polysulfonate drilling fluid system has good effect on inhibiting the dispersion of drilling cuttings. The recovery rate of drilling cuttings is as high as 85.2%, which has been well applied in the field.

Calcium potassium based polysulfonate;Leak proof;Wellbore stability

TE 357

A

1671-0460（2017）08-1690-03

2017-06-06

杜洪韜（1992-），男，碩士研究生，研究方向：防漏堵漏。E-mail：incredibletroy@163.com。