延長氣田劉家溝組以下地層防塌鉆井液研究

邊 疆，徐 磊

(1.陜西延長石油(集團(tuán))油氣勘探公司南區(qū)勘探指揮部，陜西延安 716000；2.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延長氣田采氣二廠，陜西靖邊 718500)

目前國內(nèi)天然氣供需情況緊張，大大推動了天然氣的市場開發(fā)進(jìn)程。然而，隨著石油天然氣開發(fā)的不斷深入，鉆井時井壁穩(wěn)定問題日益突出，制約石油天然氣的規(guī)模化開發(fā)，所以研究井壁穩(wěn)定問題對開發(fā)油氣具有重要的影響[1]。

延長氣田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶，區(qū)域內(nèi)主要為一簡單的西傾單斜，構(gòu)造和斷裂不發(fā)育，局部有小型鼻狀隆起，從上至下主要?dú)鈱訛椋菏Х褰M、石盒子組中部、底部、山西組、本溪組和馬家溝組。從歷年所鉆井的情況看，井塌問題突出，尤其是劉家溝組下部地層至山西組的坍塌掉塊給鉆井帶來嚴(yán)重威脅，輕則造成井徑不規(guī)則、重則造成阻卡與蹩鉆、再嚴(yán)重會引發(fā)卡鉆等事故，耗費(fèi)了大量的時間、財力和物力。

1 延長氣田井壁坍塌情況分析

鉆井過程中，造成井壁坍塌的原因多種多樣，但是從根本上說，井壁坍塌的原因可以歸結(jié)為地層特性、地層的變形破壞規(guī)律、鉆井液與地層之間的相互作用、工程措施不力等方面，由延長氣田歷年鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計，造成井壁失穩(wěn)的主要原因是鉆井液性能引起的井壁坍塌。且嚴(yán)重井塌主要發(fā)生在劉家溝底部、石千峰、石盒子組與山西組上部，井塌主要發(fā)生在起下鉆過程，可說明造成井壁失穩(wěn)可能是鉆井液密度偏低或鉆井液封堵性差，鉆井液濾液進(jìn)入井壁，引起地層巖石強(qiáng)度下降，地層坍塌壓力增高，超過鉆井液密度而誘發(fā)井壁失穩(wěn)[2]。

2 延長氣田聚磺鉆井液性能評價

延長氣田聚磺鉆井液參照現(xiàn)場配方，按照延長氣田現(xiàn)場所使用的處理劑配制[3]。基漿膨潤土加量選擇用4%、6%，基漿要求熱滾80℃/16 h；鉆井液性能按照GB/T 16783.1-2006測試程序進(jìn)行測定，流變性加溫至40 ℃測定[4]。

膨潤土基漿性能(見表1)。聚磺鉆井液性能(見表2)。從表1、表2中數(shù)據(jù)可以看出：

(1)采用4%膨潤土基漿所配制的聚磺防塌鉆井液，YP、切力太低、濾失量偏大。

表1 不同膨潤土加量基漿對比

表2 模擬聚磺防塌鉆井液性能

表3 4%膨潤土聚磺鉆井液性能

(2)采用6%膨潤土基漿所配制的聚磺防塌鉆井液，鉆井液流變性明顯改善，YP提高、初切和終切也提高，但是濾失量比較大，起泡嚴(yán)重(因泡沫較多，加入0.1%消泡劑后測定密度)。

表4 6%膨潤土聚磺防塌鉆井液性能

2.1 處理劑對聚磺鉆井液性能的影響

2.1.1 4%膨潤土基漿 在4%膨潤土基漿中加入各種處理劑，鉆井液熱滾80℃/16 h后測性能(見表3)。從表3數(shù)據(jù)可以看出：在4%膨潤土基漿中加入1%SMP-1、0.7%PMC、1%FT-1 和 1.5%QS-2后，鉆井液黏切稍降，HTHP濾失量從73 mL降到35 mL。繼續(xù)加入0.3%CMC-HV，塑性黏度從 3 mPa·s增高到 9 mPa·s，HTHP濾失量從35 mL降到24.6 mL。再加入0.1%SD-21，塑性黏度從 9 mPa·s增高到 12 mPa·s，HTHP 濾失量從24.6 mL降到22.4 mL。

2.1.2 6%膨潤土基漿 在6%膨潤土基漿中加入各種處理劑，鉆井液熱滾80℃/16 h后測性能(見表4)。從表4數(shù)據(jù)可以看出：在6%膨潤土基漿中加入1%SMP-1、0.7%PMC、1%FT-1、1.5%QS-2、0.3%CMCHV和0.1%SD-21后，鉆井液塑性黏度從6.5 mPa·s增高到15 mPa·s，HTHP濾失量從64 mL降到22 mL。繼續(xù)加入0.2%SD-21，塑性黏度從15 mPa·s增高到19.5 mPa·s，HTHP濾失量從22 mL降到21 mL。再加入2%封堵劑PH2，塑性黏度從19.5 mPa·s增高到21 mPa·s，HTHP濾失量從21 mL降到18.4 mL。對于延長劉家溝以下地層的防塌要求來說，濾失量仍然偏大，鉆井液泡沫多。

2.2 現(xiàn)場聚磺鉆井液封堵性能

現(xiàn)場聚磺鉆井液封堵性能實驗結(jié)果(見表5)。從表5數(shù)據(jù)可以得出：

4%膨潤土基漿所配的聚磺鉆井液，40～60目砂床封不住。

6%膨潤土基漿所配的聚磺鉆井液，40～60目砂床濾失量為13.5 mL；但內(nèi)外泥餅質(zhì)量不好，清水砂床失水量為全失。該鉆井液封堵性能達(dá)不到要求。

3 強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵鉆井液的研究

3.1 鉆井液抑制劑的優(yōu)選

延長氣田石千峰組以下地層為弱分散，巖心回收率較高。選用回收率(77.4%)石盒子組泥巖巖心，采用聚合物KPAM與NPAN作為抑制劑的基礎(chǔ)漿進(jìn)行回收率實驗，回收率達(dá)到96%。再加入聚胺類抑制劑，回收率不再增加[6]。對于延長氣田石千峰組以下的弱分散地層，采用聚合物KPAM與NPAN作為抑制劑，可以有效抑制地層分散。

3.2 優(yōu)選封堵劑

3.2.1 QS-2加量對鉆井液流變性能及封堵性能的影響 QS-2加量對鉆井液流變性能的影響(見表6)，從表中可以看出：QS-2對鉆井液流變性能影響不大。微降低鉆井液濾失量,密度稍有增大。

表5 聚磺鉆井液40～60目砂床封堵性能

延長氣田坍塌層可能存在較寬的縫隙，為了使鉆井液盡量少的進(jìn)入地層、在近井壁環(huán)形區(qū)域更淺的范圍內(nèi)形成良好的封堵層，采用厚度為3 cm/40～60目石英砂砂床進(jìn)行封堵實驗。

從表7看出，在鉆井液中加入QS-2，可以明顯降低40～60目砂床鉆井液濾失量與清水砂床失水量，提高鉆井液封堵性能。但砂床鉆井液濾失量與清水砂床失水量比較大。

3.2.2 封堵劑ZHFD加量對鉆井液流變性能及封堵性能的影響 從表8可以看出，基礎(chǔ)漿中QS-2加量選擇1.5%，再加入ZHFD，鉆井液濾失量稍微降低，HTHP濾失量降低明顯，PV增大，YP變化不大，終切有所降低，密度稍有增大。

從表9和圖1看出，隨著ZHFD的加量增加，40～60目砂床鉆井液濾失量與清水砂床失水量顯著降低，ZHFD加量4%時，鉆井液砂床濾失量降為0/30 min，清水砂床失水量2.5 mL/30 min。

表6 QS-2加量對鉆井液常規(guī)性能的影響數(shù)據(jù)

表7 40～60目砂床封堵實驗數(shù)據(jù)

表8 ZHFD加量對鉆井液常規(guī)性能的影響數(shù)據(jù)

3.3 強(qiáng)封堵、強(qiáng)抑制鉆井液配方與性能

通過以上實驗最終得出強(qiáng)封堵、強(qiáng)抑制鉆井液優(yōu)化配方：

表9 40～60目砂床封堵實驗數(shù)據(jù)

圖1 ZHFD對40～60目砂床封堵效果

表10 優(yōu)選配方鉆井液性能數(shù)據(jù)

5%～6%膨潤土漿+0.5%NPAN+2%SPNH(或PMC)+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMCHV+1.5%QS-2+0.2%燒堿+0.1%XCD+2%～4%ZHFD。

鉆井液主要性能(見表10)，封堵性能(見表8)。該鉆井液具有良好流變性能，低的濾失量，抑制性強(qiáng)與封堵性強(qiáng)。如鉆定向井，需加入潤滑劑。

4 結(jié)論

(1)按照延長氣田鉆井液設(shè)計的聚磺鉆井液配方所配的鉆井液發(fā)泡嚴(yán)重，鉆井流變性能、濾失量、HTHP濾失量均達(dá)不到設(shè)計要求，鉆井液封堵性差，不能滿足防止劉家溝以下地層坍塌的要求。

(2)通過優(yōu)選鉆井液抑制劑、封堵劑品種、質(zhì)量與加量得出強(qiáng)抑制、強(qiáng)封堵鉆井液配方：

5%～6%膨潤土漿+0.5%NPAN+2%SPNH(或PMC)+1%SMP-1+0.2%KPAM+2%FT-1+0.3%CMCHV+1.5%QS-2+0.2%燒堿+0.1%XCD+2%～4%ZHFD。

該鉆井液具有良好的流變性能，API濾失量為4.1 mL，HTHP濾失量為12.8 mL，抑制性強(qiáng)，巖屑回收率達(dá)96.3%，封堵性強(qiáng)，能有效封堵40～60目砂床。

參考文獻(xiàn)：

［1］王林忠.大慶油田北四地區(qū)鉆井防漏及堵漏技術(shù)研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2007.

［2］黃寒靜.國內(nèi)外鉆井堵漏發(fā)展現(xiàn)狀［J］.工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，2009，18(2)：4-5.

［3］劉延強(qiáng)，徐同臺，楊振杰.國內(nèi)外防漏堵漏技術(shù)新進(jìn)展［J］.鉆井液與完井液，2010，27(6)：82-83.

［4］楊新斌.大慶英臺地區(qū)防漏堵漏技術(shù)研究［D］.大慶：大慶石油學(xué)院，2003.

［5］胡國恒，姚永君，胡在凱.鉆井液侵入對儲層電性物性影響實驗研究［J］.測井技術(shù)，1999，23(5)：323-326.

［6］鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)［M］.北京：石油大學(xué)出版社，2000.